（材料学专业论文）脱硫石膏基钢渣胶凝材料的研制.pdf

f a b r i c a t i o no ff l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o ng y p s u m b a s e ds t e e ls l a gc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l s b y f a nl i y i n g u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f w a n gz h i at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f l l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y2 5 ，2 0 1 0 28，m7，47 1洲y 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的 研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：玉燃 日 期： 2 掣翌：么2 一 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：翟嫩号师签名：迭日期：乒 济南人学硕卜学位论文 目录 摘j 1 2 ：i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 1 1 脱硫石膏与钢渣的物理性质1 1 1 2 脱硫石膏与钢渣的化学组成2 1 2 国内外研究利用现状3 1 2 1 脱硫石膏在国内的研究利用现状3 1 2 2 脱硫石膏在国外的研究利用现状4 1 2 3 钢渣研究利用现状5 1 2 3 1 钢渣的机械力活化。5 1 2 3 2 钢渣的表面改性。5 1 2 3 3 热力激发6 1 2 3 4 钢渣的碱激发一6 1 2 4 脱硫石膏与其他工业废弃物结合利用研究现状7 1 3 研究目的与意义一8 1 4 课题研究的主要内容9 第二章试验仪器与试验方法n 2 1 原材料11 2 2 试验仪器和用具1 1 2 3 试验方法1 2 2 3 1 标准稠度用水量的测定1 2 2 3 2 凝结时间的测定1 3 2 3 3 试件的制各及其养护1 3 2 3 4 抗折强度的测定1 4 2 3 5 抗压强度的测定1 4 2 3 6 软化系数的测定1 4 2 3 7 吸水率的测定1 5 第三章激发剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响。1 7 3 1 钢渣用量的确定1 7 i 脱硫年j 罾皋钢渣胶凝材料的研制 3 2 单掺激发剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响1 9 3 2 1 水玻璃的影响一1 9 3 2 2 硫酸钠的影响2 l 3 2 3 高岭土的影响2 3 3 2 4 硫酸铝的影响2 5 3 2 5 水泥熟料的影响2 7 3 2 6 石灰的影响2 9 3 2 7 三乙醇胺的影响3 0 3 3 激发剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料的激发机理3 2 3 3 1 水玻璃的激发机理3 3 3 3 2 硫酸钠的激发机理3 4 3 3 3 高岭土、硫酸铝的激发机理一3 4 3 3 4 水泥熟料、石灰的激发机理一3 5 3 3 5 三乙醇胺的激发机理3 5 3 4 复合激发剂的确定3 6 3 5 养护方式的确定4 0 3 5 1 养护方式对材料力学性能的影响4 0 3 5 2 养护方式对材料晶体形貌的影响。4 1 3 6 本章小结。4 3 第四章缓凝剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响4 5 4 1 缓凝剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料基本性能的影响4 5 4 2 缓凝剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料晶体形貌的影响4 7 4 3 缓凝机理研究4 9 4 3 1 三聚磷酸钠的缓凝机理。4 9 4 3 2 柠檬酸的缓凝机理4 9 4 3 - 3 酒石酸的缓凝机理5 0 4 4 本章小结。