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脱硫石膏粉煤灰胶结全尾砂充填的试验研究陈云嫩 梁礼明(南方冶金学院) 摘 要:针对矿山胶结充填成本高、强度低等情况,本文以脱硫石膏作为粉煤灰的激发剂,试验研究了一种新型充填胶结料,它具有成本低、后期强度高等优点。
关键词:脱硫石膏 粉煤灰 胶结充填陈云嫩 硕士 讲师 江西赣州 341000 随着采矿量的大量增加和充填采矿法显著的技术特点,充填采矿方法的使用比重一直处于上升趋势。
为了获得良好的充填质量,许多矿山使用水泥作为充填胶结料。
长期以来,大量的井下采空区充填需要消耗数以万吨计的水泥,据统计,充填成本占采矿成本的1/3左右,充填成本中充填材料又占80%以上,昂贵的充填成本不仅给矿山造成很大的经济压力,而且严重制约了充填采矿技术的使用和发展。
采用新工艺新技术,在不降低充填体强度的情况下,降低水泥单耗量或寻求水泥代用品,是充填技术的主攻方向。
通过分析脱硫石膏、粉煤灰及尾砂的化学成分,本文以全尾砂做充填骨料,脱硫石膏和粉煤灰为主要胶结料进行了试验研究。
1 脱硫石膏、粉煤灰及尾砂的化学成分分析 以某热电厂脱硫石膏为例,脱硫石膏的主要成分是结晶硫酸钙,颜色微黄,含1510%～1614%的游离水及5%～10%的杂质(主要是脱硫过程中过量的碳酸钙)。
通过对脱硫石膏与天然石膏的化学组成比较(表1)可知,脱硫石膏与天然石膏的化学成分和矿物组成基本相似,其酸碱度与天然石膏相当,呈中性或略偏碱。
粉煤灰是具有一定活性的火山灰质材料,用电子探针测得其主要化学成分(表1)。
从化学成分来看,粉煤灰属于CaO —Al 2O 3—SiO 2系,其活性主要由SiO 2和Al 2O 3的含量决定。
表1脱硫石膏与天然石膏化学组成对比名称S iO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO M gO S O 3脱硫石膏41452186016031148018637140天然石膏31491104013030145318037130粉煤灰64191271990117418101030163某矿尾砂201062108361551118911190195 分析表1可以发现: (1)粉煤灰中SiO 2、Al 2O 3含量分别是64191%和27199%,具有一定的潜在胶凝性能,可以用来作为水泥的代用品。
电厂脱硫石膏改性利用项目可行性研究报告电厂脱硫石膏改性利用项目可行性研究报告目录第一章总论 (2)1.1 项目承办单位 (2)1.2 可行性研究报告编制依据 (2)1.3 可行性研究报告的研究范围 (2)1.4 项目概况 (2)1.5 推荐方案 (2)1.6 投资的必要性 (4)1.7 项目建设内容及规模 (2)1.8 市场预测及产品销售 (2)1.9 生产工艺 (2)1.10 厂址环境 (8)1.11 主要原材料及能动供应 (2)第二章项目背景与提出 (2)2.1 项目背景 (2)2.2 项目提出的必要性 (2)第三章市场需求预测与建设规模 (2)3.1 生物菌肥市场分析及预测 (2)3.2 产品销售 (2)第四章技术水平 (2)4.1 产品水平及标准 (2)4.2工艺设备水平 (2)第五章工程技术方案 (2)5.1 设计原则 (2)5.2 项目组成 (2)5.3 工程技术方案 (2)5.4 总图 (2)5.5 给排水 (2)5.6自动控制 (2)5.7 供电 (2)5.8 供热、采暖与制冷 (2)第六章建设条件与厂址 (2)6.1 原辅料供应 (2)6.2 能动供应 (2)6.3 厂址 (2)第七章环境保护 (2)7.1 编制依据与范围 (2)7.2 污染源分析 (2)7.3 环保措施 (2)7.4 环保投资估算 (2)7.5 绿化 (2)7.6 环境影响评价 (2)第八章节能降耗 (2)8.1 编制依据 (2)8.2 能耗指标 (2)8.3 项目节能措施 (2)第九章消防 (2)9.1 编制依据 (2)9.2 工程概述 (2)9.3 消防措施 (2)9.4 机构设置 (2)第十章劳动安全卫生 (2)10.1 编制依据 (2)10.2 工程概述 (2)10.3 劳动安全措施 (2)10.4 工业卫生 (2)10.5 劳动安全卫生机构 (2)10.6 期效果评价 (2)第十一章企业组织劳动定员和人员培训 (2)11.1 企业组织 (2)11.2 劳动定员 (2)11.3 人员来源及培训 (2)第十二章项目实施进度 (2)12.1 项目进度计划建设 (2)12.2 项目实施计划 (2)12.3 项目达产计划 (2)第十三章投资估算及资金筹措 (2)13.1 估算依据说明 (2)13.2 建设投资估算 (2)13.3 资金筹措及使用方案 (2)第十四章财务与社会效益评价 (2)14.1 财务效益分析 (2)14.2 社会效益分析 (2)第十五章结论 (67)附件：一、投资估算表第一章总论第一节项目概况一、项目名称：包头地区电厂脱硫石膏改性利用项目二、项目性质：新建三、项目建设单位：########公司四、项目建设地点：包头市########五、项目建设规模及内容：本项目年产水泥缓凝剂20万吨，建筑石膏制品5万吨，粉煤灰加气块15万吨。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011446939.2(22)申请日 2020.12.08(71)申请人 山东华杰新型环保建材有限公司地址 271200 山东省泰安市新泰市翟镇井家庄村济临路北386号(72)发明人 褚健 褚杰 (74)专利代理机构 深圳至诚化育知识产权代理事务所(普通合伙) 44728代理人 刘英(51)Int.Cl.C04B 11/26(2006.01)C04B 7/26(2006.01)C04B 12/00(2006.01)(54)发明名称一种利用粉煤灰、矿粉、脱硫石膏等固体废弃物生产无机胶凝材料(57)摘要本发明涉及一种利用粉煤灰、矿粉、脱硫石膏等固体废弃物生产无机胶凝材料。
本发明采用的是粉煤灰、矿粉、脱硫石膏等固体废弃物，内部存在大量二氧化硅等生产水泥等建筑材料的原料，本发明通过脱硫石膏的少部分制备成水泥原料的缓凝剂延缓水泥的凝固，将脱硫石膏作为粉煤灰和矿粉的激发剂，激发粉煤灰和矿粉的火山灰活性，令其与水反应，制备出了无机胶凝材料。
本发明通过简单的工艺步骤即可制备无机胶凝材料，成本低廉、变废为宝，保护环境，适用于工业生产。
权利要求书1页 说明书3页CN 112429990 A 2021.03.02C N 112429990A1.一种利用粉煤灰、矿粉、脱硫石膏等固体废弃物生产无机胶凝材料，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，将少量脱硫石膏在非密闭的窑炉中进行分段煅烧，第一次煅烧得含少量水的β型脱硫石膏，第二次煅烧得到细度较为均匀且颗粒大小集中的β型脱硫石膏；步骤二，将酒石酸钾钠置于脱硫石膏和水的混合物中，不断对混合物进行搅拌，得到初凝和终凝时间延长的石膏浆体；步骤三，将水泥混合料中倒入少量的β型脱硫石膏，加入适量的水与其混合，得到终凝时间延长的水泥浆体；步骤四，将粉煤灰和矿粉的混合物投入水泥浆体中，得到类水泥浆体；步骤五，将石膏浆体与类水泥浆体混合搅拌，在石膏浆体的激发下，粉煤灰和矿粉激发其火山灰活性，与水反应，从而生成无机凝胶材料。
免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料研究引言：复合胶凝材料指的是由两种或更多种材料混合制成的胶凝材料，常用的复合胶凝材料有石膏和粉煤灰的组合。
石膏和粉煤灰都是一种常见的建筑材料，在煤电站和建筑工地产生的废弃物得到充分利用的同时，也可以提高材料的性能，降低生产成本。
本文将主要讨论免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料的研究。
材料性质：免煅烧脱硫石膏是由煤电站烟气中的脱硫石膏经过干燥和粉碎加工而成，其主要成分是硫酸钙和水合硫酸钙。
粉煤灰则是燃煤过程中产生的灰烬，经过细磨处理，可作为混凝土中的掺合料。
免煅烧脱硫石膏和粉煤灰的石膏成分和粉煤灰具有良好的胶凝性能和掺合效应，在复合后能够互补材料性能，提高材料的强度和耐久性。
