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研究生: 葉嘉益
Yeh, Jia-Ye
論文名稱: 脫硫石膏資源再利用開發之研究
A Developing on the Reuse of Desulfurized Gypsum Resources
指導教授: 李德河
Lee, Der-Her
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 106
中文關鍵詞: 脫硫石膏石膏板硫鋁酸鹽水泥
外文關鍵詞: desulfurization gypsum, gypsum board, Calcium Sulfoaluminate cement
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  • 資源的永續利用是現今人類社會致力以赴的目標,而將鋼鐵冶煉製程中產生的副產物作為替代材料置換部分自然材料製作土木工程相關製品,達到資源再利用與減廢為必然的趨勢。本研究以煉鋼廠在脫硫過程中產生之副產物脫硫石膏進行資源再利用的開發,針對脫硫石膏之基本物性、化性與力學特性,探討資源材料開發之可能性。首先尋求以脫硫石膏作為石膏製品替代材料之可行性,在研究中先使用石膏混拌脫硫石膏製作試體進行試驗,選擇較有經濟性配比以不同水固比進行試驗,爾後添加不同比例的水泥以及增加脫硫石膏用量進行試驗;另一方面利用C級飛灰與水淬爐石進行鹼激發後混拌脫硫石膏進行試驗,試驗成果中尋求脫硫石膏作為替代材料的理想配比並進行脫硫石膏板材品質試驗;其次探討脫硫石膏作為製備硫鋁酸鹽水泥(主要成分為2CaO•SiO2、3CaO•3Al2O3•CaSO4)所用石膏的替代材料之適用性。研究利用脫硫石膏、石膏、鋁礬土、石灰、泥岩為原料進行鍛燒。並分析其原料組成、性質的基礎上,結合水泥原料計算方法和高溫鍛燒進行修正,製備符合規範標準的硫鋁酸鹽水泥,並分析試驗結果,由本研究結果可知脫硫石膏作為資源再生材料開發是具有相當大的潛力。其結果如下:
    (1) 考慮經濟性以及資源有效再生利用之行用性為考量,脫硫石膏板材混拌材料以(脫硫石膏50%+石膏45%+水泥5%)和(脫硫石膏50%+石膏50%)為最佳之配比,而兩者施作平板抗彎試驗結果皆符合規範要求。
    (2) 硫鋁酸鹽水泥製備方面,原料中脫硫石膏其硫含量較低,需添加部分石膏進行原料修正,而在溫度方面需增加至1350℃以減少其過度相礦物產生。

    SUMMARY

    This research aimed to reuse desulfurization gypsum which eliminated SO2 emission, during the operation of steel mill and coal-fired power plant. Exploring the possibility of desulfurization gypsum was based on the basic physical properties, chemical properties and mechanical properties. This paper tried to find out the desulfurization gypsum whether to look upon as alternative material of gypsum board.After carrying out series of strength test,find suitable ratio to test gypsum board according to the specifications. On other hand, the research was focusing on feasibility of desulfurization gypsum making Calcium Sulfoaluminate (CSA) Cement.The cement’s raw material are gypsum, aluminite,lime. The test product is tested in a series of cement properties such as strength test and setting time test, through the design of calcining ratio.The main results are as follows:
    1. Considering economic efficiency and the practicability of resource regeneration & recycling, the desulfurization gypsum board’s best ratio is (the desulfurization gypsum 50% + gypsum 45% + cement 5%) and (desulfurization gypsum 50% + gypsum 50%).Both meet the requirement of the specification except the unit weight.
    2. Desulfurization gypsum which produced during steel making has a low sulfur content and can only replace part of the lime. It is necessary to add gypsum for calcination correction. The calcination temperature of sulphoaluminate cement needs to be increased to 1350 °C to reduce the production of excessive phase minerals.

    摘要 I (Extended Abstract) II 誌謝 VII 目錄 VIII 表目錄 XII 圖目錄 XIV 第一章 緒論 1 1-1研究動機 1 1-2研究目的 2 1-3研究流程 2 第二章 文獻回顧 4 2-1 石膏 4 2-1-1脫硫石膏 4 2-1-2 石膏 6 2-2脫硫石膏性質 8 2-2-1脫硫石膏化學性質 8 2-2-2脫硫石膏物理性質 15 2-2-3脫硫石膏之應用與限制 17 2-3石膏板 18 2-4水淬爐石粉 20 2-4-1水淬爐石粉簡介 20 2-4-2水淬爐石之物理化學性質 20 2-4-3鹼激發膠結材 23 2-5 飛灰 25 2-5-1飛灰之簡介 25 2-5-2飛灰之資源化利用 26 2-5-3飛灰之化學性質 29 2-5-4飛灰之物理性質 30 2-6硫鋁酸鹽水泥 31 2-6-1水泥原料 32 2-6-2水泥熟料礦物 33 2-6-3鍛燒溫度 36 2-6-4鍛燒配比設計 37 第三章 研究材料與分析方法 39 3-1研究材料來源 39 3-2研究材料物性試驗 43 3-2-1比重試驗 43 3-2-2粒徑分析試驗 44 3-2-3回脹試驗 45 3-3脫硫石膏淨化處理 46 3-3-1脫硫石膏淨化處理 46 3-4脫硫石膏板材混拌配比設計 47 3-5脫硫石膏板材混拌配比設計分析方法 53 3-5-1抗壓試驗 53 3-5-2脫硫石膏試體單位重試驗 56 3-6脫硫石膏板材品質試驗 56 3-6-1熱傳導試驗 56 3-6-2平板抗彎試驗 57 3-6-3重金屬含量及毒性成份試驗(TCLP) 58 3-7硫鋁酸鹽水泥鍛燒配比 59 3-8硫鋁酸鹽水泥試驗 61 3-8-1 X光繞射分析 63 3-8-2抗壓試驗 64 3-8-3凝結時間 66 第四章 研究結果與討論 67 4-1 研究材料物理性質結果 67 4-1-1比重試驗 67 4-1-2粒徑分析試驗 68 4-1-3回脹試驗 71 4-2 脫硫石膏板材配比設計結果 72 4-2-1抗壓試驗 72 4-2-2脫硫石膏單位重試驗 86 4-3脫硫石膏板材品質試驗 87 4-3-1熱傳導試驗 87 4-3-2平板抗彎試驗 87 4-3-3重金屬含量及毒物成分試驗 88 4-4脫硫石膏板材可行性與經濟性分析 89 4-5硫鋁酸鹽水泥鍛燒配比設計結果 91 4-5-1 X光繞射分析結果 91 4-5-2抗壓試驗 95 4-5-3凝結時間 96 第五章 結論與建議 97 參考文獻 99 附錄一 口試委員問答 105

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