5 l 第五章减水剂、保水剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响5 3 5 1 减水剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响5 3 5 1 1 减水剂对材料减水率、标准稠度用水量的影响5 3 济南人学硕【j 学位论文 5 1 2 减水剂对材料凝结时间的影响5 4 5 1 3 减水剂对材料力学性能的影响5 4 5 1 4 减水剂对材料晶体形貌的影响5 5 5 1 5 减水剂对材料软化系数的影响5 6 5 2 减水机理分析5 7 5 2 1 静电斥力理论5 7 5 2 2 空间位阻理论j 5 7 5 3 保水剂对脱硫石膏基钢渣胶凝材料性能的影响5 8 5 3 1 甲基纤维素对材料性能的影响5 8 5 3 2 羧甲基纤维素对材料性能的影响一6 0 5 4 保水机理分析6 2 5 5 本章小结6 2 第六章结论与创新点6 5 6 1 结论。6 5 6 2 创新点6 6 参考文献6 7 致谢7 2 附勇乏7 3 济南大学硕 j 学位论文 捅要 脱硫石膏是一种性能优良的胶凝材料，它的某些性能远远优于天然石膏，是天然 石膏的最佳替代品；钢渣因含有一定量的胶凝性矿物，使其具有胶凝性。脱硫石膏基 钢渣胶凝材料以脱硫石膏为基体、钢渣为填充体，该材料充分利用了两种“二次资源”。 但是由于钢渣的形成条件复杂、胶凝性矿物含量少，较难水化；脱硫石膏也具有含水 量较大、标稠用水量大、颗粒级配差等性能上的缺陷，使得这两种胶凝材料不能得到 良好的应用。因此，为了更好的利用这两种胶凝材料，主要从添加激发剂、缓凝剂、 减水剂等方面来改善脱硫石膏基钢渣胶凝材料的性能。 本文首先探讨了钢渣掺量对胶凝材料力学性能、凝结时间与晶体形貌等性能的影 响，确定了脱硫石膏基钢渣胶凝材料中钢渣的用量。通过试验研究发现，钢渣掺量为 胶凝材料总质量的1 5 时，胶凝材料的力学性能、凝结时间以及硬化体晶体形貌都表 现出较为优异的性能。 本文通过单掺不同激发剂、复掺激发剂两种方式来激发钢渣的潜在活性，从而改 善脱硫石膏基钢渣胶凝材料的各项性能。研究发现，各种激发剂均能不同程度的激发 钢渣的潜在活性，提高胶凝材料的力学性能，增加胶凝材料硬化体内水化产物的含量， 但会缩短胶凝材料的凝结时间。通过s e m 照片与x r d 图谱分析可以得到，胶凝材 料的硬化体内主要以二水硫酸钙晶体、c s h 凝胶、a f t 、a f m 等为主。经正交试验 分析得出，8 号激发剂( 水泥熟料掺量为2 、三乙醇胺掺量为0 8 、硫酸铝掺量为 3 、水玻璃掺量为o 2 ) 能有效改善胶凝材料表面的泛霜现象，提高胶凝材料的力 学性能。养护方式也是影响胶凝材料性能的一个重要因素，研究表明最佳养护方式为 自然养护( 温度：2 0 - a ：2 湿度：4 0 * 0 - 5 0 ) 。 试验研究了三聚磷酸钠、酒石酸、柠檬酸三种缓凝剂对胶凝材料凝结时间的作用 规律。研究发现，三种缓凝剂均能起到缓凝效果，但是会对胶凝材料的力学性能产生 负面影响。柠檬酸、酒石酸与胶凝材料液相中的钙离子结合形成络合物，覆盖在二水 石膏晶胚表面，降低了晶核的表面活性，增加了成核势垒，使二水石膏晶体成核数目 减少，延缓了胶凝材料的进一步水化；三聚磷酸钠与石膏形成某种沉淀膜，沉淀在半 水石膏和二水石膏晶核表面，阻碍半水石膏的溶解，延缓了晶核的形成。 适量的减水剂可以提高胶凝材料的减水率，但掺量过多，减水效果不再显著，并 会对胶凝材料的力学性能产生不利影响，f d n 减水效果较聚羧酸减水剂减水效果差。 脱硫孑l 霄苍钢渣股凝材 ： 的研制 减水剂的减水效果主要是通过静电斥力效应和空间位阻效应实现的，其中聚羧酸类减 水剂主要是通过两种效应共同完成的，而f d n 减水剂则是通过静电斥力效应完成的。 保水剂的掺加一般都会降低胶凝材料的早期强度，增加硬化体内针状晶体的含量，延 长胶凝材料的水化时间，但是羧甲基纤维素的保水效果比甲基纤维素的效果差。甲基 纤维素对脱硫石膏基钢渣胶凝材料的影响，主要表现在三个方面，一是增稠、增粘作 用，二是增强作用，三是保水作用；羧甲基纤维素对胶凝材料的影响主要表现在保水 作用与缓凝作用。 关键词：脱硫石膏；钢渣；激发剂；晶体形貌 n 济南人学硕 j 学位论文 曼曼曼曼曼曼! 曼蔓曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! ! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼笪曼曼皇曼曼! ! 曼! 苎苎曼曼曼曼曼曼! ! ! 