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脱硫石膏品质影响因素及其资源化利用发布时间：2022-10-13T02:30:03.379Z 来源：《科技新时代》2022年4月第7期作者：牛语嫣[导读] 近年来，在国家政策的大力支持下牛语嫣中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司热电厂辽宁省抚顺市 113006摘要：近年来，在国家政策的大力支持下，我国的脱硫产业取得了显着发展。
燃煤发电厂主要配备烟气脱硫装置，金属工业烟气脱硫近年来已成为金属工业环境保护工作的一个主要优先事项。
石灰石-石膏烟气脱硫湿法是目前世界上应用最广泛和最成熟的技术。
随着中国经济和科技的不断发展，工业建设规模不断扩大，硫氧化物污染越来越严重。
同时，我国的环境要求也更加严格。
在此基础上，对石膏生产过程的分析确定了影响石膏质量的主要因素，并提出了提高石膏质量的建议，最后讨论了脱硫石膏的可利用性研究。
关键词：脱硫石膏；品质分析；利用前言目前，烟气脱硫最广泛使用的是湿钙-石膏法。
烟气脱硫的湿法处理可产生大量的脱硫石膏，其处理和综合使用是影响该国湿法脱硫技术传播的关键因素之一。
目前，大量储存了大量的脱硫石膏，成为火力发电厂的第二大固体废物，占用了土地，对环境造成了危害。
如果得到充分利用，更换部分天然石膏不仅可以节约自然资源，而且还可以将发电厂的固体废物资源化。
一、影响脱硫石膏品质的主要因素1.石膏浆液质量石膏的质量直接取决于石膏的质量。
石膏浆液质量的主要指标是石膏的纯度、石灰石的使用、水溶性盐含量、浆液pH值、烟气中的粉尘含量等。
石膏浆液质量的主要指标是石膏的纯度，这主要取决于石膏浆液的硫酸盐含量。
石灰石利用率反映了石灰石与二氧化硫反应产生硫酸盐的效率，用石膏海湾的碳酸盐含量来衡量。
在脱硫系统运行时，碳酸盐含量必须控制在3%以下，以确保脱硫系统的安全运行。
Cl-、Mg2+ 等溶解性离子含量应较低，含量过高可能导致脱硫石膏煅烧温度降低、设备腐蚀、脱硫石膏粘附性降低，甚至脱硫石膏建材粉末。
脱硫石膏利弊分析报告脱硫石膏是指用于烟气脱硫工程中产生的固体废弃物，一般具有较高的石膏含量。
它是一种资源化利用的产品，但也存在一定的利弊。
首先，脱硫石膏的利益主要体现在以下几个方面：1. 肥料资源利用：脱硫石膏中含有丰富的石膏成分，经加工后可以作为农用石膏肥料使用。
石膏肥料含有大量的钙、硫等微量元素，可以提供作物所需的营养物质，促进植物生长，提高作物产量和品质。
2. 工业应用：脱硫石膏可以被用来制造建材，如石膏板、石膏线条等。
同时，它还可以被用于水泥生产过程中，作为水泥的硫酸盐掺合料，提高水泥的强度和耐久性。
3. 环境保护：脱硫石膏是烟气脱硫工程的副产物，使用脱硫石膏可以减少二氧化硫等有害气体的排放，降低空气污染，保护环境，改善人民的生活质量。
然而，脱硫石膏也存在一些弊端和挑战：1. 处理难题：脱硫石膏产量巨大，处理成本高昂。
目前脱硫石膏的处理方式主要有填埋、焚烧和堆肥等，但这些处理方式都存在一定的技术难题和环境风险，如填埋场地和焚烧过程中的污染问题，以及堆肥处理过程中的臭味和二次污染等问题。
2. 资源利用问题：虽然脱硫石膏含有大量的石膏成分，但目前石膏肥料和建材行业对其需求有限，导致脱硫石膏的出路受限。
此外，由于石膏价格低廉，再加上脱硫石膏存在一定的处理和运输成本，导致一些企业对脱硫石膏处理的积极性不高。
3. 使用安全性问题：脱硫石膏中可能含有一些重金属元素和有机物质，如果对其没有充分处理和监管，可能会对土壤和水源造成污染，影响环境和人民的健康。
因此，必须严格控制和监督脱硫石膏的处理和使用过程。
综上所述，脱硫石膏的利弊需要综合考虑。
在资源紧缺和环境保护意识增强的背景下，加强脱硫石膏的资源化利用是未来发展的重要方向。
针对脱硫石膏处理的难题和挑战，需要加强科研和技术创新，积极寻求解决方案，并建立相关政策和标准，规范脱硫石膏的处理和使用过程，确保资源的有效利用和环境的可持续发展。
脱硫石膏在我公司使用经验脱硫石膏是火力发电厂烟气脱硫时SO2和CaCO3反应生成的一种工业副产石膏，主要成分为二水硫酸钙还有一些杂质。
