煙氣脫硫石膏及其應(yīng)用

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煙氣脫硫石膏及其應(yīng)用

一、概述

　　隨著環(huán)保意識(shí)的增加，我國(guó)對(duì)電廠燃煤煙氣中二氧化硫的排放控制越來(lái)越緊，電廠脫硫勢(shì)在必行。

　　我國(guó)煙氣脫硫石膏產(chǎn)生的時(shí)間較短，對(duì)其應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)普遍認(rèn)識(shí)不足，對(duì)脫硫石膏的性能，處理加工設(shè)備和加工工藝還沒(méi)有詳細(xì)的、系統(tǒng)的，科學(xué)的基礎(chǔ)性研究，從目前脫硫石膏的處理工藝和設(shè)備并不完全與天然石膏相同，如在物料輸送，粉塵處理，煅燒工藝等：就物性方面脫硫石膏與天然石膏也有不同之處，如脫硫石膏純度高，游離水大，粒度細(xì)；顆粒大小粒徑分布均勻，級(jí)配較差，標(biāo)稠用水量大，含水溶性鹽較多；還值得注意的是脫硫石膏與天然石膏二者來(lái)源不同，脫硫石膏中以未反應(yīng)的碳酸鈣為主要雜質(zhì)及未被完全氧化的亞硫酸鈣存在、雜質(zhì)狀態(tài)相差較大，另在脫硫生產(chǎn)工藝中技術(shù)處理的不同，石灰石原料成份的不同，加工石灰石細(xì)度的不同等都會(huì)影響脫硫石膏的品質(zhì)，所以脫硫石膏在應(yīng)用加工時(shí)一定要結(jié)合具體實(shí)際，采用科學(xué)手段進(jìn)行深入的研究。

　　經(jīng)過(guò)多種可行方案進(jìn)行試驗(yàn)，脫硫石膏在建材行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，通過(guò)不同手段進(jìn)行處理，基本上能代替絕大部分用天然石膏生產(chǎn)的建材制品。

二、脫硫石膏的利用

　　國(guó)內(nèi)脫硫石膏的綜合處理和應(yīng)用已起步，利用前景蘊(yùn)藏著巨大的市場(chǎng)機(jī)遇，特別是那些天然石膏缺乏而脫硫石膏資源豐富的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，經(jīng)應(yīng)用實(shí)踐證明脫硫石膏是一種品位較高的寶貴資源，它可適合于不同用途的石膏建材制品的生產(chǎn)。

　　脫硫石膏與天然石膏有一定的區(qū)別，但從根本上講，由于它們的主要成份相同，并且脫硫石膏的主要成份---含量高，故處理后的脫硫石膏是一種比天然石膏還要好的膠凝材料。

⒈ 脫硫石膏通過(guò)真空帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，脫水（真空帶式過(guò)濾機(jī)）處理成為熟石膏，熟石膏按制品可分：澆注石膏，灰泥石膏，陶瓷工業(yè)用石膏，鑄造工業(yè)用石膏，牙料用石膏，骨科繃帶醫(yī)用石膏，煤礦防火加強(qiáng)巷壁用石膏，土壤改良用石膏等等，用量最大的是建筑用熟石膏（建筑石膏），筆者認(rèn)為對(duì)建筑脫硫石膏的脫水（真空帶式過(guò)濾機(jī)）溫度（料溫）應(yīng)在125℃-145℃為好；煅燒設(shè)備和工藝不一樣，煅燒溫度也要有不同的變化，從相組成看，熟石膏中可溶性無(wú)水石膏含量應(yīng)較高一點(diǎn)為好，因熟石膏中可溶性無(wú)水石膏親水性極強(qiáng)，接觸潮濕空氣后，很容易轉(zhuǎn)化為半水石膏，在實(shí)際生產(chǎn)中，熟石膏需要輸送和儲(chǔ)存，不可能和空氣隔絕，熟石膏中的可溶性無(wú)水石膏吸收空氣中的水份后，會(huì)逐漸向半水石膏轉(zhuǎn)化，通過(guò)轉(zhuǎn)化效應(yīng)增加熟石膏粉中半水石膏的含量，使其相變過(guò)程趨于穩(wěn)定，可改善熟石膏的物理力學(xué)性能，能夠滿足用于石膏制品生產(chǎn)的質(zhì)量要求具有重要意義。熟石膏陳化過(guò)程的長(zhǎng)短，陳化效果的好壞，與所選的陳化方法、堆積形式，環(huán)境濕度等都有直接關(guān)系，在脫硫石膏的煅燒工藝中要特別注意這一效應(yīng)，

⒉ 脫硫石膏也可制做高強(qiáng)石膏，它是將脫硫石膏制成濃度適宜的石膏漿體，加入一定量的轉(zhuǎn)晶劑，在攪拌加壓的條件下，石膏漿體的處理溫度，時(shí)間及壓力控制在一定范圍內(nèi)生成柱狀石膏晶體，然后經(jīng)脫水（真空帶式過(guò)濾機(jī)），干燥制得高強(qiáng)熟石膏，在生產(chǎn)中轉(zhuǎn)晶劑的種類(lèi)及加入量，漿體的熱處理溫度及時(shí)間和壓力，料漿濃度等都是決定產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，

