不同工业副产石膏作水泥缓凝材料的搭配方案

杨屹朝，李经堂，向丛阳

（1.葛洲坝荆门水泥有限公司，湖北 荆门448000；2.中国葛洲坝集团水泥有限公司，湖北 武汉 430070）

0 引言

为响应国家环保政策，加大资源综合利用效率，我公司积极寻找天然石膏替代产品，近年来先后使用脱硫石膏、磷石膏、钛石膏作为水泥缓凝材料。生产实践过程中发现，我公司过去使用天然石膏作为水泥缓凝材料时，制定的冬季w（SO3）控制值1.8%±0.2%，夏季w（SO3）控制值2.4%±0.2%无法适用于工业副产石膏生产水泥。为确定不同工业副产石膏控制指标，我公司对不同种类石膏及其复配石膏对水泥性能的影响进行了试验研究，发现搭配使用不同石膏作为缓凝材料，可有效解决使用单一石膏遇到的相关问题，探索出混合石膏最佳搭配方案。

1 试验准备

1.1 原材料

试验所需熟料取自本公司出窑熟料，破碎后备用，熟料矿物组成及化学指标检测数据见表1。

粉煤灰Ⅱ、石灰石粉末、脱硫石膏、磷石膏、钛石膏均从生产现场取样，烘干后备用。其中，磷石膏为磷化工企业排放的黄色原状磷石膏，储存时间超过5年，未经过改性。各材料化学分析检测见表2。

1.2 试样制备

将破碎后粒径5～7mm熟料与烘干恒重的粉煤灰Ⅱ、石灰石粉末、石膏按照P·O42.5水泥进行配料，石膏分别选用脱硫石膏、磷石膏、钛石膏，石膏掺比由3%到7%，配料表见表3。物料经标准水泥试验小磨粉磨至水泥比表面积360±10m2/kg。

表1 熟料的成分及矿物组成

表2 原材料化学分析 %

表3 单一石膏性能试验配比

2 试验结果与分析

2.1 不同种类石膏对水泥性能的影响

2.1.1脱硫石膏试验

单独使用脱硫石膏制备小磨样品A1～A7，检测样品物理性能见表4。

由样品检测结果可知：

（1）从提升水泥强度考虑，单独使用脱硫石膏，水泥w（SO3）最佳控制指标为2.50%～2.70%。

（2）冬季为控制水泥初凝时间200min，单独使用脱硫石膏，水泥w（SO3）控制指标宜调整为2.10%～2.30%。

2.1.2磷石膏试验

单独使用磷石膏制备小磨样品B1～B7，检测样品物理性能见表5。

由样品检测结果可知：

（1）从提升水泥28d强度考虑，单独使用磷石膏，水泥w（SO3）最佳控制指标为2.60%～2.80%。

（2）使用磷石膏作为缓凝材料，水泥各龄期强度相较于脱硫石膏均有一定幅度下滑，使用过程中，需注意水泥配比调节。

（3）磷石膏中含有的磷、氟以及有机质等杂质会对水泥凝结造成较大影响[1，2]，随着磷石膏掺入量提升，水泥凝结时间延长幅度较大，须加以控制，夏季单独使用磷石膏，水泥w（SO3）控制指标宜选用2.40%～2.60%，冬季不宜使用磷石膏。

表4 脱硫石膏水泥样品物理性能检测值

表5 磷石膏水泥样品物理性能检测值

2.1.3钛石膏试验

钛石膏是采用硫酸法生产钛白粉时，为治理酸性废水，加入石灰（或电石渣）以中和大量的酸性废水而产生的以二水石膏为主要成分的废渣，有报道钛石膏作水泥缓凝剂时，其中的Fe（OH）3、Al（OH）3以及FeSO4等杂质及其含量不同会对水泥性能产生不同的影响[3，4]。单独使用钛石膏制备小磨样品D1～D7，检测样品物理性能见表6。

由样品检测结果可知：

（1）从提升水泥强度考虑，单独使用钛石膏，水泥w（SO3）最佳控制指标为2.20%～2.50%。

（2）生产使用钛石膏作为缓凝材料，水泥各龄期强度相较于脱硫石膏均有显著提升，但对水泥净浆流动度影响较大，为满足出厂水泥适应性需求，夏季不宜使用钛石膏，冬季单独使用钛石膏，w（SO3）控制指标宜选用1.80%～2.20%，但水泥流动度偏低。

2.2 钛石膏与磷石膏复配试验

通过对三种工业副产石膏特性试验，脱硫石膏对水泥使用性能影响不大，钛石膏对提高水泥的强度有积极作用，但会降低水泥的流动度，磷石膏对水泥凝结时间和早期强度有一定负面影响，但相比脱硫石膏和钛石膏，水泥的流动度更高。因此，为验证钛石膏与磷石膏使用性能是否具有互补性，进行了石膏复配试验，检测样品物理性能见表7。

由样品检测结果可知，钛石膏与磷石膏搭配使用时，可有效解决使用单一石膏时水泥强度或适应性下滑问题，水泥综合性能优于使用单一工业副产石膏，并且能够灵活控制水泥凝结时间。

2.3 副产石膏搭配工业化应用

依据以上试验研究结果，公司针对不同季节制定了相应的石膏搭配工业化应用方案。夏季以磷石膏为主，搭配一定的脱硫石膏或钛石膏，冬季以脱硫石膏和钛石膏搭配，从而使得水泥的凝结时间、强度和流动度满足客户在特定环境下使用要求，并最大化利用价格更低的工业副产磷石膏和钛石膏，降低生产成本。我公司2018年11月开始使用钛石膏、磷石膏和脱硫石膏进行复配石膏生产实践，以P·O42.5产品为例，统计夏（2019年8月）、冬（2019年11月）不同季节出厂水泥检测均值见表8。由生产实践数据统计可知，夏季按钛石膏∶磷石膏=1∶3搭配使用，水泥w（SO3）控制指标2.5%±0.2%，冬季按钛石膏∶脱硫石膏=2∶1搭配使用，水泥w（SO3）控制指标2.0%±0.2%，可满足市场对水泥产品的需求。

3 小结

（1）水泥企业因熟料、混合材料、缓凝材料等存在的差异，使用不同工业副产石膏作为缓凝材料时，结合本公司实际情况，优化石膏搭配比例，制定合理w（SO3）控制指标，以提升产品性能，降低质量成本。

表6 钛石膏水泥样品物理性能检测值

表7 钛石膏、磷石膏复配样品物理性能检测值

表8 复配石膏生产水泥物理性能检测值

（2）钛石膏有利于水泥强度提高，但对水泥流动度影响较大，可搭配一定的磷石膏减小水泥流动度方面的负面影响。

（3）以本公司42.5级水泥为例，夏季采用钛石膏∶磷石膏=1∶3搭配比例，水泥SO3控制指标2.5%±0.2%，冬季采用钛石膏∶脱硫石膏=2∶1搭配比例，水泥w（SO3）控制指标2.0%±0.2%，可满足特定季节性环境客户的需求，并最大化利用资源更丰富、价格更便宜的工业副产磷石膏和钛石膏，降低生产成本。