根据国家节能环保生产要求及对工业废渣综合利用的相关政策，利用脱硫石膏作为水泥缓凝剂生产水泥，即可降低成本，又可将工业废渣变废为宝，我公司早在2006年就开始尝试使用粉状脱硫石膏，经过多年摸索和改进，目前已完全用脱硫石膏替代天然二水石膏。
我公司使用的脱硫石膏SO3含量42.2%左右，水分7%，压块状物含量45%左右，天然二水石膏SO3含量30.2%左右。
一、生产中使用方法1.为了解决脱硫石膏水分大，颗粒细小入库后易造成蓬库、堵料下料不畅的问题，用建筑混凝土配料计量称将脱硫石膏和粒状石灰石（1—3料）按比例预配后入库使用，大大减少了堵料下料不畅的问题，但是每天堵料时间累计在1小时左右。
2.经过多方努力和调查发现周边几个水泥厂已经新增脱硫石膏计量装置，这种计量装置的特点：料仓角度75度左右，容量10吨左右，皮带秤宽度1米，投入使用后解决了物料堵塞问题。
二、脱硫石膏使用后的情况1. 脱硫石膏使用后水泥的比表面积都明显偏大，这是因为脱硫石膏的易磨性比天然石膏要好，而且脱硫石膏已是粉状物料，对物料有助磨作用。
2.对凝结时间的影响脱硫石膏的细度小，在水泥中能与水泥颗粒充分接触，溶解度大，所以更能有效调节水泥凝结时间，水泥SO3指标一般按2.2－2.5%控制，而加天然石膏的水泥SO3指标一般按2.7－3.0%控制，凝结时间才能基本一样。
3.对水泥强度的影响加脱硫石膏制成的水泥比加加天然石膏的水泥强度稍高一些。
因为脱硫石膏中有部分未反应的CaCO3和部分可溶性盐，如K盐、Na 盐，这些杂质有利于加速水泥水化，激发混合材活性的发挥，而天然石膏的杂质在水化时一般不参加反应。
这说明脱硫石膏有效组分高于天然石膏，所以在一定程度上天然石膏性能不及脱硫石膏。
总的说来脱硫石膏代替天然石膏作缓凝剂，可以用于水泥生产。
混凝土中石膏对性能的影响研究一、前言混凝土是建筑工程中常用的一种材料，其性能的好坏直接影响着建筑物的质量和寿命。
石膏是一种常用的混凝土掺合料，其添加可以改善混凝土的性能。
本文将针对混凝土中石膏对性能的影响进行详细的研究和分析。
二、石膏的性质及作用石膏是一种含水硫酸钙矿物，其分子式为CaSO4·2H2O。
石膏在混凝土中的作用主要有以下几个方面：1. 改善混凝土的耐久性。
石膏可以减缓混凝土的硬化速度，使混凝土在早期的强度发展过程中形成的微裂缝得到有效的控制，从而改善混凝土的耐久性。
2. 改善混凝土的流动性。
石膏可以减少混凝土的黏性和内摩擦力，从而改善混凝土的流动性，提高混凝土的自密实性和耐久性。
3. 改善混凝土的抗渗性。
石膏可以减少混凝土中的孔隙度和毛细孔隙度，从而提高混凝土的抗渗性和耐久性。
4. 改善混凝土的抗裂性。
石膏可以提高混凝土的内聚力和黏着力，从而改善混凝土的抗裂性和耐久性。
三、石膏对混凝土性能的影响1. 石膏对混凝土的硬化过程有一定的影响。
石膏的添加可以减缓混凝土的硬化速度，使混凝土在早期的强度发展过程中形成的微裂缝得到有效的控制，从而提高混凝土的耐久性和抗裂性。
2. 石膏对混凝土的流动性和自密实性有一定的影响。
石膏的添加可以减少混凝土的黏性和内摩擦力，从而改善混凝土的流动性，提高混凝土的自密实性和耐久性。
3. 石膏对混凝土的抗渗性和耐久性有一定的影响。
石膏的添加可以减少混凝土中的孔隙度和毛细孔隙度，从而提高混凝土的抗渗性和耐久性。
4. 石膏的添加量对混凝土性能的影响较大。
石膏的添加量过多会导致混凝土的流动性变差、硬化时间延长、强度下降等不良影响，而添加量过少则会影响石膏的作用效果。
5. 石膏的不同形态对混凝土性能的影响也不同。
粗颗粒石膏的添加可以增加混凝土的抗裂性和耐久性，而细颗粒石膏的添加则可以提高混凝土的流动性和自密实性。
四、结论石膏作为一种常用的混凝土掺合料，其添加可以改善混凝土的性能。
《脱硫石膏作水泥缓凝剂研究2010-01-31 06:19河南省鼎鑫轻质建材公司研究了利用脱硫石膏作水泥缓凝剂的水泥性能以及脱硫石膏的作用机理。
研究表明,脱硫石膏中含有一定量的碳酸钙,掺入脱硫石膏,水泥凝结时间正常,对水泥力学性能和安定性有积极作用,可以代替天然石膏用于水泥生产。
此外还研究了脱硫石膏的造粒以及使用脱硫石膏给生产企业带来的显著经济效益。
