脱硫石膏应用中的问题探讨
冯菊莲陈红霞王丽周梦文王霞
（北新集团建材股份有限公司技术中心北京）
摘要：随着脱硫石膏在石膏制品生产中的应用深入，在实际生产中出现了一些普遍存在的问题。本文主要针对脱硫石膏生料纯度的测定、煅烧方式对石膏熟料性能的影响以及可溶性杂质离子对石膏制品性能的影响进行研究。通过对这三个方面问题的探讨，引出同行们对脱硫石膏应用中更多问题的提出、解决，使脱硫石膏在石膏制品行业中越用越好。
关键词：脱硫石膏；石膏制品；生料纯度；煅烧方式；可溶性杂质
0前言
近年来，脱硫石膏用于石膏制品的生产技术越来越成熟，应用范围也日趋广泛。但是，由于脱硫技术水平的限制以及电厂对脱硫石膏的品质控制不严格，使用脱硫石膏生产石膏制品时可能会出现各种各样的问题，而这些问题在使用天然石膏时并不多见。例如，脱硫石膏生产的砌块使用中易泛霜长毛的现象；生产纸面石膏板易出现脱纸的问题，使用中又会发生钉子易生锈、涂料易黄变的现象。究其原因，就是脱硫石膏生料中可溶性杂质含量较高，而且这些可溶性离子在石膏炒制过程以及制品生产过程中难以去除。另外，脱硫石膏煅烧技术发展迅速，目前按照煅烧速度大致可分为：快速煅烧、慢速煅烧。快速煅烧的特点是煅烧速度快，熟料中AⅢ和二水石膏含量较高，凝结较快，煅烧设备通常是直接式供热；慢速煅烧的特点是煅烧速度相对较慢，熟料中半水石膏含量较高，煅烧设备通常采用间接式供热。下面我们就使用脱硫石膏生产制品过程中常出现的几个问题进行探讨。
1脱硫石膏生料纯度的测定
一般来说，天然石膏的水值与其纯度较为接近。目前，各工厂通常以测定脱硫石膏生料的结晶水来推算纯度。然而脱硫石膏中易含带结晶水的杂质，根据所测得的结晶水计算的水值往往大于纯度。因此，只测结晶水含量，以水值作为纯度显然是不准确的。目前，测量结晶水含量有三个温度区操作方法：高温区方法、中温区方法和低温区方法。高温区方法是在℃下测定结晶水含量；中温区方法是在℃下测定结晶水含量；低温区方法是在℃下测定结晶水含量。高温区方法测量速度较快，操作简单，大部分工厂采用此方法；中温区方法是国标方法，该方法对操作经验要求较高，而且影响烘箱使用寿命；低温区方法对操作经验无过高要求，但测量时间较长。生料中含结晶水的杂质可能在较低温度下脱去结晶水，因此用高温区方法所测得的水值较低温区方法测得的值偏高。
表1所示为脱硫石膏生料的水值、硫值和钙值以及可溶性杂质的含量。其中，1#~4#样品的可溶性杂质含量较高，5#、6#样品中可溶性杂质含量较低。1#、2#、3#样品的硫值较水值和钙值小；4#样品的水值和硫值接近；5#、6#样品的水值较硫值、钙值小。这说明1#、2#、3#样品中有含钙和结晶水的杂质；5#、6#样品中有含钙和硫的杂质；4#样品中有含钙的杂质。从测量结果看出，对于三种测结晶水的方法而言，当样品中含有带结晶水杂质时，高温方法所测得的值普遍较高，中温和低温方法测得值较接近；当样品中不含带结晶水杂质时，三种方法测得的结晶水值差异不大。这也说明脱硫石膏中带结晶水杂质在较低温度脱去结晶水。因此，对于可溶性杂质含量比较高的脱硫石膏生料不适合用高温区方法测结晶水；而仅测结晶水含量，以水值作为脱硫石膏的纯度并不可靠，还需测硫值和钙值，取三者的最小值作为石膏的纯度值。
2煅烧方式对熟料性能的影响
