脱硫煤灰渣在水泥中应用的可行性研究。
葛介龙 浙江菲达机电集团公司。
提要本文通过半干法脱硫产生的脱硫渣在水泥中作混合材及缓凝剂的大量试验研究，得出对水泥出力、3d、7d、28d抗折、抗压强度等的影响关系大量数据，结果表明脱硫渣应用水泥行业在技术上是完全可行的。推广具有巨大的经济效益和社会效益。
关键词脱硫渣、水泥、应用、效益。
一、前言。随着我国经济的持续发展，二氧化硫的排放总量已经超过美国，成为全球第一排放大户。在沿海经济发达地区及一些燃用高硫煤的地区，酸雨的危害已相当严重。
因而在近十年相继引进了几套国外大型湿法脱硫装置，同时强化环保立法，加强了环保执法力度，这样迫使越来越多的电厂正在或计划建立脱硫装置。考虑到湿法一次性投资高昂，运行成本也高，故而在300mw以下机组上，像nid、cfb、lifac等投资省、运行成本低的干法脱硫工艺正越来越受到欢迎。如alstom公司的nid技术在巨化集团热电厂建有70mw机组样板工程。
芬兰伊沃公司的lifac技术分别在南京下关、浙江钱清建有应用工程，丹麦斯密史的fls技术在云南小龙潭电厂有100mw应用工程，这些循环干法将占fgd市场相当大的市场份额，这就产生了大量脱硫灰如何利用的问题。因为这些半干法增加电厂排灰量约15%，如不能有效利用，的确是一个十分现实的难题。本文研究的内容就是如何解决这一问题。
二、脱硫渣在国内外的处置现状。
像美国这样幅员辽阔的国家，脱硫渣都选择抛弃法，欧洲国家人口少，大多也是如此处置。但也有一些综合利用的途径，归纳为：
a． 脱硫煤灰渣、水泥和水相混合，制成cefill，用来筑路、作填充物等。
b． 作矿井回填及景观修复用。
c． 利用脱硫灰中尚有的ca(oh)2作肥料，调节土壤ph值。
d． 利用脱硫渣中未反应完全的碱性组份作为湿法脱硫工艺的脱硫剂。
国内由于脱硫起步较迟，人们对脱硫灰的组分及理化性能不太了解，以至于在脱硫灰的综合利用上进展不大。另外国内对这方面的研究也投入不够，以至现有的半干法脱硫产物绝大部分都作填埋处置，我们认为真正能解决脱硫渣出路的是水泥行业，因为水泥需求量大，消化这点脱硫渣不成问题，脱硫渣是一种很好的二次资源，应该好好利用，变废为宝。
三、试验内容。
1.原料的**。
1.1脱硫煤灰渣。
我们用南京下关电厂lifac工艺产生的脱硫渣，外观呈灰色，粉末状。脱硫反应式为：
ca(oh)2 + so2 = caso3·1/2h2o + 1/2h2o………1）
2caso3·1/2h2o + o2 + 3h2o = 2caso4·2h2o………2）
ca(oh)2 + co2 = caco3 + h2o3）
ca(oh)2 + 2hcl + 2h2o = cacl2·4h2o………4）
其中（1）为主反应，所以脱硫渣中有大量的caso3·1/2h2o，还有少量的caso4·2h2o、caco3、cacl2·4h2o等，caso3·1/2h2o的热分解温度为436℃，性能较稳定，在自然条件下，会被空气中的氧缓慢氧化成稳定的caso4·2h2o。脱硫渣化学成分分析见表一。
表一脱硫煤灰渣的化学成分。
从x——射线衍射结果（见图1）看，脱硫煤灰渣的主要矿相为莫来石、石英及一些玻璃态物质。
图1 脱硫煤灰渣的x——射线衍射。
1.2矿渣。
选用杭州钢铁厂的矿渣，质量系数为1.74。化学成分见表二。
表二矿渣化学成分。
1.3天然二水石膏。
天然二水石膏含so3量为43.44%。
1.4熟料。
选用浙江钱江水泥厂的熟料，化学成分、率值及矿物组成见表三。
表三化学成分、率值及矿物组成。
2.试验内容和结果。
2.1 易磨性。
各种原料的易磨性，直接影响到水泥磨的产量，我们在实验室用实验小磨进行对比试验：
试验采用ф500×500mm小球磨机，配球：
ф70mm 2.9kg、ф60mm 19.5kg、ф50mm 17.5kg、ф40mm 11.1kg钢段40kg
试验用浙江钱江水泥厂熟料，杭州钢铁厂矿渣，天然二水石膏，南京下关电厂的脱硫煤灰渣，标准砂。
试验时每磨5kg，粉磨时每隔10min停磨，打开磨盖取样分析0.08mm筛余， 结果见表四。
表四。易磨曲线如下：
从粉磨结果看，脱硫煤灰渣比矿渣、水泥熟料都易磨。筛余l0%时其对应的粉磨时间为：熟料l7.