脱硫石膏是火力发电厂烟气脱硫时由SO2和CaCO3反应生成的一种工业副产石膏,主要成分为CaSO4·H2O,还有一些杂质,如未反应完全的碳酸钙,石灰石中所含有的其它杂质和少量钾、钠盐,一般含量不大于0.5%。
脱硫石膏产量大,不受天然石膏产地的限制,将其用于水泥生产已引起人们的广泛关注。
国外已有成功地应用脱硫石膏作水泥缓凝剂的经验,我国近年才有脱硫石膏产出,尚未对其作水泥缓凝剂进行过系统研究,本工作针对发电厂年产30万吨脱硫石膏综合利用问题进行了深入研究工业副产石膏作为一种废弃物会污染环境。
将废弃物资源化,使用脱硫石膏作水泥缓凝剂是非常有效的途径。
这将给排污单位和水泥厂创造好的经济、社会、环境效益。
材料与实验方法主要原材料有脱硫石膏、天然石膏、水泥熟料、矿渣、粉煤灰,化学成分如表1。
脱硫石膏为灰白色粉末状,0.045mm方孔筛筛余1.0%。
主要杂质为未反应完全的CaCO3和部分可溶盐。
从化学分析可知,脱硫石膏不含对水化性能有负影响的杂质,适宜作水泥缓凝剂。
天然石膏为灰白色块状。
粉煤灰为电厂干排灰,物理性能见表2。
矿渣为水淬高炉矿渣。
将水泥熟料、石膏及各种混合材按配比要求计量后在球磨机中混磨30min,水泥细度达到国家标准要求。
实测值,水泥0.08mm方孔筛筛余为7.0%～8.2%。
复合水泥细度2.8%～4.7%。
依据国家标准,对硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合水泥的性能进行了全面测试。
结果与讨论脱硫石膏对硅酸盐水泥、普通水泥性能的影响脱硫石膏对硅酸盐水泥、普通水泥性能的影响如表3、表4所示,从试验结果可知,脱硫石膏的掺量大于2.0%时,水泥凝结时间能够满足标准要求,安定性合格,随着石膏掺量增大,凝结时间延长,但强度变化不明显。
工业副产石膏在水泥生产中的应用为了综合利用工业三废材料降低生产成本，很多水泥企业利用脱硫石膏、磷石膏替代天然石膏生产水泥。
在利用的过程中，因脱硫石膏水分含量高、SO3含量波动大等情况，部分出磨水泥出现凝结时间延长和泌水增大的现象，使大家对利用脱硫石膏产生了一些疑虑，现就脱硫石膏、磷石膏、氟石膏这三种工业副产石膏的特点及生产应用做一简单的释疑，以利于此项工作的进一步开展：1 脱硫石膏的应用：1.1 脱硫石膏的产生及特点：脱硫石膏是对含硫燃料（煤、油等）燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏。
其形成过程是：用细石灰或石灰石粉形成的料浆通过喷淋的方式洗涤烟气，与烟气中的二氧化硫发生反应生成亚硫酸钙（CaSO3•0.5H2O），然后通入大量空气强制将亚硫酸钙氧化成二水硫酸钙（CaSO4•2H2O）。
进一步经浓缩和离心脱水，最终产物为二水石膏含量较高，残余水量在10~20%的潮湿、松散的细小颗粒，称为脱硫石膏。
脱硫石膏与天然二水石膏的主要矿物都是二水硫酸钙，其物理、化学特征有共同规律，但作为一种工业副产石膏，它具有再生石膏的一些特性，主要是在原始状态、物理性能和化学成分、尤其是杂质成分上与天然石膏有所差别，并含有少量的亚硫酸钙（CaSO3•0.5H2O）。
脱硫石膏的品位较高，但化学成分波动较大。
根据燃烧过程中使用的燃料（特别是煤）和洗涤过程中使用的石灰/石灰石的不同，脱硫石膏中的杂质常有碳酸盐、二氧化硅、氧化镁、氧化铝、氧化钠（钾）等。
在脱硫石膏的应用中因水分大、SO3含量的波动、或亚硫酸钙及某些杂质含量过高时，可能会影响到下道工序的生产控制及产品质量。
1.2 脱硫石膏应用中应注意的两个方面○1脱硫石膏因水分含量高易造成下料不畅，企业在使用中可将脱硫石膏与块状物料（如熟料、煤矸石、炉底渣等，但最好是熟料）按一定比例混合后使用，可有效解决堵仓及下料不畅问题。
有条件的企业要严格控制进厂脱硫石膏的水分，每降低水分1%就等于价格下降1%，同时又便于生产应用和质量控制。