影响因素：在研究免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料时，需要考虑影响材料性能的因素。
首先是脱硫石膏和粉煤灰的相对比例，适当的比例可以使材料具有较高的强度和硬度。
其次是水胶比，水胶比的选择直接影响材料的工作性能和耐久性。
此外，还需要考虑其他外加剂的添加，如粉煤灰活化剂和增塑剂，可以进一步提高材料性能。
研究方法：研究免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料的方法主要包括实验室试验和实际应用。
实验室试验可以通过调整不同材料比例和添加不同外加剂的方式来研究材料性能的变化。
实际应用则可以在建筑工地上进行试验，观察材料在不同环境条件下的表现，如强度、耐久性和可加工性等。
预期结果：通过研究免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料，预期可以得到以下结果。
首先，材料的强度和硬度会有所提高，能够满足建筑工程的要求。
其次，材料的耐久性也会得到提高，能够更好地抵抗环境侵蚀和气候变化。
此外，材料的生产成本也会得到降低，通过充分利用废弃物资源，可以节约能源和减少环境污染。
结论：免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料是一种具有广泛应用前景的新型建筑材料。
它不仅可以充分利用废弃物资源，还能提高材料性能，降低生产成本。
因此，研究免煅烧脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料对于推动可持续发展和环保建筑具有重要意义。
我国电力工业以消耗煤炭的火力发电为主，目前我国SO 2的排放量已高居世界首位。
为解决工业废气造成的环境污染，国内越来越多的发电企业采用湿式石灰石-石膏法进行烟气脱硫，而由此每年产生760万t 脱硫石膏，已成为继粉煤灰后的第二大固体废弃物[1]。
烟气脱硫石膏与天然石膏的化学性能基本相同[2]，纯度高、价格低廉，具有质轻、保温隔热、隔声、防火、自呼吸、便于施工、良好的装饰性等特点。
脱硫石膏中放射性元素的含量远低于GB 6566要求的极限值，对健康无害，也不污染环境[2]，因此受到广泛关注。
但脱硫石膏存在强度低、耐水性差等缺点，成为其广泛应用的瓶颈。
本文主要以脱硫石膏为主要材料，通过掺加矿物外加剂和化学激发剂对其改性，使之形成一种新型的脱硫石膏基复合胶结材（FGD 体系），从而实现3种工业废渣经济、有效的资源化利用，具有利废、节地、节能、环保等多重社会效益和良好的经济效益。
1实验1.1原材料基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目（2006BAJ04A04）收稿日期：2009-11-09作者简介：位建强，男，1986年生，山东济南人，硕士研究生。
脱硫石膏-粉煤灰-矿粉复合胶结材改性研究位建强1，刘巧玲2，曹明莉1（1.大连理工大学土木工程学院，辽宁大连116024；2.山东建筑大学土木工程学院，山东济南250101）摘要：脱硫石膏作为烟气脱硫工艺的副产品，不仅价格低，来源广，而且具有与天然石膏相近的性质和优点。
研究了不同矿物掺合料（粉煤灰和矿粉）、不同外加剂掺量以及不同配比对脱硫石膏基材料性能的影响。
结果表明，将硅酸钠作为早强剂，体系的早期抗折、抗压强度与空白样相比分别提高150%和30.6%；生石灰和水泥双激发可使体系的强度提高100%以上；粉煤灰与矿粉复掺时，强度和经济效益都得到保证。
综合考虑，FGD 体系的配比为：m （脱硫石膏）∶m （粉煤灰）∶m （矿粉）=40∶20∶40。