⒊ 脫硫熟石膏和粉煤灰或脫硫熟石膏和礦渣，脫硫熟石膏和粉煤灰加礦渣為主要原料，并摻入激發(fā)劑制成的新型膠結(jié)料，這種膠結(jié)料在前蘇聯(lián)的資料中有大量介紹，這可使脫硫石膏拓寬使用范圍，得到更廣泛的利用，并能使熟石膏的耐水性與強(qiáng)度方面都有明顯改善，近兩年來(lái)筆者利用太原一電廠生產(chǎn)的建筑用脫硫石膏和一級(jí)粉煤灰，太原德龍公司生產(chǎn)的礦渣磨細(xì)粉與本研究所研發(fā)的增強(qiáng)激發(fā)劑G、試驗(yàn)結(jié)果是在大量利用脫硫石膏與粉煤灰或滲加礦渣磨細(xì)粉時(shí)，可在保持石膏制品基本性能的基礎(chǔ)上，大幅度提高粉煤灰和礦渣磨細(xì)粉在激發(fā)劑作用下生成的水硬性水化產(chǎn)物、改善了膠結(jié)料的耐水性與強(qiáng)度。石膏仍是膠結(jié)料中發(fā)揮強(qiáng)度的主體，粉煤灰及礦渣磨細(xì)粉的水化反應(yīng)是在石膏硬化體中進(jìn)行。這樣提高后期強(qiáng)度，密實(shí)度增大，吸水率下降，抗凍性改善使膠結(jié)材料硬化體中即有氣硬性水化產(chǎn)物又有水硬性水化產(chǎn)物，該硬化體干縮小，體積穩(wěn)定性好，確是一條即節(jié)能又同時(shí)利用兩種工業(yè)廢渣生產(chǎn)建筑材料的工藝途徑。

⒋ 利用脫硫石膏配制的粉刷石膏，強(qiáng)度高，和易性好，成本低，特別是利用脫硫石膏和粉煤灰混合型粉刷石膏，后期強(qiáng)度均好于單一石膏的產(chǎn)品，其耐水性明顯提高，筆者利用太原一電廠生產(chǎn)的脫硫石膏和一級(jí)粉煤灰，添加了金龍鳳石膏專用緩凝劑，保水劑、膠粘劑，表面活性劑所生產(chǎn)的粉刷石膏，其產(chǎn)品質(zhì)量均優(yōu)于 JC/T517-2003粉刷石膏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已在石家莊、保定、洛陽(yáng)、天津，北京，唐山，太原等地推廣使用；用脫硫石膏配制粉刷石膏時(shí)要注意：

①由于脫硫石膏顆粒細(xì)小，加水量大，易產(chǎn)生離析泌水現(xiàn)象。

②由于脫硫石膏中的水分在料漿中遷移容易，上墻后水分易被墻體吸收，影響粉刷石膏層正常水化。

③所有工業(yè)副產(chǎn)石膏的粘結(jié)強(qiáng)度均差于天然石膏，故與基層的粘結(jié)效果較差。

④因脫硫石膏細(xì)度大，在生產(chǎn)配制粉刷石膏時(shí)粉塵飛揚(yáng)比天然石膏大，真空帶式過(guò)濾機(jī)也相應(yīng)要有所改善。

　　為此我們?cè)谂渲品鬯⑹鄷r(shí)要采用石膏專用減水緩凝劑降低拌合物用水量，同時(shí)摻入有利于保水性能的無(wú)機(jī)和有機(jī)材料，提高粉刷石膏料漿保水性能，另需增加有利于改善粘結(jié)性的膠凝材料來(lái)提高其粘結(jié)強(qiáng)度。粉刷石膏在生產(chǎn)過(guò)程中，要特別注意所有材料必需攪拌均勻，不要忽視真空帶式過(guò)濾機(jī)死角物料的排放，直接應(yīng)響到粉刷石膏產(chǎn)品質(zhì)量。