曼曼曼曼曼i i i ii i i_ i 曼鼍 a bs t r a c t f l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o n ( f g d ) g y p s u mi sam a t e r i a lw i t he x c e l l e n tp e r f o r m a n c e ， w h i c hh a sf a rb e t t e rp e r f o r m a n c et h a nt h a to fn a t u r a lg y p s u m i ti so n eo ft h eb e s t a l t e r n a t i v e si n s t e a do fn a t u r a lg y p s u m f g dg y p s u mb a s e ds t e e ls l a gi san e wt y p eo f c e m e n t i t i o u sm a t e r i a l sw i t hf g dg y p s u ma sb a s a lb o d ya n ds t e e ls l a ga sf i l lb o d yt l l i s m a t e r i a lh a st h ep e r f o r m a n c eo fg e l a t i o nc a p a c i t yd u et oac e r t a i na m o u n to fc e m e n t i t i o u s m i n e r a l s ，w h i c hc o u l dr a i s et h eu t i l i z a t i o nr a t eo ft h e s et w ok i n d so fi n d u s t r i a ls o l i dw a s t e s h o w e v e r , t h es t e e ls l a gi sn o tw i d e l yu s e db e c a u s eo fi t sc o m p l e xf o r m a t i o nc o n d i t i o na n d f e wc e m e n t i t i o u sm i n e r a l ，f g dg y p s u mh a sa l s oal o wu t i l i z a t i o nr a t eb e c a u s eo fl a r g e w a t e rc o n t e n t ，l a r g es t a n d a r dc o n s i s t e n c yw a t e rc o n s u m p t i o n ，p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n d i f f e r e n c ea n ds oo n t h e r e f o r e ，w et a k em e t h o d so fa d d i n ge x c i t i n ga g e n t ，r e t a r d e r , w a t e r r e d u c e rt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ff g dg y p s u m - b a s e ds t e e l s l a gc e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s ，w h i c ha i m st oi n c r e a s et h eu t i l i z a t i o nr a t eo ft h e s et w ok i n d so fm a t e f i a l s f i r s t l y , t h ee f f e c to fs t e e ls l a go nm e c h a n i c a lp r o p e r t y , s e t t i n gt i m e ，c r y s t a l l i z a t i o na n d o t h e rp e r f o r m a n c eo ff g d g y p s u mb a s e ds t e e ls l a gw e r ed i s c u s s e dt og e tt h eo p t i m u m d o s a g eo fs t e e ls l a g t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec e m e n t i t i o u sm a t e r i a l se x h i b i tam o r e e x c e l l e n tp e r f o r m a n c eo nt h et h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，s e t t i n gt i m e ，a n dh a r d e n e dc