钛石膏作缓凝剂在水泥生产中的应用

0　引言

　　目前水泥工业生产中一般以天然石膏或脱硫石膏作通用水泥的缓凝剂，而化学副产石膏的应用并不普及。钛石膏是湿法制造钛白粉的工业废渣，含自由水30%～50%，外观为黄红色粉末。为了变废为宝，节能减排，节约生产成本，淮安市水泥厂有限公司不但尝试了用钛石膏替代天然石膏和脱硫石膏作水泥缓凝剂，而且成功地解决了钛石膏作水泥缓凝剂的不足之处。

1　钛石膏化学成分

　　钛石膏为淮安市飞洋化工有限公司废弃物，其化学成分分析见表1。

表1　钛石膏化学全分析　　　%

　　经多次分析，钛石膏中含二水石膏96%以上，含金属钛0.06%，含碱性物质，pH值在9以上。

2　钛石膏作缓凝剂对水泥物理性能的影响

　　我们做了掺不同石膏时水泥物理性能对比试验，其中相容性（水泥净浆流动度）按GB/T8077—2000进行测试，结果见表2。

表2　掺不同石膏时水泥物理性能对比

　　由表2可知，钛石膏直接用于普通水泥中作缓凝剂时水泥与减水剂相容性差，净浆流动度只有二水石膏和脱硫石膏作缓凝剂试样的48%，凝结时间偏短70 min左右，3 d、28 d抗压强度有所提高，所以利用钛石膏作缓凝剂水泥与减水剂的相容性、凝结时间不如使用二水石膏和脱硫石膏，这与淮安市飞洋化工有限公司钛石膏中所含矿物成分有关。为解决此问题，我们利用钛石膏的颗粒分散性，加入一定量的粉煤灰等混合制成活化或热处理钛石膏。

3　活化或热处理钛石膏作缓凝剂试验

　　将表1钛石膏同粉煤灰按3∶1比例进行混合，在自然条件下活化或经650 ℃烘烧2 h，然后掺入到普通水泥中。各原材料化学成分见表3，各组普通水泥物理性能见表4。

 表3　各原材料化学分析 

表4　各组普通水泥物理性能

      由表4可知 ，钛石膏经活化或热处理后用于普通水泥中作缓凝剂比未处理的钛石膏好，相容性及凝结时间与二水石膏和脱硫石膏作缓凝剂的试样相近，水泥强度也有所提高。活化或热处理钛石膏用于其他品种水泥效果又如何？我们又做了大量试验，试验结果见表5。由表5试验数据分析活化或热处理钛石膏用于各品种水泥的特点和效果见表6。 

表5　钛石膏搭配少量粉煤灰（3∶1）经活化或650 ℃热处理作缓凝剂对比试验

表6　活化或热处理钛石膏作缓凝剂使用效果（A）与二水石膏或脱硫石膏使用效果（B）比较

　　通过表5、表6试验结果对比可见，利用活化或热处理钛石膏作各品种水泥缓凝剂起到了非常好的效果，改善了水泥与减水剂的相容性，凝结时间处于良好正常状态，同时也改善了水泥的其他性能。

4　工业生产试验

　　处理钛石膏工艺方法有以下几种：

　　1）钛石膏同粉煤灰按比例混合均匀，堆放自然活化干燥，自由水控制在＜8%。

　　2）钛石膏同粉煤灰按比例混合均匀，于200 ℃条件下烘干。

　　3）钛石膏同秸秆灰按比例制成砖坯，于650～700 ℃焙烧，冷至常温。

　　4）钛石膏同钢渣按比例混合烘干，再与秸秆灰混合粉磨至一定比表面积。

　　以上列举的四种工艺方法比较简单易行，我公司采用第一种和第三种方案。将钛石膏与粉煤灰或秸秆灰、钢渣按3∶1比例混合制成混合料，自然活化干燥或制成砖坯于650～700 ℃焙烧制成热处理钛石膏，其化学成分见表7。

表7　热处理钛石膏化学分析　　%

　　公司将第一批钛石膏投入生产中采取的工艺措施是：活化处理钛石膏自由水控制在8%以内，热处理钛石膏水分控制在1%以内，以防磨机饱磨糊球。将活化或热处理钛石膏进库堆放，库底再按比例掺入水泥中，生产过程控制每2 h检测一次出磨水泥与减水剂相容性、凝结时间以及SO3含量。公司自从2015年1月份使用活化或热处理钛石膏以来，出厂水泥合格率100%，水泥物理性能与以前使用二水石膏、脱硫石膏效果对比见表8。

表8　采用活化或热处理钛石膏与用二水石膏或脱硫石膏时水泥物理性能对比

　　由表8可以看出，活化或热处理钛石膏作缓凝剂效果良好，水泥抗折、抗压强度比二水石膏和脱硫石膏作缓凝剂分别提高0.2～0.8 MPa和2.6～3.6 MPa，水泥与减水剂的相容性有所提高，凝结时间相近，所有指标达到了行业要求的优等品标准。经过一年多的试生产，发现使用活化或热处理钛石膏在一定程度上改善了水泥性能，用活化或热处理钛石膏生产水泥，经用户使用配制混凝土强度高，坍落度损失小，流动性大。另外，活化或热处理钛石膏质脆易粉磨，提高了磨机台时产量，节约了能耗，降低了水泥生产成本。

5　体会与结论

　　1）活化或热处理钛石膏作各品种水泥的缓凝剂比单用二水石膏、脱硫石膏或原状钛石膏效果好，水泥与减水剂相容性、凝结时间正常，抗折、抗压强度提高。

　　2）使用活化或热处理钛石膏生产水泥，对降低生产成本、提高水泥混凝土质量起到了积极的作用。

　　3）使用活化或热处理钛石膏作水泥缓凝剂为化工厂钛石膏的利用找到了出路，解决了环境污染问题。

　　4）活化或热处理钛石膏的改性机理以及对水泥的其他性能的影响有待进一步探讨。

作者：谭纪林

作者单位：淮安市水泥厂有限公司

文章摘自《水泥》杂志2017年第2期