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芒硝石膏綜合利用的技術研究
類別:技術交流  日期:2013-7-4  來源:  點擊率:42168  打印 關閉

芒硝石膏綜合利用的技術研究

劉啟儒1 茍興無1 陽運霞2 劉澤民1 冷建強1

(1.四川川眉特種芒硝有限澳門金沙博彩,四川眉山 620000;2.四川嘉華集團,四川樂山 614000)

 

摘要:通過用芒硝石膏替代天然石膏作為水泥緩凝劑的技術研究和試驗, 證明芒硝石膏可以替代天然石膏,同時可提高水泥早期強度;芒硝石膏的最佳摻量為5%~7%;芒硝石膏的CaSO4含量應保持相對穩定。

關鍵詞:芒硝;芒硝石膏;天然石膏;水泥;緩凝劑

 

1 前言

四川川眉特種芒硝有限澳門金沙博彩位于四川省眉山市東坡區,澳門金沙博彩為生產芒硝(元明粉,工業無水硫酸鈉Na2SO4)的大型企業,澳門金沙博彩擁有世界最先進、單套裝置最大的100 萬噸/年的真空強制循環制硝系統及配套熱電聯產自備電站, 澳門金沙博彩擁有幾座可供開采上百年的優質鈣芒硝礦區, 礦區每年排放約100 萬噸掘進副產鈣芒硝礦渣。鈣芒硝礦渣堆放在地面排土場,經過用水泵抽水對礦渣進行反復沖淋浸取芒硝,浸取芒硝后的芒硝水用水泵輸送到井下溶區生產硝水,礦渣沖淋后形狀由塊狀變為粉狀。鈣芒硝礦渣的反應方程為: Na2SO4·CaSO4+H2O→Na2SO4+ CaSO4·2H2O,即鈣芒硝礦渣經水淋浸后,析出Na2SO4,同時析出二水石膏CaSO4·2H2O,礦渣中含二水石膏70%左右(鈣芒硝礦地質品位:Na2SO4品位37~40%,CaSO4品位25~40%, 礦石中Na2SO4被浸取后,CaSO4含量比重相應增加)形成所謂芒硝石膏。芒硝石膏礦渣多年堆存排土場,占據大片土地,對地質環境有一定的影響。

為此, 川眉澳門金沙博彩技術中心聯合四川嘉華集團技術中心(水泥生產企業),對芒硝石膏替代天然石膏摻入水泥作為緩凝劑進行技術研究和試驗。

2 芒硝石膏替代天然石膏試驗

2.1 基材水泥

選用一般的硅酸鹽熟料和符合GB203 要求的《用于水泥中的粒化高爐礦渣》以80:20 的比例磨制而成比表面積350m2/kg 的小磨水泥樣。

2.2 石膏的化學成分

川眉澳門金沙博彩的芒硝石膏,其化學成分見表1。

 

表1 芒硝石膏化學成分

LOSS

SO3

CaO

MgO

Fe2O3

Al2O3

SiO2

MnO

R2O(N2O+K2O)

17.75

37.1

28.59

3.98

2.73

5.91

17.42

0.02

2.13(1.21+0.92)

 

天然石膏采用某石膏礦生產的二水石膏礦,其化學成分見表2。

 

表2 二水石膏礦化學成分

LOSS

SO3

CaO

MgO

Fe2O3

Al2O3

SiO2

MnO

 

39.51

31.92

3.13

0.29

1.29

3.85

 

 

2.3 試驗方法

2.3.1 化學分析按GB176 標準方法進行檢測。

2.3.2 物理性能

2.3.2.1 膠砂強度按GB17671《水泥膠砂強度檢驗方法》進行檢測。

2.3.2.2 標準稠度用水量、凝結時間、安定性按GB1346《標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行檢測。

2.4 石膏配比方案

2.4.1 天然石膏和芒硝石膏的對比試驗配比見表3。

 

表3 天然石膏和芒硝石膏的對比試驗配比

試樣編號

配比

熟料

礦渣

芒硝石膏

天然石膏

1

80

20

6

-

2

80

20

-

5

 

2.4.2 不同芒硝石膏摻量的配比見表4。

 

表4 同芒硝石膏摻量的配比

試樣編號

配比

熟料

礦渣

芒硝石膏

3

80

20

5

4

80

20

7

5

80

20

9

 

2.4.3 選用合理配方,摻入同量的芒硝石膏,再摻入不同量的芒硝(99% Na2SO4),檢測芒硝對水泥性能的影響,見表5

 

表5 芒硝對水泥性能的影響

試樣編號

配比

熟料

礦渣

芒硝石膏

芒硝(99% NaSO4)

6

80

20

6

1

7

80

20

6

2

8

80

20

6

3

9

80

20

6

4

10

80

20

6

5

 

以上5 個樣在強度成型時,多成型一組,放在空氣中養護,看是否有Na2SO4晶體析出。

 

