添加硫酸铝钾煅烧对脱硫石膏制备建筑石膏性能的影响

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0314

摘要/Abstract

摘要：

为了解决脱硫石膏利用率较低的问题，同时提高其高附加值，选用硫酸铝钾（KAS，质量分数分别为0、0.3%、0.6%、1.0%）与脱硫石膏混合，经常压煅烧制备建筑石膏，重点研究煅烧温度及KAS掺量对建筑石膏性能及形貌的影响。结果表明：适当的煅烧温度可改善建筑石膏的性能，但煅烧温度过高时，会使建筑石膏表面裂纹增多，性能下降；添加适量的KAS，不仅可以提高建筑石膏的结晶度，而且能促进水化后新相二水石膏（DH）沿b轴方向生长，延缓沿c轴方向生长，降低DH晶体的长径比，使石膏硬化体逐渐密实化，强度显著增加。脱硫石膏中添加0.3%的KAS，经170 ℃煅烧2 h，制备的建筑石膏性能最佳，初凝时间和终凝时间分别为11.5 min和14 min，2 h抗折强度和抗压强度分别为3.40 MPa和9.23 MPa，绝干抗折强度和抗压强度分别为6.70 MPa和21.82 MPa，满足GB/T 9776—2022《建筑石膏》3.0等级要求。相比空白组，2 h抗折强度提升了26%，2h抗压强度提高了40%。

关键词: 脱硫石膏, 建筑石膏, 硫酸铝钾, 煅烧

Abstract:

To solve the problem of low utilization rate of flue gas desulphurization gypsum（FGD gypsum） and improve its added-value utilization，calcined gypsum was prepared by calcining FGD gypsum added with potassium aluminum sulfate（KAS，mass ratio of 0，0.3%，0.6%，1.0%） at atmospheric pressure.The effects of calcination temperature and KAS content on the properties and the morphology of calcined gypsum were mainly studied.The results showed that the proper calcination temperature could improve the properties of calcined gypsum.However，excessive temperature could generate more cracks on the surface of calcined gypsum，and the properties were subsequently decreased.The addition of appropriate amount of KAS not only improved the crystallinity of calcined gypsum，but also promoted the growth of new phase dihydrate gypsum（DH） along the b-axis after hydration，delayed the growth along the c-axis，and significantly reduced the length-diameter ratio of DH crystals，which could promote the densification of gypsum sclerotium，resulting in the increase of strength.As 0.3% KAS was added into FGD gypsum and calcined at 170 ℃ for 2 h，the performance of the prepared calcined gypsum was the best.The initial and final setting time was 11.5 min and 14 min，respectively，the 2 h flexural and compressive strength were 3.40 MPa and 9.23 MPa，respectively，and the dried flexural and compressive strengths were 6.70 MPa and 21.82 MPa，respectively，which met the 3.0 grade requirements of the GB/T 9776—2022 “Calcined Gypsum”.Compared with the blank group，the 2 h flexural strength was increased by 26% and the 2 h compressive strength was increased by 40%.

Key words: FGD gypsum, calcined gypsum, potassium aluminum sulfate, calcination

中图分类号:

TQ177.3

王升昌, 郝建英, 陈佳宁, 田博. 添加硫酸铝钾煅烧对脱硫石膏制备建筑石膏性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 105-111.

WANG Shengchang, HAO Jianying, CHEN Jianing, TIAN Bo. Effect of calcination on properties of calcined gypsum prepared from desulphurization gypsum with potassium aluminum sulfate[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(4): 105-111.