r y s t a l m o r p h o l o g yw h e nt h ed o s a g eo fs t e e ls l a gi s15 i nt h i sp a p e r , v a r i o u sp e r f o r m a n c eo fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l sw a si m p r o v e dt h r o u g h s t i m u l a t i n gt h ea c t i v i t yo fs t e e ls l a g , w h o s ep o t e n t i a la c t i v i t yw a sm a i n l ys t i m u l a t e db y a d d i n gs i n g l ea n dc o m p o u n de x c i t i n ga g e n t s s t u d i e sh a v es h o w nt h a tv a r i e t yo f s t i m u l a t i n ga g e n t sc o u l ds t i m u l a t et h ep o t e n t i a la c t i v i t yo fs t e e ls l a gi nd i f f e r e n tl e v e l ， i m p r o v et h em e c h a n i c a lp e r f o r m a n c eo fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l s ，i n c r e a s et h ea m o u n to f n e e d l e - l i k eh y d r a t i o np r o d u c t so fs t e e ls l a gi nc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l sh a r d e n e db o d ya n d s h o r t e nt h es e r i n gt i m e f r o ms e m p h o t o sa n dx - r a yd i f f r a c t i o np a t t e r n so fc e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s ，i tc a nb es e e nt h a tt h eh y d r a t i o np r o d u c t so fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l sa r em a i n l y c a l c i u ms u l f a t ed i h y d r a t ec r y s t a l s ，c - s hg e l ，a f t , a f ma n ds oo n r e s e a r c hi n d i c a t e dt h a t 8a c t i v a t o r ( c e m e n tc l i n k e rd o s a g eo f2 ，w a t e rg l a s sd o s a g eo f0 2 ，a l u m i n u ms u l f a t e d o s a g eo f3 ，t r i e t h a n o l a m i n ed o s a g eo f0 8 ) c a l le f f e c t i v e l yi m p r o v et h ep h e n o m e n o n o fp a n - c r e a mi nt h es u r f a c ea n de n h a n c et h em e c h a n i c a lp e r f o r m a n c eo fc e m e n t i t i o u s m a t e r i a l s c o n s e r v a t i o nm e t h o di sa ni m p o r t a n tf a c t o ri nt h ep e r f o r m a n c eo fc e m e n t i t i o u s m a t e r i a l sa f t e rt h ea d d i t i o no fa c t i v a t o r s 1 1 1 et e s ta n a l y s i sc o n c l u d e st h a tt h eb e