第３９卷第５期２０２０年５月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹＶｏｌ.３９㊀Ｎｏ.５Ｍａｙꎬ２０２０添加脱硫石膏和赤泥对复合水泥土性能的影响索崇娴ꎬ郝雅芬ꎬ樊珮阁ꎬ温㊀浩ꎬ董晓强(太原理工大学土木工程学院ꎬ太原㊀０３００２４)摘要:为了综合利用脱硫石膏和赤泥这两种固废物ꎬ本文以二者为原料制备了复合水泥土ꎬ对其应力￣应变关系和无侧限抗压强度随龄期㊁ｐＨ值及试验材料配比的变化规律进行研究ꎮ结果表明ꎬ复合水泥土应力￣应变曲线呈软化型ꎬ且固废物的添加会使材料偏脆性发展ꎻ当固废物中碱性材料赤泥比例较大时ꎬ复合土强度随龄期增加而增大ꎻ而脱硫石膏比例较大时ꎬ复合土后期强度会有所减小ꎮ原因在于碱性环境有利于钙矾石的产生ꎬ同时碱性增大会降低土的塑限而使溶解的胶质析出ꎬ对试块内部产生胶结作用ꎬ进而提高抗压强度ꎻ此外ꎬ随着脱硫石膏和赤泥比例的变化ꎬ水泥土无侧限抗压强度值从１ＭＰａ提高到８ＭＰａ左右ꎬ说明两种固化物的添加有利于水泥土强度的提升ꎮ关键词:复合水泥土ꎻ脱硫石膏ꎻ赤泥ꎻ无侧限抗压强度ꎻ应力￣应变中图分类号:ＴＵ５２１.３㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣１６２５(２０２０)０５￣１５５３￣０６ＥｆｆｅｃｔｏｆＡｄｄｉｎｇＦＧＤａｎｄＲｅｄＭｕｄｏｎＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＣｅｍｅｎｔ￣ＳｏｉｌＳＵＯＣｈｏｎｇｘｉａｎꎬＨＡＯＹａｆｅｎꎬＦＡＮＰｅｉｇｅꎬＷＥＮＨａｏꎬＤＯＮＧＸｉａｏｑｉａｎｇ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＴａｉｙｕａｎ０３００２４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅｆｕｌｌｕｓｅｏｆＦＧＤａｎｄｒｅｄｍｕｄꎬｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｅｍｅｎｔｓｏｉｌｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄꎬａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓ￣ｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｎｄｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈｗｉｔｈａｇｅꎬｐＨｖａｌｕｅａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｅｓｔｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓ￣ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｅｍｅｎｔｓｏｉｌａｒｅｓｏｆｔｅｎｅｄꎬａｎｄｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｍａｋｅｓｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｂｒｉｔｔｌｅ.Ｗｈｅｎｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆａｌｋａｌｉｎｅｒｅｄｍｕｄｉｎｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｉｓｌａｒｇｅꎬｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｏｉｌｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｃｕｒｉｎｇａｇｅ.ＷｈｅｎｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆＦＧＤｉｓｌａｒｇｅꎬｔｈｅｌａｔｅｒｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｄｕｃｅｓ.Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｉｓｔｈａｔｔｈｅａｌｋａｌｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｓｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅꎬａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆａｌｋａｌｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｗｉｌｌｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｌａｓｔｉｃｌｉｍｉｔｏｆｓｏｉｌａｎｄｍａｋｅｔｈｅｄｉｓｓｏｌｖｅｄｃｏｌｌｏｉｄｓｅｐａｒａｔｅｏｕｔꎬｗｈｉｃｈｗｉｌｌｐｒｏｄｕｃｅｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎꎬａｎｄｔｈｅｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈ.ＩｎａｄｄｉｔｉｏｎꎬｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｒａｔｉｏｏｆＦＧＤａｎｄｒｅｄｍｕｄꎬｔｈｅｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃｅｍｅｎｔｓｏｉｌｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ１ＭＰａｔｏａｂｏｕｔ８ＭＰａ.Ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｉｓｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｅｍｅｎｔ￣ｓｏｉｌꎻｆｌｕｅｇａｓｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎｇｙｐｓｕｍꎻｒｅｄｍｕｄꎻｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈꎻｓｔｒｅｓｓ￣ｓｔｒａｉｎ基金项目:国家自然科学基金(５１９７８４３８)ꎻ山西省回国留学人员科研资助(２０１７￣０３９)ꎻ山西省应用基础研究(２０１７０１Ｄ１２１１２１)ꎻ山西省高等学校大学生创新创业训练项目(２０１９１０１１２００７)作者简介:索崇娴(１９９１￣)ꎬ女ꎬ博士研究生ꎮ主要从事固废物处理及污染土固化方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｓｕｏｃｈｏｎｇｘｉａｎ００５３＠ｌｉｎｋ.ｔｙｕｔ.ｅｄｕ.ｃｎ通讯作者:董晓强ꎬ教授ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｄｏｎｇｘｉａｏｑｉａｎｇ＠ｔｙｕｔ.ｅｄｕ.ｃｎ０㊀引㊀言水泥土是将软土与外加剂进行混合ꎬ经物理化学反应产生凝结硬化ꎬ得到的一种材料强度改善的复合土[１]ꎮ水泥土较混凝土材料而言更加经济ꎬ但在大型工程中水泥用量也比较大ꎬ成本偏高ꎬ因此许多学者考虑可以掺其他外加剂ꎬ保持材料较好性能的同时ꎬ降低水泥用量ꎮ其中ꎬ脱硫石膏是一种比较常见的外加剂[２]ꎬ主要将其与矿渣[３]和粉煤灰[４]等物质进行联合利用ꎬ制备胶凝材料及建筑材料[５￣６]ꎮ１５５４㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３９卷脱硫石膏(ＦｌｕｅＧａｓＤｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎＧｙｐｓｕｍꎬＦＧＤ)是燃煤电厂产生的含有大量二水硫酸钙矿物的废渣[７￣８]ꎬ呈现一定黏性[９]ꎮ赤泥是制备氧化铝所产生的工业废渣[１０]ꎬ具有比表面积大㊁颗粒较小㊁存在一定潜在活性胶凝物质等性质ꎬ可用作建筑材料[１１]及矿山充填剂[１２]的制备ꎮ有学者发现ＦＧＤ和赤泥之间存在激发作用ꎬ可联合利用进行固化剂的制备[１３￣１４]ꎮ目前国内外对ＦＧＤ和赤泥的利用率都很低ꎬ但其产量和储量却在逐年上升ꎮ因而本文将这两种固废物联合利用制备复合水泥土ꎬ研究固废物对水泥土强度及应力￣应变的复合影响ꎬ以拓宽其在工程中的应用ꎮ１㊀实㊀验１.