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提高脱硫石膏的湿强度来改善石膏制品的耐水性能

发布时间:2021-01-18 14:03

近年来,我国二氧化硫污染相当严重,已成为世界上二氧化硫污染最严重的国家之一。由于经济技术方面的原因,我国二氧化硫的排放一直处于失控状态,排放量呈逐年上升趋势,酸雨面积逐年扩大,对生态系统、建筑材料、农业和人体健康等方面构成了严重威胁。我国的能源构成以煤炭为主,其消费量占一次能源总消费量的70%左右,这种局面在今后相当长的时间内不会改变。因此抓住电力工业二氧化硫排放这一主要问题并加大治理力度,在很大程度上可缓解我国二氧化硫排放失控的状态。

目前,国内外烟气脱硫有湿法、干法、半干法等多种工艺技术。其中,石灰石-石膏湿法脱硫技术所用的脱硫介质(石灰石)成本低,脱硫技术成熟,脱硫效率高,脱硫副产品对环境无害、便于综合利用,因而被广泛使用。我国从20世纪90年代开始在多家火电厂采用石灰石-石膏湿法对烟气进行脱硫。经过多年的运行,不仅环境得到了较大的改善,而且在其副产品--烟气脱硫石膏的研究开发与利用方面积累了成功的经验。加强对脱硫石膏的资源化研究,拓宽其应用领域,提高其利用率,不仅是对火电厂实现烟气脱硫目标的有力促进,同时也符合我国加快发展循环经济和建设节约型社会的要求。本文研究来自不同区域的15个烟气脱硫石膏样品的基本性能。

1 脱硫石膏样品的采集

采集的脱硫石膏样品均呈湿粉状,分别来自内蒙,山西,江浙,广东等地,样品颜色不一,黄色居多,也有少数白色和灰色样品。根据脱硫石膏生产工艺可知,脱硫石膏与天然石膏的主要成分都为二水硫酸钙,在脱硫装置正常运行的情况下,其石膏颜色应接近白色;但由于脱硫石膏是由烟气脱硫产生的化学石膏,其杂质会对石膏颜色有所影响,如因含有碳酸钙、碳酸镁等杂质而呈淡黄色和灰褐色;当除尘器运行不稳定,含有较多细粒粉煤灰的烟气进入吸收塔时,颜色为灰色。

2 颗粒级配分析

对采集到的15个样品按照德国工业协会(VGB)制定的《烟气脱硫石膏质量标准和分析方法》规定方法,用激光粒度分析仪了进行颗粒粒度测定。


 

由于对作为烟气脱硫吸收剂的石灰石粉或石灰粉的细度有较高的要求,如表1所示,90%以上的石灰石粒径需小于40μm,这样也不易对烟气脱硫系统造成机器磨损,故烟气脱硫所形成的脱硫石膏较天然石膏颗粒较细,其平均颗粒粒径D50一般不超过90μm,且粒径分布范围较窄。

由表2可以得出,D50平均粒径为60-80um的样品占总样品数的53%,平均粒径80—95um的样品比例为27%,37-50um的样品比例为20%。这一测定结果,与一些资料中认为的脱硫石膏平均颗粒集中在30-60 um有不同。由样品的粒径分布图可以看出,大多数样品中粒径小于20um的颗粒含量较少,粒径大于140um的颗粒含量亦较少,样品的颗粒分布峰形较窄,多数样品的颗粒粒径主要分布在40-110um区间内(如图1,图2所示)。 

3 脱硫石膏颗粒的显微观察

通过扫描电镜对脱硫石膏的粒度及颗粒化学成分进行了初步分析。




 

由图4可以看出天然石膏颗粒粘合在一起,而脱硫石膏(图5)以单独的结晶颗粒存在。脱硫石膏部分晶体内部有压力存在,而天然石膏主要以韵态存在。天然石膏经过粉磨后的粗颗粒多为杂质;而脱硫石膏粗颗粒多为石膏,细颗粒为杂质。

从上述扫描电镜分析图谱来看,脱硫石膏颗粒多为六棱斜柱状,但大部分样品颗粒大小不均匀,如样品7、8和9大颗粒较多,而样品1和13粒度较为均匀,与之前的脱硫石膏粒级分配测试结果相符。从能谱对脱硫石膏样品的元素分析来看,其主要成分均为硫酸钙,杂质多含Mg、Al、Na、K、Fe、Si和少量的氯元素。但同一样品的大小颗粒所附杂质元素含量,种类未必相同。