s tw a yf o r c o n s e r v a t i o no fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l si sn a t u r e c o n s e r v a n c y ( t e m p e r a t u r e ：2 0 - a ：24 c ， i i i 脱硫石胥琏钢淹胶凝材 ： 的珂f 制 h u m i d i t y ：4 0 一5 0 ) a sr a t eo fh a r d e n i n go ff g dg y p s u mi sv e r yq u i c ka n dt h ea d m i x t u r eo fa c t i v a t o rc a n s h o r t e nt h es e t t i n gt i m eo fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l s h e n c e ，w ea d dr e t a r d e r ss u c ha ss o d i u m t r i p o l y p h o s p h a t e ，t a r t a r i ca c i d ，c i t r i ca c i dt op r o l o n gt h es e t t i n gt i m e w ef o u n dt h a ta l l t h e s et h r e ek i n d so fr e t a r d e r sc o u l dm o d e r a t es e t t i n gt i m ei nd i f f e r e n td e g r e e ，b u ta l lh a v e n e g a t i v ei m p a c to nt h em e c h a n i c a lp e r f o r m a n c eo fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l s c i t r i ca c i d ， t a r t a r i ca c i dc o m b i n e dw i t hc a l c i u mi o n si nt h el i q u i dp h a s et of o r mc o m p l e xc o m p o u n d ， w h i c hc o v e r si nt h es u r f a c eo fe m b r y o so fd i h y d r a t eg y p s u m ，r e d u c e st h es u r f a c ea c t i v i t y o fn u c l e i ，i n c r e a s e st h en u c l e a t i o nb a r r i e r , r e d u c e st h en u m b e ro fc r y s t a ln u c l e a t i o no f d i h y d r a t eg y p s u ma n dd e l a y e sh y d r a t i o no fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a lf u r t h e r s o d i u m t r i p o l y p h o s p h a t er e a c t sw i t hg y p s u mt of o r map r e c i p i t a t i o nm e m b r a n et h a ti sd e p o s i t e di n t h es u r f a c eo f c r y s t a ln u c l e u so fs e m i - h y d r a t e dg y p s u ma n dd i h y d r a t eg y p s u mt oh i n d e rt h e d i s s o l u t i o no fs e m i h y d r a t e dg y p s u ma n dt od e l a yt h ef o r m a t i o no fn u c l e i a p p r o p r i a t ea m o u n to fw a t e rr e d u c e rm a ye n h a n c ew a t e r - r e d u c i n gr a t e ，b u t w a t e r - r e d u c i n ge f f e c ti sn ol o n g e rs