【摘要】通过正交实验和复核实验, 确定了较优的原材料配合比及成型压力, 研制出的废石膏硫酸烧渣砖抗压强度达 10 M Pa 以上。对其耐久性能作了测定和分析, 并简要阐述了复合双免砖的激发固化机理 。为低品质废石膏和硫铁矿渣的直接利用开辟了一条新的途径。

窑炉

废石膏是化工、电力、冶金等行业排出的主要成分，为硫酸钙的工业废渣。主要包括磷石膏、氟石膏和脱硫石膏。我国每年化学石膏的排放量很大, 而且以惊人的速度在增加 。废石膏可以作水泥缓凝剂、制石膏板材 、石膏空心砌块 、粉刷石膏、建筑石膏、生产硫酸盐等。但可作以上用途的废石膏普遍品位较高, 杂质较少。硫铁矿烧渣是硫铁矿焙烧提取硫元素生产硫酸后, 从焙烧炉中排出的残渣 。硫铁矿氧化焙烧生产硫酸过程中产生大量烧渣, 每生产 1t 硫酸, 要排放烧渣 0 .8 ～ 1 .5t, 全国每年将有约 7 ×106t, 占化工废渣的 1/ 3 。硫铁矿烧渣的大量堆放是硫酸生产中的一大难题, 不但造成地面扬尘, 直接威胁着土壤和水源, 而且占用大量的耕地, 危害性很大 。我国从 50 年代开始综合利用硫铁矿, 产生的烧渣曾用于掺烧炼铁, 也有少量用作水泥助熔剂等。利用硫铁矿矿渣作高标号水泥生产的掺和料, 国内已有成功的生产经验, 但这些从用量上都解决不了硫铁矿矿渣的堆放问题。本实验综合利用某黄金冶炼单位所产生的硫铁矿焙烧渣, 及其处理酸性废水产生的废石膏来生产废渣砖, 同时大量解决了两种亟待处理的废渣 。由于所用废石膏品位低、色泽差, 故对其良好的处理对一般工矿企业处理较低品质的废石膏具有一定的借鉴作用 。该单位硫铁矿未经选矿而直接生产硫酸, 因而无法回收 其中的铁和伴生金属, 用硫酸废烧渣制砖是有效处理途径之一 。隧道窑

1 原材料

1 .1 废石膏 CaSO4 含量:50 %～ 60 %( 无水硫酸钙) 其他 :40 %～ 50 %( 石灰石和石英在 100 ℃烘干 时重量百分比) 水分 :60 %～ 65 %

1 .2 硫酸烧渣

2 实验方法及结果

2 .1 胶砂实验

所用胶结料为:水泥( 32 .5 级) 、石灰( 有效钙含量为 90 %) 和母料 L 、A 、B 。

2 .2 制砖实验  窑炉

将废石膏、硫酸烧渣 、石屑和胶结料分别计量按一 定比例配合, 干拌 1 min 。后加入定量水湿搅拌 2 min, 压制成型 。最后自然保湿养护, 即制成废石膏硫 酸烧渣砖 。

2 .2 .1 正交实验

从表可以看出第 7 号试验的强度最高, 为 12 .9 M Pa 。第 8 号试验 7 天强度基本能达到 10 MPa, 且强 度稳步增长, 28 d 强度与7 号相差无几, 且处理废石膏量更多些, 故更为适宜。由正交实验可知 :影响因素的主次顺序是 D ※C ※ A ※B 。即成型压力影响最为显著, 其次是废石膏的掺量。考虑到生产实际, 成型压力不宜过高, 以 20 M Pa 为宜 。废石膏掺量也不宜过高, 以 45 %为宜 。

2 .2 .2 复核实验

从充分利废 、减少投资和能耗的角度考虑, 选择以下两种配比进行进一步考察。

2 .2 .3 耐久性实验

冻融实验 :将龄期为 28 d 的试样浸泡 24 h 后采取 慢冻形式进行冻融, 在 -15 ℃～ -20 ℃冻 2 h, 在 20℃的水中融解 3 h 。

经强度、耐水性等系统试验, 确定最终配方为:石 屑 15 %, 硫酸烧渣 30 %, 废石膏 45 %, 胶结料10 %; 成型压力为 20 M Pa 。

3 强度形成机理

石膏硫酸烧渣砖的强度来源为 :水泥胶结料, 次生 生石膏晶体, 烧渣中的活性组分。石膏硫酸烧渣砖的强度形成机理近似于自然养护下的硅酸盐水泥制品, 依靠水化产物来获得强度。高压成型的样砖的强度主要是胶结料的粘合作用和固化作用。首先是硅酸盐水泥中水泥矿物水化, 其次是废石膏和硫酸烧渣中的活性 SiO2 、Al2O3 与 Ca( OH) 2 发 生水化反应。生成的水化铝酸钙在二水石膏存在环境 中很容易转化为钙矾石。钙矾石的形成对砖的早期强度有利。本实验的石膏烧渣砖的最大的特点就是早强很好, 这与钙矾石的形成有关。随着废石膏掺量的增加生成较多的高硫型水化硫铝酸钙, 虽然其对早强有利, 但过多的钙矾石会使砖的膨胀率增大, 影响强度及耐久性能, 是值得注意的问题 。

4 结论

实验证明废石膏硫酸烧渣砖的生产在技术上是可行 的。本课题所用废石膏掺量达 45 %,硫酸烧渣掺量达30 %, 都是比较高的掺量。并且无论是早期强度还是晚期 强度均有较理想的结果, 从而对硫酸烧渣和低品质的废 石膏的广泛利用、变废为宝提供很好的参考价值。

利用废石膏, 硫酸烧渣作双免砖, 设备简单, 工艺简便易行, 流水作业, 一次压制成型,免烧免蒸, 节约大量能源, 因而投资少、见效快,经济效益明显,具有广阔的发展前景。

摘自：《砖瓦》    作者：钱玲 侯浩波