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      提高脫硫石膏的濕強度來改善石膏制品的耐水性能

      發布時間:2021-10-21 瀏覽量:

      本文分析研究了典型煙氣脫硫石膏樣品的純度、顆粒特性、化學成分性質、雜質和有害物質特性等性能。研究結果表明,脫硫石膏與天然石膏在諸多性能方面有著明顯的不同。應用脫硫石膏代替天然石膏生產建材產品時,應該高度重視這些不同,并采取相應的技術措施。

      關鍵詞:脫硫石膏;天然石膏;性能.

      近年來,我國二氧化硫污染相當嚴重,已成為世界上二氧化硫污染嚴重之一。由于經濟技術方面的原因,我國二氧化硫的排放一直處于失控狀態,排放量呈逐年上升趨勢,酸雨面積逐年擴大,對生態系統、建筑材料、農業和人體健康等方面構成了嚴重威脅。2006年8月3日環?偩衷谛侣劙l布會上透露,2005年全國二氧化硫排放總量2549萬t,居世界之首。其中,火電廠二氧化硫排放量占全國總排放量的一半以上。我國的能源構成以煤炭為主,其消費量占一次能源總消費量的70%左右,這種局面在今后相當長的時間內不會改變。因此抓住電力工業二氧化硫排放這一主要問題并加大治理力度,在很大程度上可緩解我國二氧化硫排放失控的狀態。

      目前,國內外煙氣脫硫有濕法、干法、半干法等多種工藝技術。其中,石灰石-石膏濕法脫硫技術所用的脫硫介質(石灰石)成本低,脫硫技術成熟,脫硫效率高,脫硫副產品對環境無害、便于綜合利用,因而被廣泛使用。我國從20世紀90年代開始在多家火電廠采用石灰石-石膏濕法對煙氣進行脫硫。經過多年的運行,不僅環境得到了較大的改善,而且在其副產品--煙氣脫硫石膏的研究開發與利用方面積累了成功的經驗。因此,今后我國200 MW及以上的大、中型火電廠將主要采用此種脫硫技術,煙氣脫硫石膏的產量預計到2010年將達到850萬t以上。加強對脫硫石膏的資源化研究,拓寬其應用領域,提高其利用率,不僅是對火電廠實現煙氣脫硫目標的有力促進,同時也符合我國加快發展循環經濟和建設節約型社會的要求。本文研究來自不同區域的15個煙氣脫硫石膏樣品的基本性能。

      1 脫硫石膏樣品的采集

      采集的脫硫石膏樣品均呈濕粉狀,分別來自內蒙,山西,江浙,廣東等地,樣品顏色不一,黃色居多,也有少數白色和灰色樣品。根據脫硫石膏生產工藝可知,脫硫石膏與天然石膏的主要成分都為二水硫酸鈣,在脫硫裝置正常運行的情況下,其石膏顏色應接近白色;但由于脫硫石膏是由煙氣脫硫產生的化學石膏,其雜質會對石膏顏色有所影響,如因含有碳酸鈣、碳酸鎂等雜質而呈淡黃色和灰褐色;當除塵器運行不穩定,含有較多細粒粉煤灰的煙氣進入吸收塔時,顏色為灰色。

      2 顆粒級配分析

      對采集到的15個樣品按照德國工業協會(VGB)制定的《煙氣脫硫石膏質量標準和分析方法》規定方法,用激光粒度分析儀了進行顆粒粒度測定。

      由于對作為煙氣脫硫吸收劑的石灰石粉或石灰粉的細度有較高的要求,如表1所示,90%以上的石灰石粒徑需小于40μm,這樣也不易對煙氣脫硫系統造成機器磨損,故煙氣脫硫所形成的脫硫石膏較天然石膏顆粒較細,其平均顆粒粒徑D50一般不超過90μm,且粒徑分布范圍較窄。

      由表2可以得出,D50平均粒徑為60-80um的樣品占總樣品數的53%,平均粒徑80—95um的樣品比例為27%,37-50um的樣品比例為20%。這一測定結果,與一些資料中認為的脫硫石膏平均顆粒集中在30-60 um有不同。由樣品的粒徑分布圖可以看出,大多數樣品中粒徑小于20um的顆粒含量較少,粒徑大于140um的顆粒含量亦較少,樣品的顆粒分布峰形較窄,多數樣品的顆粒粒徑主要分布在40-110um區間內。

      3 脫硫石膏顆粒的顯微觀察

      通過掃描電鏡對脫硫石膏的粒度及顆;瘜W成分進行了初步分析。

      由圖4可以看出天然石膏顆粒粘合在一起,而脫硫石膏(圖5)以單獨的結晶顆粒存在。脫硫石膏部分晶體內部有壓力存在,而天然石膏主要以韻態存在。天然石膏經過粉磨后的粗顆粒多為雜質;而脫硫石膏粗顆粒多為石膏,細顆粒為雜質。