i g n i f i c a n ta n dt h em e c h a n i c a lp e r f o r m a n c ed e c r e a s e d w h e ne x c e s s i v ew a t e r r e d u c i n ga g e n t i sa d d e d t h e w a t e r - r e d u c i n g e f f e c to f p o l y c a r b o x y l a t es u p e r p l a s t i c i z e ri sb e t t e rt h a nt h a to ff d n 1 1 l ew a t e r - r e d u c i n ge f f e c to f s i k av i s c o c r e t ei sm a i n l ya c h i e v e db ye l e c t r o s t a t i cr e p u l s i o ne f f e c ta n ds t e r i ce f f e c t ，w h a t sm o r e ) t h ew a t e r - r e d u c i n ge f f e c to ff d ni sc a r r i e do u tb ye l e c t r o s t a t i cr e p u l s i o ne f f e c t w a t e rr e t e n t i o na g e n tg e n e r a l l yr e d u c e st h ee a r l ys t r e n g t ho fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l s ， i n c r e a s e st h en e e d l e l i k ec r y s t a l si nt h eh a r d e n e db o d ya n de x t e n d st h et i m eo f h y d r a t i o n t h ew a t e rr e t e n t i o ne f f e c to fc a r b o x y m e t h y lc e l l u l o s ei sw o r s et h a nt h a to ft h em e t h y l c e l l u l o s e n ei n f l u e n c eo fm e t h y lc e l l u l o s eo nt h ep e r f o r m a n c eo fc e m e n t i t i o u sm a t e r i a l s 济南人学硕。l ：学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 我国是人口大国，煤炭消费量与生产量都排在世界前列。同时我国以煤炭为主要 能源，加之所用煤碳含硫量高，因此s 0 2 就成为大气污染的主要污染物之一【。由于 我国煤炭资源丰富，且核电厂起步较晚，水力发电厂与风力发电厂受周围地理环境的 限制，因此，我国的发电厂仍以燃煤电厂为主。目前，燃煤发电厂煤炭消耗量及s 0 2 排放量的增长率与日俱增【2 】，使得s 0 2 污染日趋严重，解决s 0 2 污染问题迫在眉睫。 要想解决s 0 2 污染问题，不但要优化电厂的电源结构与布局、对燃烧前的燃料进 行脱硫控制等措施，最重要的是进行烟气脱硫，这才是控制s 0 2 排放量的根本。目前， 燃煤电厂应用最广泛的s 0 2 控制技术是石灰石灰石石膏湿式脱硫技术【3 1 ，而这种技 术也是当今最有效的脱硫技术。通过脱硫技术所生产的脱硫石膏如果不及时处理不仅 会占用大量的土地，还会造成对周围环境的污染与资源的浪费。 “ 钢渣是炼钢过程中排出的熔渣，是钢铁生产的副产品。2 0 0 7 年，钢铁产量达到4 亿t ，随钢铁产量的增加，钢渣产量也以迅猛的趋势发展【4 】。在我国钢渣的利用率不 高，主要用于筑路回填等，其中用于建材领域的钢渣量更是屈指可数。大量的钢渣不 仅占用了大量的土地，还对周围居民的生活环境造成了巨大压力，因此钢渣的综合利 。 用问题已成为钢铁厂亟需解决的问题。钢渣的形成过程比较复杂，主要是在炼钢过程 中掺加冶炼溶剂、造渣材料而形成的，其目的是排除钢铁中的杂质元素。因此，钢渣 的化学成分极为复杂，也由于其活性较低、不易粉磨，导致钢渣的利用率极低【5 。 1 1 1 脱硫石膏与钢渣的物理性质 烟气脱硫石膏是对含硫燃料燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理得到的工业副 产品，呈粉状，颗粒较细，平均粒径在4 0 9 m 至6 0 i _ t m 之间，颜色呈灰、黄，其主要 成分为二水硫酸钙，一般占9 0 以上；烟气脱硫石膏的品味大多优于天然石膏，杂质 主要是碳酸钙，有时还含有少量的粉煤灰。