陳庭，孫濤，臧軍

（江蘇名和集團有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212028）

石膏在水泥中起到了調(diào)節(jié)凝結(jié)時間、改善漿體流變性能、控制硬化漿體體積收縮等重要作用，是水泥生產(chǎn)中不可或缺的重要功能組分。長期以來，我國在水泥工業(yè)中大量使用的石膏為天然石膏，隨著對天然石膏的大規(guī)模應(yīng)用，我國高品位的天然石膏資源日益匱乏，為了實現(xiàn)水泥工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，必須尋找天然石膏的替代產(chǎn)品[1]。

我國現(xiàn)在每年排放的脫硫石膏在 50 萬噸以上，大多露天棄置，不僅占據(jù)大量的土地，而且對環(huán)境造成了二次污染，浪費了大量優(yōu)質(zhì)資源。大量的實驗證明：脫硫石膏與天然石膏具有相同的水化動力學(xué)和凝結(jié)特征，其硫酸根的溶出速率與天然石膏的溶出速率相近，可以達到與天然石膏對水泥凝結(jié)時間的調(diào)節(jié)效果；脫硫石膏無放射性，不會對環(huán)境造成污染；脫硫石膏與天然石膏相比，價格低廉，具有明顯的市場競爭優(yōu)勢[2,3]。

因此，將大量的脫硫石膏應(yīng)用于水泥工業(yè)中，不僅可以有效緩解由于天然石膏短缺對水泥工業(yè)造成的影響，而且能夠降低水泥的綜合生產(chǎn)成本，屬于對脫硫石膏的高附加值利用。

本文將從天然石膏與脫硫石膏在水泥中的性能比較、脫硫石膏在應(yīng)用過程中存在的問題及對策和經(jīng)濟效益比較等角度展開論述。

1 天然石膏與脫硫石膏的比較

天然石膏屬于非可再生資源，各行業(yè)尤其是建材行業(yè)對石膏的需求量較大，同時石膏資源分布具有地域不平衡性，對石膏的需求量較大的東部沿海發(fā)達地區(qū)，其天然石膏產(chǎn)量尤其是高品位的天然石膏資源嚴重不足，已經(jīng)制約了包括水泥行業(yè)在內(nèi)的整個建材行業(yè)的健康發(fā)展。

與此同時，隨著國家對環(huán)境保護力度的加大，火力電廠的工業(yè)副產(chǎn)脫硫石膏的產(chǎn)量也日益增加。脫硫石膏（FGD 石膏）和天然石膏一樣，其主要成分也是 CaSO4·2H2O，含量通常在 90% 以上，硫酸根的溶出速率與天然石膏相近，理論上可以用作生產(chǎn)水泥的凝結(jié)時間調(diào)節(jié)組分。脫硫石膏與天然石膏的化學(xué)成分比較見表 1。

表1 脫硫石膏與天然石膏的化學(xué)成分比較 %

由表 1 的化學(xué)成分比較可以看出，脫硫石膏與天然石膏的主要化學(xué)成分接近，尤其是 SO3等關(guān)鍵指標優(yōu)于天然石膏，這是脫硫石膏代替天然石膏作為水泥緩凝劑的基礎(chǔ)。

采用天然石膏與脫硫石膏分別生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥，生產(chǎn)配比及各項性能檢驗數(shù)據(jù)見表 2 和表 3。

表2 天然石膏與脫硫石膏水泥配比及性能檢驗結(jié)果

表3 天然石膏與脫硫石膏對水泥流變性能的影響

分別采用上述四種水泥進行混凝土試配，配合比及相應(yīng)的實驗結(jié)果見表 4 和表 5。

表4 混凝土配合比 kg/m3

表5 不同水泥配制混凝土的性能檢驗結(jié)果

從表 2～5 的實驗結(jié)果分析可知：采用脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)水泥，水泥的凝結(jié)時間略有延長，對水泥的流動性能和強度等物理指標沒有不良影響；對混凝土的用水量以及與外加劑的適應(yīng)性方面沒有負面影響，初始坍落度與1h坍落度損失和天然石膏相比，沒有明顯變化，對混凝土各齡期強度均未產(chǎn)生影響。因此，在生產(chǎn)水泥時摻加 4% 左右的脫硫石膏代替天然石膏是完全可行的。