2.5 試驗結果見表6。

2.6 試驗數據分析

2.6.1 1﹟試樣為基材水泥外摻6 %芒硝石膏,2﹟試樣為基材水泥外摻5%二水石膏,兩組試樣數據表明:

1﹟試樣的R2O 為0.59, 能夠滿足通用水泥低堿的要求。

1﹟試樣的凝結時間比2﹟試樣長25 分鐘,但能符合普通水泥標準的要求, 也能滿足混凝土施工的要求。

兩組試樣的3 天強度相當,28 天抗壓強度1﹟試樣比2﹟試樣高2 MPa

2.6.2 3﹟、4﹟、5﹟試樣為芒硝石膏不同摻量的試驗,實驗數據表明:

 

表6 試驗結果

試樣編號

物理檢驗

L

MgO

SO3

K

N

R2O

初凝(分鐘)

終凝(分鐘)

需水量(%)

3天強度

8天強度

抗折

抗壓

抗折

抗壓

標準

實測

標準

實測

標準

實測

標準

實測

1

1.29

2.66

2.02

0.53

0.24

0.59

100

150

26.2

≧4

4.3

≧22

20

≧6.5

7.3

≧42.5

46.5

2

1.07

2.79

2.24

 

 

 

75

130

27.2

≧4

4.2

≧22

20.8

≧6.5

7.6

≧42.5

44.5

3

 

 

1.89

 

 

 

131

167

27

≧4

4.2

≧22

20.4

≧6.5

7.7

≧42.5

48.5

4

 

 

2.35

 

 

 

122

152

26.8

≧4

4.1

≧22

20.3

≧6.5

7.7

≧42.5

46.4

5

 

 

2.91

 

 

 

133

177

27

≧4

3.8

≧22

19.5

≧6.5

7.5

≧42.5

44.2

6

 

 

2.51

0.51

0.6

0.94

85

145

26.8

≧4

4.5

≧22

23.3

≧6.5

7.5

≧42.5

39.3

7

 

 

2.98

0.51

0.96

1.3

85

145

26.8

≧4

4.4

≧22

22.7

≧6.5

7.2

≧42.5

37.6

8

 

 

3.54

0.51

1.32

1.66

95

135

25

≧4

4.8

≧22

23.8

≧6.5

7.3

≧42.5

40.4

9

 

 

3.99

0.47

1.44

1.75

100

138

24.8

≧4

4.7

≧22

24.3

≧6.5

7.3

≧42.5

41.6

10

 

 

4.44

0.47

1.68

1.99

95

150

24.6

≧4

4.7

≧22

23.3

≧6.5

7.3

≧42.5

41.4

 

 

3﹟、4﹟試樣的3 天強度結果比較接近,28 天的抗壓強度提高了2 ~ 3 MPa,而5﹟試樣的強度有所下降, 說明芒硝石膏的最佳摻量為5%~7%(外摻)。

2.6.3 6#、7#、8#、9#、10# 試樣選用1# 試樣的配方,外摻1% ~ 5%的芒硝(99% Na2SO4),目的是看芒硝石膏中芒硝含量對水泥性能的影響, 同時還可看試塊有無芒硝晶體析出而影響水泥的應用。從試驗數據可以看出:

外摻芒硝石膏后, 水泥3 天強度提高了3MPa,起到了早強劑的作用, 但28 天抗壓強度除6#、7#、8#、9#、10# 試樣的抗壓強度下降了1 ~ 5MPa。說明芒硝石膏中殘留的芒硝會提高3 天強度, 但也會降低28 天強度。

外摻芒硝石膏量不得過量, 否則水泥中的SO3會超出國家標準的要求,降低28 天抗壓強度。

 

3 結束語

通過技術研究和試驗,我們認為:

3.1 芒硝石膏可以替代天然石膏作為水泥的緩凝劑,同時可提高水泥早期強度。外摻芒硝石膏量不得過量,否則水泥中的SO3會超出國家標準的要求,降低28 天抗壓強度。

3.2 對有低堿要求的水泥要謹慎使用。由于摻入水泥中的芒硝石膏是有限的, 在這有限的摻量下水泥石塊沒有芒硝晶體析出, 所以使芒硝石膏替代天然石膏生產的水泥不會影響施工。

3.3 芒硝石膏的CaSO4含量應保持相對穩定,以保證水泥產品質量的穩定。使用時,應根據各廠的實際情況及芒硝石膏的實際質量找出合適的配方。

我國水泥工業生產中常使用天然石膏作為水泥緩凝劑,雖也有一些水泥工業利用磷石膏、氟石膏的實例,但廢石膏總的利用率很低,而日本的水泥廠已幾乎完全采用工業廢石膏代替天然石膏。如果利用芒硝石膏替代天然石膏, 一則解決了鈣芒硝石膏礦渣排土場大量占地; 二則解決了排土場礦渣堆放引發的環境影響和地質災害隱患;三則變廢為寶,企業可獲得一定的效益;四則節約了大量的天然石膏資源(四川全省鈣芒硝礦渣年排放量約400 萬噸)。此外,芒硝石膏還可用于其它許多工業領域。



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