芒硝石膏综合利用的技术研究

刘启儒1 苟兴无1 阳运霞2 刘泽民1 冷建强1

（1.四川川眉特种芒硝有限公司，四川眉山 620000；2.四川嘉华集团，四川乐山 614000）

摘要：通过用芒硝石膏替代天然石膏作为水泥缓凝剂的技术研究和试验， 证明芒硝石膏可以替代天然石膏，同时可提高水泥早期强度；芒硝石膏的最佳掺量为5％~7％；芒硝石膏的CaSO4含量应保持相对稳定。

关键词：芒硝；芒硝石膏；天然石膏；水泥；缓凝剂

1 前言

四川川眉特种芒硝有限公司位于四川省眉山市东坡区，公司为生产芒硝（元明粉，工业无水硫酸钠Na2SO4）的大型企业，公司拥有世界最先进、单套装置最大的100 万吨/年的真空强制循环制硝系统及配套热电联产自备电站， 公司拥有几座可供开采上百年的优质钙芒硝矿区， 矿区每年排放约100 万吨掘进副产钙芒硝矿渣。钙芒硝矿渣堆放在地面排土场，经过用水泵抽水对矿渣进行反复冲淋浸取芒硝，浸取芒硝后的芒硝水用水泵输送到井下溶区生产硝水，矿渣冲淋后形状由块状变为粉状。钙芒硝矿渣的反应方程为: Na2SO4·CaSO4+H2O→Na2SO4+ CaSO4·2H2O，即钙芒硝矿渣经水淋浸后，析出Na2SO4，同时析出二水石膏CaSO4·2H2O，矿渣中含二水石膏70％左右（钙芒硝矿地质品位：Na2SO4品位37~40％，CaSO4品位25~40％， 矿石中Na2SO4被浸取后，CaSO4含量比重相应增加）形成所谓芒硝石膏。芒硝石膏矿渣多年堆存排土场，占据大片土地，对地质环境有一定的影响。

为此， 川眉公司技术中心联合四川嘉华集团技术中心（水泥生产企业），对芒硝石膏替代天然石膏掺入水泥作为缓凝剂进行技术研究和试验。

2 芒硝石膏替代天然石膏试验

2.1 基材水泥

选用一般的硅酸盐熟料和符合GB203 要求的《用于水泥中的粒化高炉矿渣》以80:20 的比例磨制而成比表面积350m2/kg 的小磨水泥样。

2.2 石膏的化学成分

川眉公司的芒硝石膏，其化学成分见表1。

表1 芒硝石膏化学成分

天然石膏采用某石膏矿生产的二水石膏矿，其化学成分见表2。

表2 二水石膏矿化学成分

2.3 试验方法

2.3.1 化学分析按GB176 标准方法进行检测。

2.3.2 物理性能

2.3.2.1 胶砂强度按GB17671《水泥胶砂强度检验方法》进行检测。

2.3.2.2 标准稠度用水量、凝结时间、安定性按GB1346《标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行检测。

2.4 石膏配比方案

2.4.1 天然石膏和芒硝石膏的对比试验配比见表3。

表3 天然石膏和芒硝石膏的对比试验配比

2.4.2 不同芒硝石膏掺量的配比见表4。

表4 同芒硝石膏掺量的配比

2.4.3 选用合理配方，掺入同量的芒硝石膏，再掺入不同量的芒硝（99％ Na2SO4），检测芒硝对水泥性能的影响，见表5

表5 芒硝对水泥性能的影响

以上5 个样在强度成型时，多成型一组，放在空气中养护，看是否有Na2SO4晶体析出。

2.5 试验结果见表6。

2.6 试验数据分析

2.6.1 1﹟试样为基材水泥外掺6 ％芒硝石膏，2﹟试样为基材水泥外掺5％二水石膏，两组试样数据表明：

1﹟试样的R2O 为0.59， 能够满足通用水泥低碱的要求。

1﹟试样的凝结时间比2﹟试样长25 分钟，但能符合普通水泥标准的要求， 也能满足混凝土施工的要求。

两组试样的3 天强度相当，28 天抗压强度1﹟试样比2﹟试样高2 MPa。

2.6.2 3﹟、4﹟、5﹟试样为芒硝石膏不同掺量的试验，实验数据表明：

表6 试验结果

3﹟、4﹟试样的3 天强度结果比较接近，28 天的抗压强度提高了2 ~ 3 MPa，而5﹟试样的强度有所下降， 说明芒硝石膏的最佳掺量为5％~7％（外掺）。

2.6.3 6＃、7＃、8＃、9＃、10＃ 试样选用1＃ 试样的配方，外掺1％ ~ 5％的芒硝（99％ Na2SO4），目的是看芒硝石膏中芒硝含量对水泥性能的影响， 同时还可看试块有无芒硝晶体析出而影响水泥的应用。从试验数据可以看出：

外掺芒硝石膏后， 水泥3 天强度提高了3MPa，起到了早强剂的作用， 但28 天抗压强度除6＃、7＃、8＃、9＃、10＃ 试样的抗压强度下降了1 ~ 5MPa。说明芒硝石膏中残留的芒硝会提高3 天强度， 但也会降低28 天强度。

外掺芒硝石膏量不得过量， 否则水泥中的SO3会超出国家标准的要求，降低28 天抗压强度。

3 结束语

通过技术研究和试验，我们认为：

3.1 芒硝石膏可以替代天然石膏作为水泥的缓凝剂，同时可提高水泥早期强度。外掺芒硝石膏量不得过量，否则水泥中的SO3会超出国家标准的要求，降低28 天抗压强度。

3.2 对有低碱要求的水泥要谨慎使用。由于掺入水泥中的芒硝石膏是有限的， 在这有限的掺量下水泥石块没有芒硝晶体析出， 所以使芒硝石膏替代天然石膏生产的水泥不会影响施工。

3.3 芒硝石膏的CaSO4含量应保持相对稳定，以保证水泥产品质量的稳定。使用时，应根据各厂的实际情况及芒硝石膏的实际质量找出合适的配方。

我国水泥工业生产中常使用天然石膏作为水泥缓凝剂，虽也有一些水泥工业利用磷石膏、氟石膏的实例，但废石膏总的利用率很低，而日本的水泥厂已几乎完全采用工业废石膏代替天然石膏。如果利用芒硝石膏替代天然石膏， 一则解决了钙芒硝石膏矿渣排土场大量占地； 二则解决了排土场矿渣堆放引发的环境影响和地质灾害隐患；三则变废为宝，企业可获得一定的效益；四则节约了大量的天然石膏资源（四川全省钙芒硝矿渣年排放量约400 万吨）。此外，芒硝石膏还可用于其它许多工业领域。