5min，矿渣16.5min，脱硫煤灰渣lmin，天然二水石膏9min，标准砂19min。由次可见，若以脱硫煤灰渣代替部分矿渣作混合材，不会影响磨机产量。
2.2 脱硫煤灰渣的活性实验。
脱硫煤灰渣用作混合材时，要求检验其活性。掺加脱硫煤灰渣30%的硅酸盐水泥的强度为r1，不掺脱硫煤灰渣的硅酸盐水泥强度为r2，则r= r1/r2≥62%时，脱硫煤灰渣为活性混合材， r值越大，其活性越好，其掺加量也增加。对脱硫煤灰渣的活性实验结果如下：
r7=37.1/50.0= 74.2%
r28=51.9/59.8=86.8%
r7为七天强度比值 r28为二十八天强度比值。
3 脱硫煤灰渣的不同掺量对水泥物理性能的影响。
3.1 实验方法。
将大块的熟料用小破碎机破碎至<10mm，然后按设计的配方称量，配料，用上述球磨机粉磨至24min，得到的水泥进行各项物理性能测试。
3.2 配方设计。
熟料按85%计，混合材总量按15%计，天然二水石膏外掺。
a系列是以熟料85%，矿渣15%，外掺二水石膏量不同。
b系列是以熟料85%，脱硫煤灰渣掺量不同，混合材不足部分由矿渣补足， 石膏外掺1.5%。
c系列是以熟料85%，脱硫煤灰渣掺10%， so3量不足部分由天然二水石膏补足与a系列进行对比试验。
各种配比见表五。
表五。3.3 脱硫煤灰渣对水泥物理性能的影响。
为了研究脱硫煤灰渣对水泥物理性能的影响，我们设计了三组实验，其结果见表六。
p.0425#水泥的物理性能指标如下：
初凝时间 ≮45min 终凝时间 ≯10h
三天抗折强度≥3.5mpa 三天抗压强度≥16.0mpa
二十八天抗折强度≥6.5mpa 二十八天抗压强度≥42.5mpa
表六。根据表六的结果，作出了图。
二、图三、图。
四、图五、图。
六、图七、图。
八、图九。图二。
图三。a、从表六及图。
二、图三可以看出，在标准稠度下，水泥的凝结时间均符合要求。随外掺so3的量的增加(so3＞1.0%)，凝结时间变化不大。
但从图三的对比曲线来看，在so3总量一定的情况下，脱硫煤灰渣代替部分石膏后，其凝结时间延长2小时左右，说明了脱硫煤灰渣具有缓凝作用。同时，从图二可以看出，随脱硫煤灰渣掺量的增加，凝结时间有所延长。因此，根据具体的材料、配料比例均可以找到合适的脱硫煤灰渣掺量使得凝结时间符合用户要求和企业标准及国家标准。
b、从表六和图。
四、图五、图。
六、图七可知，随外掺so3量的增加，其水泥的抗折、抗压强度都有所增加，就浙江钱江水泥厂的熟料而言，当外掺so3总量在2.8%左右时，其强度达到最大值。
从图。八、图九可知，随脱硫煤灰渣掺量的增加，抗折、抗压强度变化有一定的规律，当掺量达到8%时，强度是最低值，在掺量达到10%时，强度达到第二次高值。这是由于矿渣和脱硫煤灰渣的双掺作用而造成的。
因此，在保证各项性能的前提下，尽量多掺脱硫煤灰渣，就钱江水泥厂而言，这种脱硫煤灰渣的最佳掺量为9-11%。
c、用脱硫煤灰渣代替石膏作缓凝剂，只要水泥中的so3含量＜3.5%，其水泥试样安定性均合格。
四、小结与讨论。
1．火电厂烟气脱硫后得到的脱硫煤灰渣代替部分矿渣用作水泥混合材及代替部分石膏用作缓凝剂从技术工艺上、理论与实验上证明是可行的。
2．用脱硫煤灰渣作混合材时，最佳掺量应根据不同的水泥熟料及脱硫煤灰渣的含硫量，通过试验来确定。一般情况下，最佳掺量为 9-11%。就 p.0425#而言，最大掺量为 15%。
3．脱硫煤灰渣的应用，一可以节省大量的堆放场所，二可以增加部分副业收入，三可以减少对环境的再次污染，具有明显的社会效益，同时也具有较大的经济效益。如使用脱硫煤灰渣代替 10%矿渣，这样可以大大降低水泥成本。就一个年产40万吨的水泥生产企业而言，一年就可以消耗掉4万吨的脱硫煤灰渣，企业每年可以节省生产成本250万元。
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