１㊀试验材料试验材料照片如图１所示ꎬ水泥(图１(ａ))选用４２.５＃普通硅酸盐水泥ꎬＦＧＤ(图１(ｂ))取自太原某电厂ꎬ土(图１(ｃ))取自山西太原某建筑工地ꎮ经检测ꎬ土粒比重Ｇｓ＝２.７ꎬ液限ωＬ＝２５.２％ꎬ塑限ωＰ＝１５.３％ꎬ塑性指数Ｉｐ＝９.９ꎬ黏粒含量为１９.６％ꎬ粉粒含量为７８.７％ꎬ砂粒含量为１.７％ꎮ根据标准ＧＢ５００２１ ２００１(２００９版)ꎬ可判定为粉土ꎮ赤泥(图１(ｄ))材料为拜耳法赤泥ꎬ其塑性指数Ｉｐ＝１１.９ꎬ黏粒含量为５９％ꎬ粉粒含量为２７.３％ꎬ砂粒含量为１３.７％ꎬ根据标准可知其具有粉质黏土性能ꎮ各试验材料主要化学成分见表１ꎮ图１㊀试验材料Ｆｉｇ.１㊀Ｍａｔｅｒｉａｌｓｐｈｏｔｏｓ表１㊀试验材料的主要化学成分Ｔａｂｌｅ１㊀Ｍａｉｎｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓ/％ＭａｔｅｒｉａｌＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ＣａＯＮａ２ＯＦｅ２Ｏ３ＴｉＯ２ＭｇＯＫ２ＯＳＯ３ＯｔｈｅｒｓＣｅｍｅｎｔ１８.８１５.８６６６.３５０.３１３.３４￣１.０４０.４１２.５３１.３５ＦＧＤ０.９３０.４３３１.６２.０８０.１４￣０.４７１.７０４０.００２２.６５Ｓｏｉｌ５８.８８１１.７５７.９８１.７０４.５４０.６０２.０５２.１８２.１８８.１４Ｒｅｄｍｕｄ２０.１７２４.３４１８.２６９.６１９.４０３.５６１.２６０.６４０.６４１２.１２１.２㊀试验方法参照«建筑砂浆基本性能试验方法标准»ＪＧＪ/Ｔ７０ ２００９ꎬ以表２中各方案进行固化土的制备(各材料百分比均以干土重量为基准)ꎮ各方案中ꎬ固废物总量(ＦＧＤ＋赤泥)和水泥所占土的比例保持不变ꎬ两种固废物比例发生改变ꎮ将制备好的试样标准养护到待测龄期７ｄ㊁１４ｄ㊁２８ｄ时ꎬ进行无侧限抗压强度㊁应力￣应变㊁ＳＥＭ㊁ＸＲＤ及ｐＨ值的测定ꎮ表２㊀方案编号及试验材料占干土比例Ｔａｂｌｅ２㊀ＴｅｓｔｓｃｈｅｍｅＮｏ.ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｔｏｄｒｙｓｏｉｌ/％ＳｃｈｅｍｅＮｏ.ａｎｄｍａｔｅｒｉａｌ１２３４５６７Ｃｅｍｅｎｔ１０１０１０１０１０１０１０ＦＧＤ￣１０２０３０４０５０６０Ｒｅｄｍｕｄ６０５０４０３０２０１０￣第５期索崇娴等:添加脱硫石膏和赤泥对复合水泥土性能的影响１５５５㊀２㊀结果与讨论２.１㊀应力￣应变曲线图２㊀应力￣应变曲线Ｆｉｇ.２㊀Ｓｔｒｅｓｓ￣ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓ图２为１４ｄ复合水泥土的应力￣应变曲线ꎮ曲线开始呈上凹型ꎬ试块内原先存在的细微裂纹和孔隙在外力作用下不断被挤压[１５]ꎮ随着应变的增大ꎬ应力不断上升并达到峰值ꎮ其中ꎬ方案６的试块峰值应力最大ꎬ较方案１增大约８倍(σ１＝１.３５ＭＰａꎬσ６＝１０.８０ＭＰａ)ꎮ同时ꎬ曲线的斜率在逐渐增大ꎬ即复合土的弹性模量在增大ꎮ这可能是由于赤泥和ＦＧＤ颗粒粒径大小不同ꎬ二者对试块有充填作用ꎬ也可能是二者比例不同使试块内部发生的反应加剧ꎬ生成了更多的胶凝材料ꎬ导致弹性模量增大ꎮ随应变的持续增加ꎬ材料在达到峰值应力后出现应力软化现象ꎮ此外ꎬ随着固废物中脱硫石膏量的增加ꎬ复合土的峰值应变有所减小ꎬ说明材料配比对复合水泥土韧性有影响ꎬ使材料偏脆性发展ꎮ图３为试块受压过程中的裂缝发展图ꎮ由图可知ꎬ单轴受压阶段ꎬ试块在外力作用下原有的诸多细小裂隙或孔洞逐渐被压实ꎮ随着应变的增加ꎬ复合土试块表面开始出现细小裂纹ꎬ并逐渐扩展成较大的裂缝(如图３(ａ))ꎮ当应力￣应变曲线超过峰值应力后ꎬ裂纹不断产生ꎬ已存在裂纹迅速发展并不断贯通(如图３(ｂ))ꎬ最终导致试块破坏ꎮ图３㊀试块受压过程中的裂缝发展图Ｆｉｇ.