随着循环流化床脱硫技术的迅速发展,产生的脱硫灰渣量急剧增加,我国2013年的产量约8000万吨。目前,这种灰渣还主要以堆放的方式处理,资源化再利用迫在眉睫。脱硫灰渣属烧结粘土类物质,具有火山灰活性,可以作水泥混合材来使用。水泥行业对混合材需用量大,将脱硫灰渣大量应用于水泥混合材生产,对于资源再利用和环境保护具有重要的意义。由于脱硫灰渣中的游离氧化钙(f-Ca O)和SO3含量较高,将其大量用作水泥混合材时,水泥的蒸压膨胀值较大,安定性不合格。针对这些问题,本文以茂名石化动力厂的循环流化床脱硫灰渣为研究对象,重点对脱硫灰渣的基本性质,加水量、改性剂种类、粉磨时间、消解温度等因素对脱硫灰渣中f-Ca O的消解效果及对其微观结构的影响,改性脱硫灰渣配制的水泥性能和微观结构变化这三方面进行了研究,完成的主要工作及得出的结论如下。对脱硫灰渣的基本性质进行了详细研究。结果发现,茂名石化循环流化床脱硫灰渣的微观形貌不规则,表面粗糙且疏松多孔,颗粒的粒径级配不合理,79.50%的粒径≥65μm,中间粒径(D50)达到113.67μm。总Ca O含量为23.07%,其中f-Ca O为8.49%左右,与普通粉煤灰相比,这种灰渣含有特征的矿物组分Ca SO4和Ca O。随脱硫灰渣中SO3和f-Ca O含量增加,灰渣的自硬性强度和活性指数均先增加后减小,线性膨胀率则一直增大。对影响脱硫灰渣改性效果的因素进行了系统研究。实验表明,改性过程中影响脱硫灰渣f-Ca O含量的主要因素是加水量,其次是改性剂种类、消解温度、消解时间、粉磨时间等。当加水量为30%时,消解1d后,f-Ca O含量降到2.81%;加入1%的以硫酸钠为主的复合改性剂B和30%的水,在45℃条件下密闭养护8h后,脱硫灰渣中f-Ca O含量降到2.04%。改性后的脱硫灰渣的蒸压膨胀值减小到2μm左右,3d自硬强度的活性值由78.28%增加到82.35%,28 d的自硬强度活性值由80.69%增加到84.89%。未改性的脱硫灰渣生成的Ca(OH)2覆盖在灰渣的表面,呈现六方板状;加入1%以硫酸钠为主的复合改性剂B和以三乙醇胺为主的复合改性剂C,粉磨15 min后于40℃养护1 d,其脱硫灰渣颗粒表面生成的Ca(OH)2晶体呈簇状向外生长,扦插在空隙之中,同时颗粒表面生成了絮状物质,灰渣表面结构得以改善。对脱硫灰渣配制的水泥性能和微观结构的变化进行了详细考察。实验发现,与掺加30%未改性的脱硫灰渣水泥相比,掺加30%改性后的脱硫灰渣的水泥,水灰比从原来的0.3045降为0.285,初、终的凝结时间明显加快,蒸压膨胀值由0.5248 mm减小为0.2789 mm,胶砂强度后期发展明显,抗压活性比由7d的77.06%增加到28 d的94.01%。水泥净浆试块水化3 d和28 d的SEM图和XRD谱图表明,改性剂B改性的灰渣配制的水泥,其水化进程加快,钙矾石形成提前,水化28 d后大块的氢氧化钙(CH)基本消失,水化硅酸钙(C-S-H)凝胶与钙矾石(AFt)的结合更加紧密,水化后的密实度明显增加。改性后的脱硫灰渣,活性值增大,有害组分含量减少,可作为水泥混合材而大量使用。当其掺量达到30%左右时,水泥的各项性能指标均满足美国材料化学学会标准(ASTM C)的要求。