1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1. 引言

我国作为一个正处于建设高峰期中的建筑大国，每年新建房屋中大部分都是高耗能的建筑。建筑行业已逐渐成为能源消耗的 ”耗能大户”，成为我国国民经济的巨大负担。并且随着现在越来越多的燃煤电厂、钢铁企业以及工业锅炉等企业开始广泛采用半干法烟气烟气脱硫技术，脱硫灰的产生量越来越多，粉煤灰以及矿、炉渣也成了工厂产生的主要工业废物之一，如果只是简单地堆放，不但将占用大量的土地，还会对环境造成严重的二次污染。因此，节能环保建筑材料的研究以及脱硫灰、矿渣、炉渣的综合利用研究成为当前急需解决的问题，也成为制约烟气脱硫技术发展的重要因素。

用免煅烧脱硫石膏（又称脱硫灰）为原料, 通过掺入矿渣、粉煤灰、炉渣等工业废渣, 以生石灰为碱性激发剂,能配制出性能良好，强度与耐水性明显优于纯石膏制品的原状石膏基复合胶凝材料，既能充分利用废弃资源和节约能源，减少对环境的危害，又能改善其性能，使其更好地应用于建筑领域，发展前景十分广阔。

2. 脱硫灰的性质

脱硫灰的化学组成与粉煤灰大体相似，只是增加了钙含量和硫含量。随着我国对火电厂污染物排放标准要求的日益严格，燃煤电厂脱硫装置将会大规模启用，随之而来的脱硫灰的处理处置己成为摆在我们面前的非常迫切的问题。

2.1脱硫灰的物理性质

脱硫灰是一种浅灰色粉末，加水压实后，会像水泥一样硬化。脱硫灰的真实密度要比普通粉煤灰大，这是与它的玻璃体含量多，结构致密有关，但是它的容重较小。同时，脱硫灰的细颗粒较多。

2.2脱硫灰的矿物组成

脱硫灰含、、、、以及，，等化合物。由于烟气中有大量的存在，在脱硫的同时往往也不可避免地产生。脱硫灰中除了粉煤灰的主要矿物成份如莫来石、石英和磁铁矿，还包括-半水亚硫酸钙，，和少量的、、颗粒。

3. 干法、半干法脱硫

用干法、半干法脱硫渣可以转化为具有一定附加值的产品。按脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫可分为干法和半干法两类工艺^[1-4]。

3.1干法脱硫技术

干法烟气脱硫技术^[5]：脱硫吸收和产物处理均在于状态下进行。该法具有无污水和废酸排出、设备腐蚀小、烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散等优点，但脱硫效率低、反应速度较慢、设备庞大。

3.1.1电子束辐照法(EBAP)

电子束辐照法是利用电子加速器产生的电子束辐照烟气，在有氨存在的条件下将烟气中S02和氮化物转化成硫铵和硝铵。在最优化运行条件下，脱硫和脱硝的效率能到达90%以上^[6] 。

3.1.2 荷电干式吸收剂喷射脱硫技术(CDSI工艺)

CDSI系统是通过在炉膛出口烟道喷入干的吸收剂，使吸收剂与烟气中的S02发生反应，产生颗粒物质，再被后面的除尘设备除去，以达到脱硫的目的。

3.2 半干法脱硫技术

半干法脱硫技术的特点是：反应在气、固、液三相中进行，利用烟气余热蒸发吸收剂浆液中的水分，同时在干燥过程中，石灰与烟气中的SO₂反应生成亚硫酸钙等，并使最终产物为干粉状^[7]。

3.2.1 喷雾干燥烟气脱硫技术(SDA工艺)

喷雾干燥烟气脱硫技术是利用喷雾干燥的原理，熟石灰浆在吸收塔顶部经高速旋转的雾化器雾化成的具有很大表面积的雾粒，热烟气通过气体分布器被导入喷雾干燥吸收室内，两者接触则浆滴被加热干燥成粉末。

3.2.2 循环流化床烟气脱硫技术(CFB／RCFB)

在锅炉炉膛适当部位喷入吸收剂和白云石，在尾部烟道电除尘器前装设循环流化床反应器，炉内未反应的CaO随着飞灰输送到循环流化床反应器内，在循环流化床反应器中大颗粒CaO被其中湍流破碎，在喷入均匀水雾降低烟温的条件下，吸收剂与烟气中的二氧化硫反应。

4. 石膏基复合胶凝材料性能的影响因素

4.1 激发剂生石灰（）对石膏基复合胶凝材料性能的影响

4.1.1 激发剂对石膏复合胶凝材料流动度的影响

图1 不同掺量激发剂对不同配比的粉煤灰单掺体系石膏复合胶凝材料的流动度的影响图

图中I区（编号0-4）为粉煤灰单掺体系，II区（编号5-9）为复掺体系。由图中可知, 激发剂的加入能够显著的提高粉煤灰单掺体系的流动度。当单掺体系激发剂的掺量变化时, 胶凝材料配比试样的流动度变化不大, 仅在290mm~ 310 ㎜之间波动。在激发剂掺量相同的情况下, 粉煤灰单掺体系的流动度要略大于复掺体系的流动度^[8]。