不同的石膏制品生产工艺对熟料的物理性能要求不同。熟料的物理性能主要包括凝结时间、流变性、容重、形貌等。熟料的凝结时间以及流变性是与石膏制品成型相关的两个重要性能，这两方面性能与熟料相组成密切相关。表2所示的是两种煅烧方式煅烧的熟料相组成和凝结时间。快速煅烧所得熟料的AⅢ和二水石膏含量较高，凝结较快；慢速煅烧所得熟料的半水石膏含量较高，凝结较慢。就生产纸面石膏板而言，并不是熟料中不含AⅢ和二水石膏，而半水石膏越多越好。在生产中，应根据两种煅烧方式的特点对制品生产工艺进行调整。快速煅烧所得熟料由于AⅢ和二水石膏含量较高，制品生产过程不易控制，因此需对熟料进行陈化处理。慢速煅烧所得熟料凝结时间较长，可根据生产制品的成型速度来调节煅烧制度，或生产制品时可根据生产速度需求添加适量的促凝剂。不论是哪种煅烧方式，都可以通过调整工艺过程将熟料的三相比例控制在合适的范围内，以满足后续的制品生产需求。
两种方式煅烧出的熟料水化形成二水石膏晶体的形貌也有所不同，如图1所示。从图中可以看出，快速煅烧熟料水化后形成的针状二水石膏晶体较粗，且易连成片状；慢速煅烧熟料水化大部分形成较细小的针状二水石膏晶体。
图2所示的是不同方式煅烧的石膏制成的石膏基材料中添加10%粉煤灰时水化放热速率曲线。从图中可以看出，掺入粉煤灰后两种煅烧工艺生产的石膏基材料的水化速率都有所降低，水化放热峰出现的时间有所延迟；但是掺入粉煤灰后，用慢速煅烧的石膏熟料制成的石膏基材料的水化诱导期明显延长，而对快速煅烧的熟料制成的石膏基材料的影响不明显。由此可见，不同方式煅烧出的熟石膏性能不同，决定了其在制备石膏制品时也有所不同。
因此，不同煅烧方式煅烧出的石膏熟料，其相组成有着不同的特点。在生产石膏制品时，可根据不同制品的具体要求对熟料进行进一步的调整。
3可溶性杂质离子对制品性能的影响
众所周知，可溶性杂质离子影响石膏制品的生产和应用。以天然石膏作为原材料生产纸面石膏板，对于可溶性杂质离子，主要控制生料中的钠和钾的含量；而使用脱硫石膏为原料后，我们发现钠和钾超标的原料很少，但是天然石膏中含量较低的氯离子和镁离子在脱硫石膏中含量普遍较高。当氯离子和镁离子含量较高时，易出现石膏板粘接强度差，改性淀粉用量增加等问题。目前，生料控制时，对氯离子的影响认识比较充分，但是对镁离子往往不够重视。表3所示的是可溶性Mg含量对石膏板干粘接、受潮后粘接、湿热后粘接的影响。从表中可以看出，当可溶性Mg含量在ppm~ppm变化时，干粘接变化不明显；当超过ppm时，受潮后粘接和湿热后粘接明显变差。因此，对于石膏板生产来说，应该严格控制生料中可溶性Mg的含量。生产其他石膏制品时也应控制Mg离子含量，例如，用可溶性Mg含量过高的生料生产砌块时，易出现受潮泛霜长毛的问题。
4结语
目前我国火电厂装机容量超过电力总装机容量的70%，其中大部分是燃煤火电厂，燃煤火电厂对烟气进行脱硫处理得到副产品——脱硫石膏。利用脱硫石膏生产石膏制品不仅可以减少工业固体废弃物的排放，而且为石膏制品行业提供优质原料，降低了对天然石膏矿的开采。我国脱硫石膏应用起步晚，虽然有德国、日本等国的经验可以借鉴，但是由于对脱硫石膏进行的相关基础研究较少，并且脱硫技术以及国情等方面的不同，在实际应用中难免出现这样那样的问题。我们在此就生产实践中遇到的几个问题进行粗浅的研究，期望与更多的同行探讨，也希望更多的业内同行重视脱硫石膏应用基础研究，为脱硫石膏在石膏制品行业更好地应用添砖加瓦。
文章来源：中国建筑材料联合会石膏建材分会第五届年会暨第九届全国石膏技术交流大会及展览会