      從上述掃描電鏡分析圖譜來看,脫硫石膏顆粒多為六棱斜柱狀,但大部分樣品顆粒大小不均勻,如樣品7、8和9大顆粒較多,而樣品1和13粒度較為均勻,與之前的脫硫石膏粒級分配測試結果相符。從能譜對脫硫石膏樣品的元素分析來看,其主要成分均為硫酸鈣,雜質多含Mg、Al、Na、K、Fe、Si和少量的氯元素。但同一樣品的大小顆粒所附雜質元素含量,種類未必相同。

      因此,從電鏡掃描圖片來看,脫硫石膏與天然石膏的晶型有明顯的不同。天然石膏細粒較多,粗細顆粒差別明顯,晶型呈板狀,晶體粗大,不規則;脫硫石膏顆粒比較均齊,晶體成短柱狀,長徑比較小,外觀規整。

      4 脫硫石膏附著水含量、結晶水含量測定

      從以上脫硫石膏純度來看,所采集脫硫石膏樣品的純度均在90%以上,且由于煙氣脫硫對石灰石或石灰粉中的CaO含量要求嚴格,所以脫硫石膏的化學成分較穩定,其品質優于一般天然石膏,為脫硫建筑石膏在石膏制品方面替代天然建筑石膏提供了可能性。

      由上表可見,收集的電廠脫硫石膏含水率在10%以內(含10%)的樣品占所采集樣品的53%;含水率在10%-15%(含15%)的樣品占總樣品量的 40%;而樣品15的含水率偏大,至21%,可能與電廠脫硫工藝有很大關系。若石膏水分過高,不僅影響脫硫系統和設備的正常運行,而且對石膏的儲存、運輸及后加工等都會造成一定的困難,因此,應對其加以控制。

      5 化學成分分析

      脫硫石膏樣品分析分別由中國地質大學分析室和建筑材料認證中心提供測試數據,目前中國地質大學已提供測試結果。

      5.1可溶性雜質及其危害

      Mg2+、Cl-、Na+、K+等影響與紙的粘結;其中的鎂鹽一部分為可溶性的,與天然石膏有不同。Na+、K+、Mg2+產生析晶使制品出現返霜現象,影響石膏的凝結性能,由于無保護的石膏類制品對風化作用敏感,因此可溶于水的鎂鹽[MgO],鈉鹽[Na2O]和鉀鹽[K2O]的含量應該降低。氯化物對脫硫石膏粘結性能影響非常顯著,紙面石膏板等石膏制品對石膏中的氯化物含量有要求。半水亞硫酸鈣含量的多會導致脫硫石膏含水量大,半水石膏吸水率高。做水泥緩凝劑有時還會影響水泥凝結時間和強度。

      因此,超量時須增設水洗、分級、中和等凈化、脫水設施,對脫硫石膏進行凈化處理。

      5.2不溶性雜質及其危害:

      氧化鋁和氧化硅在脫硫石膏中顆粒較粗,對脫硫石膏的易磨性影響很大。其含量高會降低粉磨效率、增加粉末成本。這些不宜磨碎的大顆粒,還會影響石膏的應用范圍。氧化鐵會影響脫硫石膏的易磨性和白度。氧化鐵含量高,脫硫石膏的易磨性差、白度低。未完全燃燒的煤粉顆粒影響產品的白度和粘結性能。

      6 脫硫石膏重金屬含量、放射性測定

      6.1 脫硫石膏重金屬含量

      按照GB18582—2001《室內裝飾裝修材料有害物質限量》規定方法測定。

      7 結論

      本文通過對采集我國不同地域煙氣脫硫石膏樣品,對其物理化學的基本性質做了較為深入的研究。研究表明,脫硫石膏雖然在主要成分上與天然石膏相同,但其顆粒形狀,粒級分配,化學成分均與天然石膏有明顯差別,主要表現為:

      (1)從石膏晶體來看,天然石膏細粒較多,粗細顆粒差別明顯,晶型呈板狀,晶體粗大,不規則;脫硫石膏顆粒比較均齊,晶體成六棱短柱狀,長徑比較小,外觀較為規整。

      (2)從粒級分配來看,天然石膏顆粒大小粒度相差較大,不同粒徑的粒子在石膏顆粒中均占有一定比例;而脫硫石膏顆粒大小比較均齊,大顆粒(大于140μm)和小顆粒(小于10μm)均較少,80%的顆粒均集中在40-80μm。

      (3)從化學組成來看,脫硫石膏的純度高于天然石膏,二水硫酸鈣含量達到90%以上,但其雜質組成較為復雜,這與其產生的工藝條件有很大關系,如其可溶性鹽和氯離子含量高于天然石膏,是導致其脫硫建筑石膏制品出現泛霜,粘結力下降等性能問題的主要原因之一。

      (4)脫硫石膏中的重金屬含量、放射性指標均明顯低于我國相關標準要求,脫硫石膏的環保性能是安全的。

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