脫硫灰燒制硫鋁酸鹽水泥及水泥生料固硫特性實驗研究.pdf

1、在干法、半干法煙氣脫硫技術(shù)的推廣過程中,脫硫灰的處置與利用已成為普遍關(guān)注的焦點問題之一。論文提出用脫硫灰作為原料取代部分石膏燒制硫鋁酸鹽水泥的利用途徑,并對利用過程中的原料配比、燒成溫度、硫遷移規(guī)律等問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并測試了水泥熟料的抗壓強(qiáng)度等性能；論文也研究了煙氣循環(huán)流化床脫硫灰的性質(zhì)和其中的重要成分-亞硫酸鈣的性質(zhì),以及水泥生料的固硫特性等。
　　 通過對脫硫灰的組成進(jìn)行理論分析,并依據(jù)脫硫化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量平衡,得到了不同

2、煙氣脫硫工藝的脫硫灰物相組成的計算模型；該計算模型可用于在已知有關(guān)參數(shù)的情況下預(yù)測或計算脫硫灰的數(shù)量和組成,這對脫硫灰利用系統(tǒng)的設(shè)計以及脫硫灰的應(yīng)用具有參考價值。
　　 以典型煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝所產(chǎn)生的脫硫灰為樣本,采用理論分析、化學(xué)分析、電鏡掃描、熱重分析、X射線衍射分析等手段,研究了脫硫灰的化學(xué)組成、外觀形貌、物相組成等特性。發(fā)現(xiàn)煙氣循環(huán)流化床脫硫裝置不同部位的排灰,粒徑分布差異很大,而化學(xué)組成、物相組成也有一定差別；脫

3、硫灰的主要物相組成是:莫萊石、石英、Fe2O3等粉煤灰物相,以及CaSO3·1/2H2O、CaCO3、CaSO4等脫硫物相。
　　 較為系統(tǒng)地研究了脫硫灰中的重要成分-亞硫酸鈣在加熱過程中的性質(zhì)。高溫段(800℃～1000℃)亞硫酸鈣分解反應(yīng)為0.2級反應(yīng),平均活化能為116.9 KJ/mol,指前因子0.099633。氧化氣氛下,亞硫酸鈣的非等溫氧化過程可以分成三個階段:開始加速反應(yīng)階段、快速反應(yīng)階段、慢速反應(yīng)階段。在20℃/

4、min升溫速率下,CaSO3快速氧化過程的時間:氧氣氣氛為2.66s,空氣氣氛為174s,說明CaSO3氧化迅速。不同的氧氣濃度下,CaSO3最終氧化率均為80％左右,并有隨著加熱速率的降低最終氧化率有增大的趨勢。
　　 對脫硫灰用于燒制硫鋁酸鹽水泥的配料進(jìn)行理論分析和計算,并進(jìn)行了實驗室小試研究,結(jié)果表明:純脫硫灰以及脫硫副產(chǎn)物含量較高的脫硫灰可以取代石膏作為燒制硫鋁酸鹽水泥的原料,但熟料中硅酸二鈣(C2S)含量略高。用脫硫灰

5、、粉煤灰和石灰石進(jìn)行混合配料,在配料比例適當(dāng)時,可以煅燒出性能良好的水泥熟料,熟料礦物成分以硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主。熟料的燒成溫度1300℃左右為宜,但溫度范圍可放寬至1250℃～1350℃。燒成溫度過高會引起硫鋁酸鈣分解,增加硫的釋放率,嚴(yán)重降低熟料的物理性能;溫度過低會因為固相反應(yīng)不充分也導(dǎo)致熟料性能降低。在水泥的燒成實驗中,發(fā)現(xiàn)都有一定量的硫釋放,釋放率和熟料的實際堿度系數(shù)有一定的對應(yīng)關(guān)系,堿度系數(shù)高則釋放率低,最佳配料時,硫釋放

6、率在20％～30％左右。
　　 用脫硫灰、粉煤灰、石灰石作主要原料在產(chǎn)量為2.5噸/小時回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行了燒制硫鋁酸鹽水泥的工業(yè)試驗,結(jié)果表明:利用脫硫灰、粉煤灰作主要原料燒制的水泥熟料以硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物成分,做為普通水泥使用完全可以達(dá)到52.5R等級的普通硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)。而燒制的水泥熟料做為特種水泥硫鋁酸鹽水泥使用,不用其它原料時可以達(dá)到硫鋁酸鹽水泥系列中較低標(biāo)號水平,采用鋁礬土等鋁含量高的礦物作為校正原料后,則可以正

7、常生產(chǎn)高標(biāo)號的硫鋁酸鹽水泥。
　　 利用熱重分析儀研究了水泥生料的非等溫固硫特性。結(jié)果表明:在850℃～1050℃范圍內(nèi),以機(jī)械混合方式單獨添加Al2O3、SiO2、Fe2O3均會降低CaO固硫能力,而同時添加SiO2、Fe2O3能顯著增強(qiáng)CaO固硫效果,因為在于SiO2、Fe2O3的協(xié)同作用。利用熱重分析儀對幾種水泥生料等溫固硫動力學(xué)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:分析純硫鋁酸鹽水泥生料(A1)、石灰石(C13)固硫反應(yīng)的表面化學(xué)反應(yīng)控

8、制階段符合未反應(yīng)收縮核模型,而實際硫鋁酸鹽水泥生料(C1)的固硫反應(yīng)符合等效粒子模型。在溫度850℃～950℃之間,分析純硫鋁酸鹽水泥生料(A1)的固硫反應(yīng)表觀化學(xué)反應(yīng)常數(shù)在0.236～0.292cm/min之間,活化能為24133J/mol,表面化學(xué)反應(yīng)常數(shù)為3.097cm/min；實際硫鋁酸鹽水泥生料(C1)的固硫反應(yīng)表觀化學(xué)反應(yīng)常數(shù)在0.309～0.333cm/min之間,活化能為4593J/mol,表面化學(xué)反應(yīng)常數(shù)為1.522c

9、m/min；產(chǎn)物層擴(kuò)散活化能為223944 J/mol,擴(kuò)散指前因子為2785 cm2/min。
　　 搭建了流化床懸浮中、高溫氣固反應(yīng)裝置,研究了該裝置的動態(tài)特性,并利用該裝置研究水泥生料在流化狀態(tài)下的固硫特性。實驗結(jié)果表明:普通、高硅、高鐵硫鋁酸鹽水泥熟料均在900℃時的鈣轉(zhuǎn)化率最高,四種AFS(CaO+Fe2O3+SiO2)系列配料均存在最佳固硫溫度,且從AFS1到AFS4隨著SiO2含量的增加,最佳固硫溫度呈上升趨勢；在