关键词：脱硫石膏；粉煤灰；矿粉；外加剂中图分类号：TQ177.3+75文献标识码：A 文章编号：1001-702X （2010）04-0009-04Modification of composite cementitious material produced by FGD gypsum-fly ash-GGBSWEI Jianqiang 1，LIU Qiaoling 2，CAO Mingli 1（1.School of Civil Engineering ，Dalian University of Technology ，Dalian 116024，Liaoning ，China ；2.School of Civil Engineering ，Shandong Jianzhu University ，Jinan 250101，Shandong ，China ）Abstract ：As the by-product of flue gas desulfurization process ，FGD gypsum is not only cheap and has wide sources ，but al －so has similar nature and advantages with natural gypsum.In this paper ，the effects of different mineral admixture （fly ash ，GGBS ），different quantity of admixture and different mixture ratio on the performance of the FGD gypsum-based composite cementitious material were studied.The experiment results show that compared with empty sample ，when choosing potassium sulfate as early-strength agent ，the initial breaking strength and compressive strength of the composite can be improved by 150%and 30.6%re －spectively.The strength can be improved by more than 100%with the alkali activation of quicklime and cement ，while the use of fly ash and GGBS can ensure the strength and economic benefit.Through comprehensive consideration ，the optimum mix of com －posite cementitious material is that ：m （FGD gypsum ）∶m （fly ash ）∶m （GGBS ）=40∶20∶40.Key words ：FGD gypsum ；fly ash ；GGBS ；admixture全国中文核心期刊脱硫石膏：取自济南黄台电厂，主要成分为CaSO 4·2H 2O ；水泥：山东水泥厂产东岳牌32.5R 水泥；粉煤灰：济南黄台电厂Ⅱ级粉煤灰；矿粉、生石灰、FDN 萘系减水剂（阴离子型）、硫酸钠、硅酸钠、乳胶粉（BATREFT'-1405）、羧甲基纤维素醚（CMC ）、絮状纤维素，均为市购。
1.2试验方法以脱硫石膏为基体，掺入矿物掺合料（粉煤灰和矿粉）以及减水剂、早强剂、保水剂、生石灰、水泥、乳胶粉、硅酸钠等外加剂对其进行改性，并对各种因素、各种配比下的试样进行了性能测试，试件均采用标准养护制度养护。
实验的基本配比见表1，各添加剂掺量对FGD 体系的影响都在基本配比的基础上进行，后面的实验根据前面所确定的配比继续进行，直到确定各添加剂的最佳配比。
表1FGD 体系的基本配比％FGD 体系的标准稠度用水量、凝结时间按GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间检验方法》进行测试；强度按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》进行测试。