图/表 7

表1

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参考文献 25

1	MAITI S， JAIN N， MALIK J. A comprehensive review of flue gas desulphurized gypsum：Production，properties，and applications［J］. Construction and Building Materials， 2023， 393：131918.
2	项飞鹏，陈锡炯，刘春红，等. 火电脱硫石膏资源化利用研究进展［J］. 新型建筑材料， 2021， 48（6）：25-30.
	XIANG Feipeng， CHEN Xijiong， LIU Chunhong， et al. Research status on resource utilization of power plant desulfurization gyps-um［J］. New Building Materials， 2021， 48（6）：25-30.
3	刘显丽. 燃煤电厂脱硫石膏的产生及综合利用［J］. 化工设计通讯， 2022， 48（6）：152-154.
	LIU Xianli. Production and comprehensive utilization of desulfurization gypsum in coal-fired powerplant［J］. Chemical Engineering Design Communications， 2022， 48（6）：152-154.
4	CHEN Gaoxiang， LIU Ruicun， SONG Chun， et al. Preparation of hemihydrate gypsum with controllable morphology in glycerol-NaCl-water solutions with maleic acid［J］. Journal of Crystal Growth， 2021， 576：126360.
5	罗纯仁，王靖宇，陈成，等. 脱硫石膏产业化综合利用现状和分析［J］. 煤炭加工与综合利用， 2023（3）：88-93.
	LUO Chunren， WANG Jingyu， CHEN Cheng， et al. Present situation and analysis of comprehensive utilization of desulfurization gypsum industrialization［J］. Coal Processing & Comprehensive Utilization， 2023（3）：88-93.
6	何志敏. 琥珀酸钠对常压水热法制备α-半水石膏的影响［J］. 贵州师范大学学报（自然科学版）， 2022， 40（3）：96-101.
	HE Zhimin. Effect of sodium succinate on preparation of α-hemihydrate gypsum by atmospheric hydrothermal method［J］. Journal of Guizhou Normal University（Natural Sciences）， 2022， 40（3）：96-101.
7	陈平，田宇，胡成. 盐溶液种类和浓度对α-半水脱硫石膏合成的影响［J］. 无机盐工业， 2020， 52（10）：130-134.
	CHEN Ping， TIAN Yu， HU Cheng. Effect of type and concentration of salt solution on synthesis of α-semi-water desulfurization gypsum［J］. Inorganic Chemicals Industry， 2020， 52（10）：130-134.
8	HAO Jianying， CHENG Guanji， HU Tao， et al. Preparation of high-performance building gypsum by calcining FGD gypsum adding CaO as crystal modifier［J］. Construction and Building Materials， 2021， 306：124910.
9	高子栋，展琳琳. 浅谈我国脱硫石膏环保资源化综合利用现状［J］. 砖瓦， 2022（6）：44-46，49.
	GAO Zidong， ZHAN Linlin. Current situation of comprehensive utilization of desulfurization gypsum environmental protection resour-ces［J］. Brick-Tile， 2022（6）：44-46，49.
10	江瀚宁，李玉平，王志云，等. 硫酸铝草酸钾及其共混物对α-半水石膏制备及性能的影响［J］. 无机盐工业， 2022， 54（10）：121-126.
	JIANG Hanning， LI Yuping， WANG Zhiyun， et al. Effects of potassium oxalate and aluminum sulfate and their compounds on preparation and properties of α-hemihydrate gypsum［J］. Inorganic Chemicals Industry， 2022， 54（10）：121-126.
11	FAN Hao， SONG Xingfu， LIU Tianjie， et al. Effect of Al³⁺ on crystal morphology and size of calcium sulfate hemihydrate：Experimental and molecular dynamics simulation study［J］. Journal of Crystal Growth， 2018， 495：29-36.
12	LIU Dongmei， WANG Qing， XU Gang， et al. Effect of modifiers on crystalizing habit and mechanical strength of α-hemihydrate gypsum prepared from PG by an autoclaved method［J］. Construction and Building Materials， 2023，366：130114.
13	胡成，向玮衡，陈平，等. 丁二酸对水热合成α-半水脱硫石膏微晶形貌及力学强度的影响［J］. 无机盐工业， 2021， 53（4）：76-80.
	HU Cheng， XIANG Weiheng， CHEN Ping， et al. Effects of succinic acid on crystallite morphology and mechanical strength of α-hemihydrate desulfurized gypsum synthesized by hydrothermal method［J］. Inorganic Chemicals Industry， 2021， 53（4）：76-80.
14	YIN Shishi， YANG Liuchun. α or β-hemihydrates transformed from dihydrate calcium sulfate in a salt-mediated glycerol-water solution［J］. Journal of Crystal Growth， 2020，550：125885.
15	刘志刚，霍超，杨立荣，等. 利用亚硫酸钙型脱硫石膏制备胶凝材料的研究［J］. 非金属矿， 2015， 38（1）：35-37，41.
	LIU Zhigang， HUO Chao， YANG Lirong， et al. Preparation of gypsum-based cementing material using calcium sulfite desulfurization gypsum［J］. Non-Metallic Mines， 2015， 38（1）：35-37，41.
16	张康. 改性剂—煅烧联合改性湿氟石膏制备建筑石膏粉的研究［D］. 长沙：中南大学， 2013.
	ZHANG Kang. Water-saturated fluorgypsum modification with modifiers for building gypsum powder under calcination［D］. Changsha： Central South University， 2013.
17	黎涛，于亮，宋文吉，等. 烟气脱硫石膏粉化学物相分析［J］. 冶金分析， 2013， 33（2）：28-32.
	LI Tao， YU Liang， SONG Wenji， et al. Chemical phase analysis of flue gas desulfurization gypsum powder［J］. Metallurgical Analysis， 2013， 33（2）：28-32.
18	赵华，廖洪强，宋慧平，等. 热失重实验法研究脱硫石膏的脱水特性［J］. 新型建筑材料， 2017， 44（10）：24-27.
	ZHAO Hua， LIAO Hongqiang， SONG Huiping， et al. Study on dehydration characteristics of desulfurization gypsum by thermal loss gravimetric method［J］. New Building Materials， 2017， 44（10）：24-27.
19	续荣贵，汪永和，冯春花. 脱硫石膏用作建筑石膏的处理工艺研究［J］. 江苏建筑， 2013（3）：102-105.
	XU Ronggui， WANG Yonghe， FENG Chunhua. Study on the building gypsum preparation through the treatment of desulfurization gypsum［J］. Jiangsu Construction， 2013（3）：102-105.
20	王飞，汪澜，刘姚君，等. 煅烧制度对脱硫石膏物理性能的影响研究［J］. 科学技术与工程， 2014， 14（16）：170-174.
	WANG Fei， WANG Lan， LIU Yaojun， et al. Study on the effects of calcined system on physical performance of desulphurization gypsum［J］. Science Technology and Engineering， 2014， 14（16）：170-174.
21	高淑娟. 煅烧对脱硫石膏性能的影响［J］. 四川建材， 2016， 42（6）：19-20.
	GAO Shujuan. Effect of calcination on properties of desulfurized gypsum［J］. Sichuan Building Materials， 2016， 42（6）：19-20.
22	李强，尚超，石棕文，等. 金属离子对硫酸钙晶须形貌影响的试验研究［J］. 非金属矿， 2019， 42（1）：94-96.
	LI Qiang， SHANG Chao， SHI Zongwen， et al. Experimental study on the effect of metal ions on the morphology of calcium sulfate whiskers［J］. Non-Metallic Mines， 2019， 42（1）：94-96.
23	陈曲仙. 氟铝杂质离子和有机酸添加剂对脱硫石膏结晶过程的影响实验研究［D］. 湘潭：湘潭大学， 2014.
	CHEN Quxian. Experimental research on the effects of F- and Al3+ ions impuritis and organic additives on crystallization of desulfurization gypsum［D］. Xiangtan： Xiangtan University， 2014.
24	杨新亚，喻德高，王锦华. 硫酸钾对无水硫酸钙水化激发机理研究［J］. 沈阳建筑大学学报（自然科学版）， 2008， 24（1）：104-107.
	YANG Xinya， YU Degao， WANG Jinhua. Research on hydration mechanism of calcium sulfate anhydrite activated by potassium sulfate［J］. Journal of Shenyang Jianzhu University（Natural Science）， 2008， 24（1）：104-107.
25	RASHADM M， MAHMOUDM H H， IBRAHIMI A， et al. Crystallization of calcium sulfate dihydrate under simulated conditions of phosphoric acid production in the presence of aluminum and magnesium ions［J］. Journal of Crystal Growth， 2004， 267（1/2）：372-379.

