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3.脱硫石膏化学成分分析
脱硫石膏是燃煤工厂脱硫的副产品,其主要成分是CaSO4˙2H2O,其成分与天然石膏较接近且纯度高于天然石膏。不同工厂生产的脱硫石膏存在很大差异。脱硫石膏中含有微量可溶性杂质( 如钠离子、镁离子和氯离子) ,这些微量离子对脱硫石膏资源化利用有很大的影响。王宏霞等人认为脱硫石膏中大部分镁离子能取代钙离子进入脱硫石膏晶格,而钠离子大多存在于液相中,有小部分钠离子进入脱硫石膏晶格中。不同杂质离子由于本身性质的不同在脱硫石膏中呈现截然不同的分布,这将极大影响脱硫石膏的资源化利用。
徐建宏等人认为脱硫石膏中的杂质金属离子( 铁、镁、铝、钠离子) 会影响其晶体形态。由于金属离子的存在阻止了石膏晶体中某个晶面的生长,同时金属杂质离子吸附于石膏晶体表面,改变其表面能,使晶体的扩散和聚集受到影响,最终影响晶体生长和晶体形态。脱硫石膏中铁、镁离子能使其晶体由柱状的斜方体晶形转向针形石膏,降低了石膏的脱水性能。
低了石膏的脱水性能。
脱硫石膏在水泥基材料中的应用
1.脱硫石膏对水泥基材料力学性能的影响
脱硫石膏在水泥基材料中的作用可以分为2种:(1) 脱硫石膏作为水泥熟料矿物和其他掺合料、混合材的激发剂,此时脱硫石膏起到硫酸盐激发剂的作用。(2) 脱硫石膏作为硫酸盐,能与水泥水化产物Ca( OH)2和含铝相反应生成钙矾石,不断填充于硬化浆体骨架中,提高其密实度,改善力学性能。同时,随着Ca( OH)2的不断消耗,促进水泥水化进程。
C.S.Poon,X.C.Qiao,Z.S.Lin 等人研究双掺脱硫石膏和粉煤灰的水泥基材料体系,该研究改变水泥、脱硫石膏和粉煤灰的掺量,研究复合体系的力学性能和水化产物。结果表明掺入脱硫石膏的试样7d、28d 抗压强度反而降低,但是当试样养护至90d,若掺入10%脱硫石膏复合材料体系抗压强度高于其他脱硫石膏掺量的试样且高于基准组试样。脱硫石膏的掺量存在最佳值,当其掺量超过10% 时,它对复合材料体系抗压强度没有贡献反而削弱该体系强度。
高英力等人研究10% 的脱硫石膏(FGD)和20%粉煤灰(FA) 和70%水泥的复合材料体系。各试样抗压强度随着养护龄期的增加而增大,且掺入脱硫石膏和粉煤灰的水泥基材料体系7d强度接近纯水泥试样。DTA-TG 试验表明,7d和28d复合材料体系钙矾石的吸热峰高于基准样,这是因为Ca( OH)2参与了粉煤灰的水化增加了复合材料体系二次水化效应,水化产物增加且相互搭接形成网络结构,宏观上表现为强度增大。
脱硫石膏可以通过热处理变成不同形态的石膏,不同形态脱硫石膏的反应活性有较大差异。笔者对3种不同脱硫石膏进行热激活并将其与水泥和偏高岭土混合制作胶砂试样,测定其抗压强度。由图1可知,当脱硫石膏、偏高岭土、水泥比例适宜时,复合胶凝体系抗压强度能超过纯水泥试样。在本复合胶凝体系中,由于大量含活性氧化铝的偏高岭土介入,使其可以在水泥释放的氢氧化钙作用下与脱硫石膏提供的硫酸根反应生成钙钒石。
2.脱硫石膏对水泥基材料膨胀性能的影响
当在水泥基材料中掺入过量的脱硫石膏时,由于过多硫酸盐的引入可能导致硬化浆体膨胀开裂。笔者研究无水脱硫石膏和二水脱硫石膏的膨胀性能发现,当脱硫石膏掺量(脱硫石膏掺量为15%) 相同时,复合胶凝体系中掺无水石膏的体系各龄期膨胀率较大,且均大于掺二水脱硫石膏的复合体系。无论掺入二水脱硫石膏或是无水脱硫石膏,其个龄期膨胀率与对数函数y = A.ln(x)+B呈良好的关系,可见复合体系膨胀率最终将趋于稳定。
吴勇华等人研究水泥-脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝体系的膨胀收缩性能,其中脱硫石膏掺量分别为17.5%、35.0%、52.5%。在该复合胶凝材料体系中,各试样呈现收缩,且收缩率随着脱硫石膏掺量的增加而降低。究其原因,该复合胶凝体系早期水化过程中脱硫石膏中的SO42-、含铝相和(OH)-反应生成钙矾石,钙矾石填充毛细孔隙,补偿水泥水化早期产生的收缩。其次,该复合胶凝体系水化过程中仍有较多为水化的粉煤灰和脱硫石膏颗粒,它们起到微集料填充效应,使硬化浆体更加致密坚硬。
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