2 脫硫石膏在使用過程中存在的問題及對策

脫硫石膏作為調(diào)凝劑在水泥中使用，有效緩解了天然石膏不足對水泥工業(yè)造成的影響，但由于脫硫石膏顆粒較細、含水率較高、物料的粘性比較大，在下料過程中容易出現(xiàn)堵料現(xiàn)象，導(dǎo)致配料不準而造成水泥質(zhì)量的波動。

為了克服脫硫石膏粘性較大、容易堵料的問題，通過對現(xiàn)有的下料設(shè)備進行改造處理，在下料倉中部增加螺旋轉(zhuǎn)動裝置，根據(jù)脫硫石膏的下料情況，適時啟動電機開關(guān)，通過電機減速器帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，由轉(zhuǎn)向齒輪將動力傳遞至螺旋轉(zhuǎn)動棒，轉(zhuǎn)動棒的旋轉(zhuǎn)運動使下料口的物料產(chǎn)生擠壓，保證物料能夠正常下卸，防止堵料情況的發(fā)生。脫硫石膏下料倉改造裝置原理示意圖如圖 1 所示。

圖1 脫硫石膏下料倉改造裝置示意圖

本裝置料倉采用的材料為超分子量聚乙烯增滑板，可以避免脫硫石膏物料在料倉的邊壁產(chǎn)生吸附粘連；物料進入進料口之后，經(jīng)過鋼筋篩網(wǎng)的過濾后，避免結(jié)成塊狀的物料進入料倉而產(chǎn)生堵塞；當(dāng)脫硫石膏下料不暢時，皮帶秤的電流會發(fā)生異常，此時螺旋裝置自動開啟，向下擠壓堵在下料口的物料，確保脫硫石膏能夠連續(xù)均勻下料，另外還可以通過中控室的視頻監(jiān)控脫硫石膏的下料情況，發(fā)生堵料時手動開啟螺旋裝置，防止物料堵塞下料口。

通過對料倉進行的上述改造，可以有效避免脫硫石膏粘結(jié)堵料或下料不暢的問題，確保了水泥質(zhì)量的穩(wěn)定。

3 經(jīng)濟效益分析

目前天然石膏的價格約為 140 元/噸，而現(xiàn)在的脫硫石膏由于在應(yīng)用技術(shù)上存在障礙，其價格明顯低于天然石膏，鎮(zhèn)江地區(qū)的價格約為 60～70 元/噸，石灰石價格約為 60 元/噸。

由于我們已經(jīng)對現(xiàn)有設(shè)備進行了改造處理，克服了脫硫石膏粘性較大導(dǎo)致下料不暢的技術(shù)難題，公司引入脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)水泥，可以在保證水泥各項性能的基礎(chǔ)上，有效降低水泥的生產(chǎn)成本。

以每噸水泥摻天然石膏 6% 計算，天然石膏價格以 140元/噸計算，則使用天然石膏的水泥噸成本為：

若使用脫硫石膏，由于其 SO3含量高于天然石膏，則摻量低于天然石膏，生產(chǎn)水泥時，采用 4% 的脫硫石膏和 2% 的石灰石代替天然石膏，脫硫石膏成本以70元/噸、石灰石以 60元/噸計算，則生產(chǎn)水泥的噸成本為：

使用脫硫石膏與石灰石代替天然石膏生產(chǎn)水泥時，每噸水泥可以節(jié)約成本為：

[1]成先紅，張梅．脫硫石膏在我國推廣應(yīng)用的技術(shù)和市場前景分析[J]．礦冶，1999, 8(4): 69-72．

[2]王娟，張慧明．中國電力工業(yè)煙氣脫硫的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2004, 5(6): 12-16．

[3]范立瑛，王志．硫酸鈉對脫硫石膏基鋼渣復(fù)合材料性能的影響[J]．綠色建筑，2010,(3): 57-59．