脱硫石膏一般含水率较高，游离水含量基 本都在1 0 以上，高的含水率会造成其粘度大，从而影响设备运转、运输等。脱硫石 膏的纯度一般与石灰石的纯度密切相关，当石灰石纯度较高时，脱硫石膏的纯度一般 也会达到9 0 以上1 8 】。图1 1 为脱硫石膏粒度分析图，从图1 1 可以看出脱硫石膏的 平均粒径在5 5 9 m 左右，颗粒粒径主要集中分布在3 0 7 0 l ，t m 。 脱硫石膏雇钢渣胶凝材料的研制 d i f f + c u m 一甍ine了o r 。_ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ - _ _ _ - - _ - _ _ - _ - - _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ 。_ _ _ 。_ _ 。_ _ 。_ 。1 。1 。7 济南大学硕 j 学位论文 活性有利。脱硫石膏与钢渣的化学成分如表1 1 所示。 表1 1 脱硫石膏与钢渣化学成分( w ) t a b 1 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o no ff g dg y p s u ma n ds t e e ls l a g 在钢的冶炼过程中，随石灰掺量的增加碱度增加，其矿物组成也随碱度的变化而 变化。炼钢初期，钢渣碱度较低，其主要矿物成分为橄榄石。由于炼钢过程中石灰掺 量不断增加，钢渣碱度逐渐提高，则会发生下列反应【9 】： 2 ( c a o r o s i 0 2 ) + c a o - - - * 3 c a o r o 2 s i 0 2 + r o 3 c a o r o 2s i 0 2 + c a o - - * 2 ( 2 c a o s i 0 2 ) + r o 2 c a o s i 0 2 + c a o - - - , 3 c a o s i 0 2 在碱度较低时，橄榄石与c a o 反应生成蔷薇辉石，随碱度的增加蔷薇辉石进一 步结合c a o 生成硅酸二钙；当石灰掺量达到一定程度时，硅酸二钙还会与c a o 发生。 反应生成硅酸三钙；之所以会发生上述置换反应，可能是由于c a o 的碱性比m g o 、 f e o 、m n o 高，因此只要有足够的c a o 满足与酸性氧化物化合的需要，m g o 、f e o 、- ， m n o 就会结晶析出。 1 2 国内外研究利用现状 1 2 1 脱硫石膏在国内的研究利用现状 我国天然石膏资源极其丰富，且优质建筑材料脱硫石膏的利用在我国缺乏与之相 符合的标准、法规及技术保障，因此其推广、应用受到一定限制。然而随着我国对脱 硫石膏利用的重视，目前国内对脱硫石膏的综合处理和应用已开始起步，但发展速度 却比较缓慢，还未形成工业化、规模化和专业化的生产。 目前国内学者对烟气脱硫石膏做了许多研究，诸如在其化学分析、溶解速度、凝 结硬化等各基础理论方面及工业控制方面【1 0 】，也对各地脱硫石膏成分、含水率、状 态、产出过程等进行过调研工作，但缺乏深度和系统性，因此并没有形成工业化生产。 但我国在脱硫石膏应用研究方面还是取得了一定进展【1 4 】，主要是对脱硫石膏外加 剂、煅烧方法与温度对脱硫石膏性能的影响、利用脱硫石膏生产外墙粉刷石膏等领域 1 脱硫彳l 胥筚钢渣胶凝材羊 的矽f 制 进行了广泛的研究。成先红等【1 5 】在水泥生产过程中加入一定量的脱硫石膏，不仅能对 水泥起到缓凝作用，同时可以提高水泥的强度。陈立斌【l6 】等用杭州半山电厂的烟气脱 硫石膏为主要原料，掺入适量的碱性掺和料、沸石、水泥和其它# l - ；0 n 剂等，制各出一 种优质廉价的绿色于粉粉刷石膏。彭家惠掣1 。7 】将煅烧后的脱硫石膏与粉煤灰混合，通 过掺加一定量的外加剂与改变养护方式，来改善复合胶结材料的性能。试验分析得出， 掺入外加剂后的复合胶结材料在浇水养护条件下，可以形成力学性能与耐水性均明显 优于普通建筑石膏的新型复合胶结材料，可用于生产轻质墙体材料。黄孙恺【1 8 】等用脱 硫石膏经烘干、煅烧后生产建筑石膏，其性能完全能够达到建筑石膏的国家标准，可 以用于生产石膏板、石膏砌块等。唐欧靖【1 9 1 等将宝钢电厂的脱硫石膏在试验室条件下 进行煅烧，然后掺入一定外加剂后制成粉刷石膏，这不仅可以降低粉刷石膏的成本， 又可以缓解工业副产石膏排放压力，变废为宝。姜伟【2 0 】等将脱硫石膏在不同温度下煅 烧，用煅烧后的脱硫石膏制成试样，经测试分析发现，煅烧后的脱硫石膏结晶粗大、 呈放射簇状发展；不同的煅烧温度对脱硫石膏的性能有不同的影响，同时，煅烧方法 不同，脱硫石膏的晶体形貌、力学性能等也会发生变化。