4.1.2 激发剂对石膏复合胶凝材料强度的影响

图2 激发剂对石膏复合胶凝材料3 天、28 天抗压强度的影响

图中I区（编号0-4）为粉煤灰单掺体系，II区（编号5-9）为复掺体系。由图可知，粉煤灰单掺体系的28天抗压、抗折强度随激发剂掺量的增加而增加。激发剂对粉煤灰复掺体系28天的抗压强度影响不大, 有激发剂的复掺体系试样28 天强度的波动范围不大, 同未掺激发剂的第5组配比试样28天的抗压强度相近。且有激发剂加入的复掺体系的28天抗压强度大于激发剂加入的粉煤灰单掺体系的28天强度。

4.2 工业废渣对石膏基复合胶凝材料性能的影响

4.2.1 粉煤灰对石膏基复合胶凝材料性能的影响

粉煤灰包含下列主要物质：玻璃球体物质含量50％一80％，磁性氧化铁()6％一16％，碳粒子3％一4％，石英含量3％～20％，莫来石含量5％一30％^[9]。

在上述选取的基本配方的基础上，以石膏为主要原料，用75℃常压湿热养护12h^[10]。

图3 粉煤灰掺量对强度的影响

由图可知，粉煤灰掺入对石膏的强度有影响，但过多反而会降低砌块的强度，掺量为30%时强度达到最佳值。

4.2.2 矿渣对石膏基复合胶凝材料性能的影响

表1 不同矿渣掺量下各体系的抗压强度 MPa

矿渣及其掺量对脱硫石膏- 粉煤灰复合胶凝材料抗压强度的影响如表1所示。可以发现, 随着矿渣掺量的增大, 体系各龄期的抗压强度也呈现增加的趋势, 不论是早期强度还是后期强度都有极大程度的提高。对于不同的FGD/FA 体系, 基本上是随FGD/FA的增加, 体系强度也随之增加。对于单掺矿渣的脱硫石膏- 粉煤灰复合胶凝体系, 较优的配合比为: 矿渣掺量30%, FGD与FA之比为3∶7 ^[11]。

4.3 养护方法对石膏基复合胶凝材料性能的影响

表2 不同养护制度对胶凝材料性能的影响

表1中的四种养护方法分别为：

① 自然养护：试件拆模后，放置在室内自然环境中；

② 30℃包塑料薄膜养护：试件拆模后，用塑料薄膜将试样包裹起来，放置在30℃#177; 3℃的恒温箱中养护；

③ 40℃包塑料薄膜养护：试件拆模后，用塑料薄膜将试样包裹起来，放置在40℃#177; 3℃的恒温箱中养护；

④ 50℃水蒸气中养护（湿度大于90%）：将试样置放在50℃#177; 3℃的水蒸气中养护。

养护制度对石膏基复合胶凝材料的各项物理性能具有显著影响，温度升高，胶凝材料的抗压强度、抗折强度、软化系数都有不同程度的提高。在湿热养护制度下，随着温度的升高，逐渐形成新的水化物^[12]。这些新水化的产物形成结晶结构网，使胶凝材料的强度进一步提高和增强。同时因随温度的升高，石膏水化充分，该胶凝材料的结构致密，软化系数也有很大程度的提高。28 天后强度增长速度缓慢，因此，必须加强石膏基复合胶凝材料的早期养护，使石膏基复合胶凝材料早期水化充分，结构致密^[13]。

5. 石膏基复合胶凝材料水化机理

从石膏基复合胶凝材料的水化产物出发，在石膏基复合胶凝材料水化的过程中，首先发生的溶解。表面生成不稳定的复杂水化产物，然后此水化物又分解为含水盐类和^[14]，当溶解达到高度过饱和状态时，二水石膏很快从过饱和溶液中析晶，如此循环进行二水石膏的溶解和析晶，使浆体水化硬化，并产生强度^[15]。碱性激发剂溶解会产生大量的，与玻璃体中活性，作用，形成耐水性能好的钙矾石及水化硅酸钙凝胶^[16]。利用激发剂改性的矿渣-脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝体系在早期就产生了大量的水化产物，随着反应龄期增加，水化产物增多，各种水化产物交织在一起使体系更加密实，提高了体系的抗压强度^[17]。

6. 结束语

面对当今建材发展走向绿色环保的道路，深入研究脱硫灰的应用，是提高建材质量和实现可持续发展战略的必由之路。目前对于石膏基胶凝材料的研究尚处于起步阶段，新的生产制备方法将能极大提高工业副产石膏的资源化利用和建筑材料生产的节能水平，因此，我们还需不断探索，进一步提高该材料的应用价值。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1本课题拟解决的问题

1. 对原状石膏的主要成分及其杂质进行测试，分析杂质对原状石膏制品性能的影响；

2. 研究不同配比的掺杂以及水灰比对成型试块的力学性能的影响；