[1]	宋佳禧, 计任飞, 陈君, 林森, 于建国. 深度失活三元正极材料特性分析及预处理研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(2): 44-49.
[2]	唐东武, 叶长文, 邓杰, 敖芳. 基于热力学分析与响应曲面法研究磷尾矿中钙镁浸出率[J]. 无机盐工业, 2024, 56(9): 98-106.
[3]	唐雪梅, 王美波, 徐丽, 张旭杰, 邰石君, 易贤美, 刘红娟, 潘邻屹. 磷石膏低温煅烧增白研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(8): 110-115.
[4]	罗通, 叶建周, 陈尚伟, 杨厚文, 陈福平. 灰钙对掺PCE的磷建筑石膏性能影响研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(8): 116-122.
[5]	张力巾, 吕晴, 陈晓浪, 李清欣, 史鸿钰, 秦军. Ca基LDO复合材料的制备及其对磷酸盐的吸附性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 37-45.
[6]	刘慧, 王洪亮, 余琨, 高胜男. 煅烧对空气电极的多孔结构和电化学性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(6): 80-86.
[7]	王培雄, 龚小梅, 丁家琪, 曹宏. 转晶剂对不同工业石膏制备α-半水石膏的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 112-117.
[8]	杨凤玲, 乔国鑫, 杨普, 任磊, 王琼, 吴海滨, 程芳琴. 脱硫石膏制备α-半水石膏研究进展及应用[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 11-20.
[9]	杨坤, 任启霞, 董永刚, 刘飞, 姚梦琴, 曹建新. 煅烧温度对ZnGaZrO _x /SAPO-34催化性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 136-145.
[10]	李恒, 张晖, 资学民. 磷石膏煅烧工艺进展分析[J]. 无机盐工业, 2023, 55(6): 27-35.
[11]	杨悦, 朱干宇, 张建波, 孟子衡, 刘鑫辉, 杨靖, 颜坤, 彭宗贵, 王秋剑, 李会泉. 电石渣旋流分离制备脱硫剂及副产石膏研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(5): 78-84.
[12]	MURZATAEV Asan, 肖诗豪, 付汝松, 安红芳, 孔德文, 王玲玲. 基于正交试验的泡沫脱硫石膏基复合材料性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(4): 92-96.
[13]	周强, 武斌, 陈葵, 纪利俊, 吴艳阳. 磷尾矿热分解动力学机理与煅烧工艺研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(3): 47-54.
[14]	郭爽, 邢冬娴, 郭校, 季晓杰, 汤建伟, 化全县, 王保明, 刘咏. 磷石膏基建筑石膏的制备及改性研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(12): 102-110.
[15]	杜光钢, 何童, 徐泽辉, 刘磊. 静爆剂中氧化钙在不同煅烧条件下的性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(10): 35-41.

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