高氯脱硫石膏中氯离子的调控技术研究进展.pdf
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1、34第 32 卷第 3 期2023 年 6 月中 国 建 材 科 技China Building Materials Science&TechnologyVol.32No.3Jun.,2023DOI:10.12164/j.issn.1003-8965.2023.03.009高氯脱硫石膏中氯离子的调控技术研究进展Progress in research of the regulation technology of chloride ions in high chlorine desulfurization gypsum王宏霞1,李翊1,2,高春勇1,郭君华1,高瑞军1,张江涛1(1.中国建筑材
2、料科学研究总院有限公司,北京 100024;2.天津城建大学 材料科学与工程学院,天津 300192)WANG Hongxia1,LI Yi1,2,GAO Chunyong1,GUO Junhua1,GAO Ruijun1,ZHANG Jiangtao1(1.China Building Materials Academy Co.,Ltd.,Beijing 100024;2.School of Materials Science and Engineering,Tianjin Chengjian University,Tianjin 300192)摘要:高氯脱硫石膏中所含氯离子杂质严重劣化了脱
3、硫石膏的性能,限制了其在建材领域的高效资源化利用,因此开展高氯脱硫石膏中氯离子的调控技术研究势在必行。本文从氯离子的调控技术思路出发,归纳了物理吸附和化学改性技术在脱硫石膏氯离子调控方面的研究进展,并剖析了脱硫石膏中氯离子调控技术难度大的成因,最后展望了高氯脱硫石膏中氯离子调控技术的研究方向。本文旨在为脱硫石膏中氯离子的调控技术提供研究思路,为高氯脱硫石膏的资源化利用提供理论指导。关键词:高氯脱硫石膏;氯离子;调控;物理吸附;化学改性Abstract:The chloride ion in desulfurization gypsum seriously deteriorates its pe
4、rformance and limits its efficient utilization in the field of building materials.Therefore,it is imperative to study on the regulation technology of chloride ions in high chlorine desulfurization gypsum.From the perspective of chloride ion regulation technology,the progress in research of the regul
5、ation of chloride ions by physical adsorption and chemical modification technology is summarized,and the reasons for the difficulty of chloride ion regulation technology in desulfurization gypsum are analyzed.Finally,the research direction of chloride ion regulation technology is prospected.This art
6、icle aims to provide a systematic research approach for the regulation technology of chloride ions in desulfurization gypsum,and provide theoretical guidance for the resource utilization of high chlorine desulfurization gypsum.Key words:high chlorine desulfurization gypsum;chloride ions;regulation;p
7、hysical adsorption;chemical modification中图分类号:TU526文献标志码:A文章编号:1003-8965(2023)03-0034-030 引言近年来,随着我国石膏基自流平、轻质抹灰石膏、纸面石膏板等石膏基产品市场需求量的增长,脱硫石膏作为品位较高的工业副产石膏,已部分替代天然石膏成为重要的石膏原料,尤其是在天然石膏资源相对缺乏的地区1-2。然而,即使在天然石膏缺乏地区,脱硫石膏的利用率也保持在80%左右3。究其原因,脱硫石膏特有的形成工艺造成其含有诸多可溶性杂质,这些杂质会不同程度地劣化脱硫石膏的性能,限制了其在某些建材领域的资源化利用4-8。在脱硫石
8、膏诸多可溶性杂质中,氯离子的劣化影响尤为显著。已有研究9-11表明,脱硫石膏中的氯离子含量在2003000mg/kg波动;当脱硫石膏中氯离子含量大于400mg/kg时,所制备的纸面石膏板纸芯粘接强度会出现严重下降,甚至出现不粘现象;当选用高氯离子含量的脱硫石膏制备轻质抹灰石膏砂浆时,砂浆表面易出现返潮、泛黄现象等。为此,为进一步提高脱硫石膏在建材领域的利用率,开展脱硫石膏氯离子的调控技术研究势在必行。目前在氯离子调控技术方面,较有效的措施是水洗法12。该法基于氯离子溶于水的原理,可有效降低脱硫石膏中可溶性氯离子含量,但处理过程需消耗大量的水资源,且易造成二次环境污染及对冲洗水二次处理等问题,因
9、此,在低碳、环保及节能政策日趋严苛的背景下,寻求其他行之有效的氯离子调控技术成为石膏领域研究的焦点。基于此,本文从氯离子的调控技术思路出发,归纳了现有物理吸附和化学改性技术在脱硫石膏氯离子调控方面的研究进展,并剖析了脱硫石膏中氯离子调控技术难度大的成因,最后就高氯脱硫石膏中氯离子调控技术的研究方向进行了展望。本文旨在为脱硫石膏氯离子的调控技术提供研究思路,为高氯脱硫石膏资源化利用提供理论指导。1 物理吸附法调控氯离子的技术已有研究借鉴废水中氯离子的物理吸附思路,开展了基金项目:中国建材集团攻关专项(2021HX2223)第一作者:王宏霞(1976-),博士,教授级高工,现从事特种工程材料及工业
10、废弃物资源化利用的研发工作。35综述高氯脱硫石膏中氯离子的调控技术研究进展脱硫石膏中氯离子的调控技术研究。物理吸附法调控废水中氯离子的主要技术思路是在废水中加入某种具有氯离子吸附特性的大比表面积材料,利用该材料微结构吸附点位与氯离子间的范德华力或离子键间的静电作用力,实现对氯离子的固化吸附13-15。在上述技术思路指导下,在脱硫石膏中,所采用的物理吸附剂均为大比表面积材料,主要包括沸石和水滑石等。沸石是一种天然多孔矿物,其晶体结构中含有大量的孔道和空穴。文献16、17的研究表明,在脱硫石膏中掺入质量百分含量为0.5%10%的沸石、且沸石比表面积和所含孔径分别在5001000m2/g和0.400
11、.60nm时,沸石可对脱硫石膏中氯离子产生一定的吸附作用。由该改性脱硫石膏粉制备的纸面石膏板,其纸芯粘结性能得到了一定的改善,但效果有局限性,且存在地域差异,部分脱硫石膏的氯离子含量仍不能满足纸面石膏板的性能要求。水滑石是又一种具有大比表面积的层状结构材料,亦是目前污水领域中应用最广泛且有效的氯离子固化吸附材料18-20。然而,已有研究更多侧重于水滑石在污水和水泥基材料领域中氯离子的吸附作用,就该材料在石膏领域的研究几乎空白。仅有的文献21研究了煅烧水滑石对脱硫石膏中氯离子的吸附作用,并通过热力学经验公式分析了煅烧水滑石对氯离子的吸附率。结果表明,不同阳离子比例的水滑石对氯离子的吸附能力有所不
12、同,镁铝比为4:1的水滑石效果最佳,且该水滑石在脱硫石膏中的最优掺量为0.5%0.8%;在此掺量范围下,随着水滑石焙烧温度的升高及焙烧时间的延长,煅烧水滑石对氯离子的吸附率呈增大趋势。该研究表明了水滑石对脱硫石膏氯离子有较好的吸附效果,但其吸附效果采用热力学经验公式来表征,并未直接测定脱硫石膏经物理吸附后所含氯离子含量,故其吸附效果仍待进一步探讨。2 化学改性法调控氯离子的技术借鉴废水及水泥混凝土领域中氯离子固化的技术,化学改性法调控氯离子的主要技术思路是在需调控材料中加入可与氯离子反应的化学改性剂,通过其与氯离子生成不可溶的稳定态物相或具有较强氯离子吸附效应的物相,进而达到固化氯离子的目的2
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