３㊀Ｃｒａｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔｅｓｔｂｌｏｃｋ图４㊀无侧限抗压强度随ＦＧＤ掺量的变化Ｆｉｇ.４㊀ＣｈａｎｇｅｓｏｆｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈｗｉｔｈＦＧＤｃｏｎｔｅｎｔ２.２㊀无侧限抗压强度随ＦＧＤ掺量的变化图４为固废物总量一定的情况下ꎬ固化土无侧限抗压强度随ＦＧＤ掺量的变化曲线ꎮ强度曲线呈上升趋势ꎬ且增幅先大后小ꎮ曲线的变化趋势以ＦＧＤʒ赤泥＝１ʒ１为界限ꎬ可分为Ａ和Ｂ两个区域ꎮＡ区为ＦＧＤʒ赤泥<１ʒ１ꎬＢ区为ＦＧＤʒ赤泥>１ʒ１ꎮＡ区ꎬ试块强度增大的趋势较稳定ꎬ且增幅较大ꎬ强度值从１ＭＰａ增大到约８ＭＰａꎻＢ区ꎬ曲线的增长趋势变缓ꎬ试块强度的变化幅度降低ꎮ说明在ＦＧＤ与赤泥之间存在较优的比例ꎬ且ＦＧＤ占比量的增大会改善固化土的强度性能ꎮ曲线呈现出Ａ和Ｂ两个区域不同的变化趋势ꎬ可能是由于ＦＧＤ含量对生成物钙矾石的影响１５５６㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３９卷所导致的ꎮ试块中的孔隙较大时ꎬＦＧＤ存在的条件下ꎬ水泥及赤泥中活性物质发生水化反应会生成细针状钙矾石ꎻ当ＦＧＤ的含量逐渐增大时ꎬ钙矾石的结构发生改变ꎬ形成的钙矾石逐渐由细针状转变为长杆状ꎬ短柱状和六角柱状[１６]ꎬ使得结构更加致密ꎬ出现强度增大的趋势ꎮ但是在ＦＧＤ添加到一定程度时ꎬ其添加对材料内部结构的密实度影响程度降低ꎬ且赤泥量的减少使得产生钙矾石的碱性环境有所变化ꎬ因而强度的提高幅度变平缓ꎮ图５为土和固化土的ＳＥＭ照片ꎬ土中存在很多不规则的孔隙ꎬ而固化土中由于内部细小颗粒和水化反应产生的胶结物等对孔隙进行了填充和黏结ꎬ结构密实度得到提高ꎬ强度得到提高ꎮ赤泥中的活性物质[１７]及水泥中物质的水化会产生水化硅酸钙凝胶㊁水化铝酸钙等胶结物质[１８]ꎮ赤泥颗粒粒径较小ꎬ会对结构中的孔隙发挥填充效应ꎬＦＧＤ的黏性会使结构整体性提高ꎮ此外ꎬ在赤泥碱性环境下[１９]ꎬ试块中活性物质铝酸三钙和铁铝酸四钙等物质会与ＣａＳＯ４ ２Ｈ２Ｏ反应生成钙矾石[２０]ꎮ这些物理化学反应均会对试块的孔隙进行填充ꎬ使其整体性得到改善ꎬ强度提高ꎮ图５㊀土与固化土的ＳＥＭ照片Ｆｉｇ.５㊀ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｓｏｉｌａｎｄｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｓｏｉｌ２.３㊀无侧限抗压强度与龄期的关系图６㊀无侧限抗压强度随龄期的变化Ｆｉｇ.６㊀Ｃｈａｎｇｅｓｏｆｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈｗｉｔｈｃｕｒｉｎｇａｇｅ各方案下ꎬ试块无侧限抗压强度随龄期变化的柱状图如图６所示ꎮ当ＦＧＤʒ赤泥<１ʒ１时ꎬ强度随着龄期的增大而增大ꎬ增加幅度相对稳定ꎻ当ＦＧＤʒ赤泥>１ʒ１时ꎬ试块的强度在后期有所降低ꎮ材料在加水拌和过程中ꎬ可溶性物质溶解ꎬ液相中出现Ｃａ２＋㊁ＳＯ２－４㊁ＡｌＯ－２等ꎬ在碱性环境下会相互反应生成钙矾石ꎮ在硬化体中ꎬ随着养护龄期的不断增大ꎬ反应生成的钙矾石以微晶形式与其他水化产物相互穿插ꎬ形成了致密结构ꎬ使硬化体强度增加[２１]ꎮ此外ꎬＦＧＤ中的可溶性盐有利于加速水泥水化反应[２２]ꎮ图７为ＦＧＤ掺量为３０％时固化土的ＸＲＤ谱ꎬ图７(ａ)所示为试块养护７ｄ后的矿物成分分析ꎬ从图中可以看到ꎬ固化土中有ＳｉＯ２㊁ＣａＳＯ４ ２Ｈ２Ｏ㊁ＣａＣＯ３和ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８ ４Ｈ２Ｏ等物质ꎮ图７(ｂ)所示为相同材料配比下２８ｄ固化土的成分分析ꎬ与图７(ａ)相比ꎬ图中有一些峰值消失ꎬ有些峰值处矿物成分有所改变ꎬ说明龄期对试块中矿物成分有影响ꎮ２.４㊀无侧限抗压强度与ｐＨ值的关系图８为各龄期每个配比下相应试块无侧限抗压强度与ｐＨ值的关系图ꎮ在区域Ａ中无分布的点ꎬ区域Ｂ中分布的点最多ꎮ区域Ａ的强度值相对较小ꎬ最大值约为４ＭＰａꎬ而区域Ｂ中强度值可达约１１ＭＰａꎬ且区域Ｂ中各点的强度值均相对较大ꎮ钙矾石存在的ｐＨ值范围为１０.