赵立群等【2 l 】人研究了以脱硫 石膏为主的粉刷石膏，各项指标均达国家标准，应用效果良好。s i n g hm 等【2 2 2 3 】人 明确提出了脱硫石膏在将来完全可以代替天然石膏的概念。 1 2 2 脱硫石膏在国外的研究利用现状 目前，在国外脱硫石膏利用率较高，且大部分用于建材行业，只有一小部分用于 筑路、会填等。由于很多国家对脱硫石膏都有较好的利用政策，而且国外学者对脱硫 石膏的研究较多，理论上解决了脱硫石膏的一系列缺点，因此，脱硫石膏得以广泛应 用，并能快速发展。脱硫石膏主要用于生产水泥外加剂、石膏砂浆、建筑石膏粉、高 强石膏粉等。世界上脱硫石膏应用较为广泛的主要有日本、德国、法国、荷兰等国家。 德国【肄2 6 】的烟气脱硫技术发展最为迅速，其装置总装机容量在o 4 亿千瓦左右， 居世界第三位。用于建筑工业领域的脱硫石膏约占德国石膏需求总量的一半，脱硫石 膏逐渐代替天然石膏的趋势在德国已经形成，因此脱硫石膏将来势必会完全取代天然 石膏用于生产胶凝性墙板和水泥添加剂等其他石膏制品。 美国是采用烟气脱硫装置最多的国家之一【2 7 之9 1 ，目前其f g d 总装机容量达o 7 1 0 亿k w ，已超过日本成为世界第一。虽然美国已开始重视脱硫石膏的利用，但因其多 数电厂与石膏公司相距较远( 数千公里) ，加之该国有丰富便宜的天然石膏资源，故 脱硫石膏应用增长比较缓慢。美国脱硫石膏的应用领域主要是水泥工业与农业，但这 4 济雨大掌坝l j 字1 口论文 两方面的应用相当有限。 脱硫石膏在欧洲主要是用来生产a 一半水石膏、填料和胶结料3 2 1 。主要是通过 克脑夫法与p r o m i n e r a l s l c o w a 法生产的0 【一半水石膏，可用于加工自流平石膏地 面和石膏板隔墙的嵌缝、生产建筑工程用天花板等。通过脱硫石膏生产的填料与胶结 料比由高岭土与方解石加工生产的性能优异，而且具有耐侯、耐洗涤等特点。 脱硫石膏在日本发展较早，日本是世界上最早大规模使用脱硫石膏装置的国家， 脱硫石膏利用率非常耐3 3 。5 1 。在日本，促使脱硫石膏得到快速推广的原因主要是： 日本天然石膏匮乏且质量差，而且由于日本地域狭小，缺少工业副产品处理场地，同 时日本对脱硫石膏利用的国家政策与经济政策的需求使得脱硫石膏得到广泛利用。 1 2 3 钢渣研究利用现状 对钢渣的岩相鉴定和x 射线分析表明，钢渣中含有一些与水泥熟料中相同的矿 物，所以具有胶凝性。但由于钢渣形成温度较高，其晶体结构的发育也比较完整，因 此其活性不高。钢渣中硅酸盐矿物含量较少，而铝酸三钙与铁铝酸四钙含量更少，且 其发育较为完整，导致钢渣活性远比水泥熟料活性低。而且由于钢渣的硅酸盐矿物中 含有磷，这使得钢渣水化速度较慢。因此必须采用一定的活化技术或添加活性激发剂， 来激发钢渣的潜在活性。激发钢渣的潜在活性是本课题研究的重要方面，国内外对钢 渣的活性激发方面也做了大量的研究。 1 2 3 1 钢渣的机械力活化 机械力活化就是对钢渣进行机械粉磨，提高其细度和比表面积。钢渣粉磨的越细， 活性越高，提高钢渣细度是改善其活性最行之有效的方法之一。钢渣经过粉磨后，其 颗粒的表面性质与晶格被破坏，从而产生表面缺陷与错位，发生晶格畸变，使得钢渣 较易与其他胶凝材料反应出现激活现象，因此，达到了激发钢渣活性的目的。孙家瑛 曾经就钢渣细度对水泥混凝土物理力学性能影响进行了深入的研究，研究结果表 明，提高钢渣细度可以明显提高钢渣的反应活性，改善水泥混凝土的物理力学性能。 孙家瑛【3 7 】采用磨细钢渣来降低游离c a o 和m g o 的不安定性，取得了一定成果。土 耳其学者i a k i na l t u n 等f 3 8 】将高含量m g o 的钢渣磨到表面积为4 0 0 0 4 7 0 0c m 2 g ，添 加到普通硅酸盐水泥中，强度和其它性能达到土耳其t s 标准。 1 2 3 2 钢渣的表面改性 采用物理或化学方法对粉体颗粒进行表面处理，有目的地改变其表面物理化学性 质的工艺，称为粉体表面改性【3 9 1 。在粉碎过程中加入某种表面活性剂或其他有机物， 5 脱硫石胥旌钢淹胶凝材料的研制 利用机械力化学作用，其实就是颗粒表面改性的过程。通过表面改性可以改变粉体的 表面特性，赋予粉体新的特性。粉体表面改性是矿物最重要的深加工技术之一，经改 性的矿物材料在工业部门已得到广泛应用。赵引加】对钢渣的表面改性做了充分的研 究，研究结果表明对钢渣表面改性可以很好的提高钢渣的活性。常采用的表面改性方 法为：包覆处理改性、沉淀反应改性和表面化学改性。 此外，还有机械力化学改性、高能处理改性和添加混合材降低不安定性等。温金 保等【4 1 】的研究结果表明经过机械化学效应改性的钢渣具有更高的表面能和比表面积。 1 2 3 3 热力激发 林宗寿等【4 2 】在钢渣、粉煤灰、石膏