2结果与讨论2.1减水剂掺量对FGD 体系性能的影响减水剂可使脱硫石膏拌合物在保持良好工作性的条件下明显减小水灰比，从而降低石膏硬化体内的孔隙率，有利于提高其强度和耐水性。
FDN 萘系减水剂不影响混凝土的凝结时间、引气量低、能大幅度降低混凝土的水灰比[3]，其对FGD 体系性能的影响见表2。
表2FDN 萘系减水剂掺量对FGD 体系性能的影响从表2可以看出，随着FDN 萘系减水剂掺量的增加，FGD 的标准稠度用水量降低，凝结时间延长。
为了保证正常凝结并从经济方面考虑，FDN 萘系减水剂的适宜掺量确定为0.8%，以下实验中FDN 萘系减水剂掺量均为0.8％。
2.2早强剂对FGD 体系凝结时间和强度的影响粉煤灰、矿粉在碱与硫酸盐激发下形成的钙矾石与水化硅酸钙覆盖在矿粉、粉煤灰颗粒的表面，并形成阻碍其进一步水化的包覆层，从而影响复合胶结材的凝结时间和早期强度。
加快胶结材凝结硬化的关键是创造离子扩散通过包覆层的条件，促使包覆膜破灭，为此，需选用适宜的早强剂[4]。
本研究采用硅酸钠作为激发早强剂，其掺量对FGD 性能的影响见表3。
表3硅酸钠掺量对FGD 体系性能的影响由表3可见，硅酸钠对FGD 体系具有一定的激发作用，有助于FGD 早期强度的提高。
硅酸钠同时可以明显减少泛霜现象。
综合考虑，选用硅酸钠作为早强剂掺入到FGD 体系中，其适宜掺量为2.0%，此时FGD 的14d 抗折、抗压强度与空白样相比分别提高150%和30.6%，凝结时间也控制在较小范围。
2.3激发剂对FGD 体系性能的影响二水石膏无自硬性，因此激发剂的活性激发对胶结材水化硬化以及强度发展起关键作用。
在以往的大量研究实验中，经常用的激发剂是石灰和水泥。
石灰及水泥中的硅酸三钙、硅酸二钙水化形成的CaCO 3与矿粉、粉煤灰中的活性组分SiO 2、Al 2O 3作用生成大量的钙矾石与水化硅酸钙，而硬化体强度的发展主要依靠钙矾石与水化硅酸钙。
2.3.1生石灰的激发作用由于生石灰经磨细后的比表面积大约是消石灰比表面积的1/100，因此在表面润湿上它需要的水比消石灰少得多，这样在水灰比较小的情况下也可以获得高强度。
单掺石灰5%时，体系的抗压强度与未掺石灰的基准样比有很大程度的提高，3d 强度为基准样7d 强度的3～5倍，7d 强度提高5～9倍，28d 强度提高271%～423%。
当石灰掺量由5%增至10%时，3d 、7d 强度有所下降（除FGD ∶FA=2∶8这组外），但28d 强度有不同程度的提高；当石灰掺量继续增加时，不论是早期强度还是后期强度，都呈下降的趋势[4]。
这是因为：在低掺量时，石灰的加入提高了体系的碱度，而碱的存在能打破粉煤灰的玻璃体结构，激发粉煤灰的活性，生成更多的水化产物，从而提高体系的强度。
水泥在水化生成C-S-H 凝胶的同时也生成Ca （OH ）2，但在5%掺量时石灰比水泥的激发效果更好，这一方面说明此时体系碱度仍不足，还不能达到激发粉煤灰活性的最佳要求，另一方面也说明此时碱对体系强度发展的贡脱硫石膏粉煤灰矿粉生石灰水泥硫酸钠502030252F1-1035.63：565：32F1-20.335.14：596：45F1-30.534.85：236：55F1-40.834.15：307：15F1-51.033.56：178：42初凝终凝编号FDN 掺量/%标准稠度用水量/%凝结时间/（h ：min ）F2-20.537.36:15F2-3 1.035.05:228:116:35 1.31.613.414.9F2-62.534.15:026:122.317.3F2-4 1.534.24:555:47 1.716.3F2-5 2.032.54:125:00 2.517.5F2-1038.27:208:45 1.013.4编号硅酸钠掺量/%标准稠度用水量/%14d 强度/MPa 抗折抗压凝结时间/（h ：min ）初凝终凝位建强，等：脱硫石膏-粉煤灰-矿粉复合胶结材改性研究献比水泥水化产物直接产生强度的贡献更大。
当石灰掺量增到10%左右时，体系的碱度就已经足够激发体系的活性，再继续增加石灰掺量，体系所含的脱硫石膏与粉煤灰的量相对减少，因此，它们反应生成的水化产物也就减少，FGD的强度随之降低[4]。