因此,从电镜扫描图片来看,脱硫石膏与天然石膏的晶型有明显的不同。天然石膏细粒较多,粗细颗粒差别明显,晶型呈板状,晶体粗大,不规则;脱硫石膏颗粒比较均齐,晶体成短柱状,长径比较小,外观规整。

4 脱硫石膏附着水含量、结晶水含量测定

从以上脱硫石膏纯度来看,所采集脱硫石膏样品的纯度均在90%以上,且由于烟气脱硫对石灰石或石灰粉中的CaO含量要求严格,所以脱硫石膏的化学成分较稳定,其品质优于一般天然石膏,为脱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。

由上表可见,收集的电厂脱硫石膏含水率在10%以内(含10%)的样品占所采集样品的53%;含水率在10%-15%(含15%)的样品占总样品量的      40%;而样品15的含水率偏大,高达21%,可能与电厂脱硫工艺有很大关系。若石膏水分过高,不仅影响脱硫系统和设备的正常运行,而且对石膏的储存、运输及后加工等都会造成一定的困难,因此,应对其加以控制。

5 化学成分分析

 

脱硫石膏样品分析分别由中国地质大学分析室和国家建筑材料认证中心提供测试数据,目前中国地质大学已提供测试结果(因样品测试数量及项目较多,分两个表列出)。

5.1可溶性杂质及其危害

Mg2+、Cl-、Na+、K+等影响与纸的粘结;其中的镁盐一部分为可溶性的,与天然石膏有不同。Na+、K+、Mg2+产生析晶使制品出现返霜现象,影响石膏的凝结性能,由于无保护的石膏类制品对风化作用敏感,因此可溶于水的镁盐[MgO],钠盐[Na2O]和钾盐[K2O]的含量应该降低。氯化物对脱硫石膏粘结性能影响非常显著,纸面石膏板等石膏制品对石膏中的氯化物含量有要求。半水亚硫酸钙含量的多会导致脱硫石膏含水量大,半水石膏吸水率高。做水泥缓凝剂有时还会影响水泥凝结时间和强度。

因此,超量时须增设水洗、分级、中和等净化、脱水设施,对脱硫石膏进行净化处理。

5.2不溶性杂质及其危害:

氧化铝和氧化硅在脱硫石膏中颗粒较粗,对脱硫石膏的易磨性影响很大。其含量高会降低粉磨效率、增加粉末成本。这些不宜磨碎的大颗粒,还会影响石膏的应用范围。氧化铁会影响脱硫石膏的易磨性和白度。氧化铁含量高,脱硫石膏的易磨性差、白度低。未完全燃烧的煤粉颗粒影响产品的白度和粘结性能。

6 脱硫石膏重金属含量、放射性测定

6.1 脱硫石膏重金属含量

按照GB18582—2001《室内装饰装修材料有害物质限量》规定方法测定。 
 

由表可以看出,脱硫石膏重金属含量满足GB18582—2001《室内装饰装修材料有害物质限量》中重金属含量限值的要求。

6.2  脱硫石膏放射性

脱硫石膏放射性按照GB 65662001《建筑材料放射性核素限量》规定方法测定。

由上表可以看出,脱硫石膏的放射性指标应满足国家标准GB6566—2001《建筑材料放射性核素限量》标准要求。

7 结论

本文通过对采集我国不同地域烟气脱硫石膏样品,对其物理化学的基本性质做了较为深入的研究。研究表明,脱硫石膏虽然在主要成分上与天然石膏相同,但其颗粒形状,粒级分配,化学成分均与天然石膏有明显差别,主要表现为:

(1)从石膏晶体来看,天然石膏细粒较多,粗细颗粒差别明显,晶型呈板状,晶体粗大,不规则;脱硫石膏颗粒比较均齐,晶体成六棱短柱状,长径比较小,外观较为规整。

(2)从粒级分配来看,天然石膏颗粒大小粒度相差较大,不同粒径的粒子在石膏颗粒中均占有一定比例;而脱硫石膏颗粒大小比较均齐,大颗粒(大于140μm)和小颗粒(小于10μm)均较少,80%的颗粒均集中在40-80μm。

(3)从化学组成来看,脱硫石膏的纯度高于天然石膏,二水硫酸钙含量达到90%以上,但其杂质组成较为复杂,这与其产生的工艺条件有很大关系,如其可溶性盐和氯离子含量高于天然石膏,是导致其脱硫建筑石膏制品出现泛霜,粘结力下降等性能问题的主要原因之一。

(4)脱硫石膏中的重金属含量、放射性指标均明显低于我国相关标准要求,脱硫石膏的环保性能是安全的。

 

 

文章来源:石膏建材网

 

 
 
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