５~１３ꎬ其中１１~１２.５是钙矾石最稳定的环境条件[２３]ꎮ因而赤泥的碱㊀第５期索崇娴等:添加脱硫石膏和赤泥对复合水泥土性能的影响１５５７性及水泥水化生成的Ｃａ(ＯＨ)[２４]２对钙矾石的形成和稳定存在有利ꎬ也对水泥的硬凝反应有积极作用[２５]ꎮ另一方面ꎬ随着ｐＨ值的增大ꎬ材料的液塑限在不断的增大ꎬ而原先在塑限时溶解于碱液的胶体离子也会逐渐析出胶质ꎬ这些胶质继续发挥胶结作用ꎬ就会使试块强度增大[２６]ꎮ此外ꎬ随着ｐＨ值的增加ꎬ土中黏粒含量增加[２７]ꎬ会使试块形成更致密的整体ꎬ强度得到提高ꎮ图７㊀ＦＧＤ掺量为３０％时固化土的ＸＲＤ谱Ｆｉｇ.７㊀ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｓｏｉｌｗｉｔｈ３０％ＦＧＤ图８㊀无侧限抗压强度与ｐＨ值的关系图Ｆｉｇ.８㊀ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｐＨｖａｌｕｅ３㊀结㊀论(１)固废物复合水泥土的应力￣应变曲线呈软化型ꎬ且其弹性模量随脱硫石膏与赤泥之间比例的增大而增大ꎬ材料抵抗变形的能力在增强ꎮ此外ꎬ随ＦＧＤ的增加ꎬ材料偏脆性发展ꎮ(２)固废物复合水泥土无侧限抗压强度受固废物比例㊁养护龄期和ｐＨ值等因素影响ꎬ随着固废物比例和养护龄期的增大以及碱性的增强ꎬ无侧限抗压强度值逐渐增大ꎮ其中ꎬｐＨ值的增大会使试块中的黏粒含量和析出的胶质增多ꎬ且碱性对钙矾石的生成有利ꎬ为材料强度提高起到联合作用ꎮ(３)微观分析和宏观结果均表明加入适量比例的ＦＧＤ和赤泥可改善水泥土内部结构并显著提高其强度ꎮ因此ꎬ可考虑在水泥土中加入这两种固废物来改善其抗压能力ꎬ为工程的安全性及固废物的利用提供新方案ꎮ参考文献[１]㊀王贤昆ꎬ庞建勇ꎬ王㊀强.复合水泥土无侧限抗压强度正交试验研究[Ｊ].长江科学院报ꎬ２０１５ꎬ３２(１２):７２￣７５.[２]㊀袁聚云ꎬ景㊀路ꎬ李㊀阳ꎬ等.脱硫石膏土体增强剂用于深层搅拌桩的试验研究[Ｊ].岩土工程学报ꎬ２０１１ꎬ３３(Ｓ１):２３￣２８. 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脱硫石膏是燃煤电厂烟气脱硫过程中产生的废弃物，随着燃煤电厂项目的快速发展，脱硫石膏废渣排放量会越来越大，将成为继粉煤灰之后的第二大固体废弃物，不仅占用大量土地资源，而且对环境影响非常严重，极易造成二次污染，如不采取积极有效措施进行综合利用，将会造成严重后果。
由于脱硫石膏的主要成分为二水硫酸钙，用其代替天然石膏作水泥缓凝剂将对保护环境、发展循环经济、建设节约型社会具有重要的意义。
表1、表2分别是脱硫石膏的化学、物理性质。
水泥缓凝剂的相关试验本次试验所用材料：水泥熟料、天然石膏、3种不同品位的脱硫石膏、水泥混合材（粉煤灰、炉渣、红煤矸）等。
将试验中所用各种材料晒干后，分别经过试验室鄂式破碎机破碎，然后用不同编号的脱硫石膏分别与熟料、混合材等按一定比例混合，在椎500×500试验小磨中磨至规定时间。
粉磨后的水泥按国家标准进行水泥物理性能检验，结果列于表3、表4。
表3中数据为不同电厂脱硫石膏与天然石膏不同掺量之间的纯硅酸盐水泥物理性能比较，表4列出不同电厂脱硫石膏与天然石膏掺加20%混合材后复合水泥的物理性能比较。
GB175-1999《普通硅酸盐水泥》标准规定，工业副产石膏做水泥缓凝剂，必须进行试验，且证明其对水泥性能无害后方可使用。
因此，下面笔者主要分析水泥中加入脱硫石膏后，对其性能的影响情况。
1.脱硫石膏的物化性能及品位等级脱硫石膏呈浅黄色细粉状，质软、易磨。
脱硫石膏正常含有8%～10%的吸附水分，作为水泥缓凝剂使用时，应适当晾晒，否则将给正常下料带来诸多不便。
2．对安定性、稠度的影响从表3中编号为K6～K9的数据可以看出，随着脱硫石膏掺入量的增加，水泥的稠度呈增加趋势，与天然石膏相比，其稠度略有降低，表明掺加脱硫石膏的水泥需水量少。
另外，从表中还看出脱硫石膏对水泥的安定性没有影响。
3．对凝结时间的影响根据表3中K1～K9的凝结时间数据看出，随着石膏掺入量的增加，水泥的初凝、终凝时间均有延长，只是脱硫石膏比同掺量天然石膏凝结时间普遍短，有加速凝结的现象，但从表4中体现不明显。