⒌ 用脫硫石膏生產(chǎn)石膏砌塊和石膏條板、設(shè)備和生產(chǎn)工藝與天然石膏相同，因脫硫熟石膏顆粒細(xì)、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大，堆集密度重，凝結(jié)時(shí)間快，強(qiáng)度高，筆者建議在生產(chǎn)石膏砌塊時(shí)、要在確保脫硫石膏流動(dòng)度的情況下，盡量減少用水量（也可添加減水劑來(lái)解決），這樣可更好地提高石膏砌塊的自身強(qiáng)度，同時(shí)也可添加少量發(fā)泡劑或填加其它輕質(zhì)無(wú)機(jī)材料來(lái)減輕石膏砌塊重量，另還可消少石膏砌塊因其它原因造成的內(nèi)部應(yīng)力。在脫硫熟石膏中加入適量的粉煤灰，礦渣磨細(xì)粉，石灰等，可使在保證石膏膠結(jié)材料早強(qiáng)快硬的基礎(chǔ)上，促使粉煤灰、礦渣水化。產(chǎn)生水硬性水化硬化體、耐水性能得到明顯改善，提高其軟化系數(shù)。另還可考慮添加適量其它無(wú)機(jī)材料，改善脫硫石膏的顆粒級(jí)配，使石膏砌塊成形晶體結(jié)構(gòu)有所改善，增加收縮穩(wěn)定性。關(guān)于空心與實(shí)心砌塊的問(wèn)題，我們認(rèn)為宜實(shí)心與空心并存，優(yōu)先發(fā)展實(shí)心砌塊，其理由是：能提高隔音性、吊掛及釘釘子方便（尤其是衛(wèi)生間，廚房的防潮砌塊）便于砌塊的機(jī)械成型、與國(guó)外主要發(fā)展實(shí)心砌塊相銜接。關(guān)于砌塊與條板，筆者認(rèn)為宜優(yōu)先發(fā)展砌塊，其理由是：砌塊對(duì)建筑物層高變化適應(yīng)性較好；四周有榫槽砌筑墻體后整體性好，無(wú)拼接通縫，而條板通縫要認(rèn)真處理；砌塊便于搬運(yùn)及安裝，破損率低，可以發(fā)展實(shí)心砌塊，而實(shí)心條板則單塊重量過(guò)大；砌塊無(wú)需增強(qiáng)玻纖布，可方便地對(duì)石膏材料實(shí)施改性，并省掉玻纖增強(qiáng)材料費(fèi)用。

⒍ 脫硫石膏用于水泥緩凝劑，這種產(chǎn)品附加值不高，利潤(rùn)也不可觀，但卻不失為大規(guī)模處理脫硫石膏的主要途徑之一。在水泥生產(chǎn)中，為了調(diào)節(jié)和控制水泥的凝結(jié)時(shí)間，一般需摻入石膏作為緩凝劑。石膏還可促進(jìn)水泥中硅酸三鈣和硅酸二鈣礦物的水化，從而提高水泥的早期強(qiáng)度以及平衡各齡期強(qiáng)度。根據(jù)在日本應(yīng)用情況來(lái)看，現(xiàn)已證明了脫硫石膏用于水泥輔料，在純度、粒度、微量成分等性能上完全沒(méi)有問(wèn)題，在水泥行業(yè)中代替天然石膏完全具有可行牲，脫硫石膏能夠正常調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，水泥性能正常發(fā)展，水泥強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間等指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

⒎ 脫硫石膏用于鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，美國(guó)9·11事件后，鋼結(jié)構(gòu)防火成為人們重視和研究的問(wèn)題，鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是耐火性能差，在火災(zāi)中強(qiáng)度迅速下降（耐火極限為 0.25h左右）、因此對(duì)鋼結(jié)構(gòu)必須采取有效的防火措施，利用脫硫石膏制做的鋼結(jié)構(gòu)厚層型防火涂料,一般由保溫隔熱材料和石膏做為填料與多種外加劑配制而成，其絕熱性能.環(huán)保性能.粘結(jié)性,抗裂性均很好,脫硫石膏可使涂料的阻燃性能更佳,施工性能更好,這是由脫硫石膏的特殊物理和化學(xué)性能決定的。

⒏ 脫硫石膏在內(nèi)墻膩?zhàn)又械膽?yīng)用,內(nèi)墻膩?zhàn)邮褂昧６刃∮?5nm,比表面積大于1000㎡/㎏的脫硫石膏,加入保水劑,膠粘劑等添加劑.配制而成，配制石膏膩?zhàn)右⒁鈳c(diǎn)事項(xiàng)，即：

① 適當(dāng)?shù)哪Y(jié)時(shí)間。

②優(yōu)良的保水性。

③細(xì)度

④有較高的粘結(jié)強(qiáng)度和硬度。

⑤使用方便。

9．脫硫石膏在紙面石膏板中的應(yīng)用：紙面石膏板是國(guó)內(nèi)外主要建材產(chǎn)品，也是最好的石膏建材產(chǎn)品，脫硫石膏有純度高，粒度細(xì)，氯離子含量低等優(yōu)點(diǎn)，在紙面石膏板的應(yīng)用中

⑴增大料漿動(dòng)性，使紙面石膏板整體性能和強(qiáng)度增加，避免邊緣空心的產(chǎn)生，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量很有利。

⑵降低紙面石膏板的重量，下降成本。

⑶改善石膏板的質(zhì)量，在天然石膏中添加一定比例的脫硫石膏，會(huì)提高紙面板的強(qiáng)度和硬度。

日本、德國(guó)已有多年利用脫硫石膏生產(chǎn)紙面石膏板的大型生產(chǎn)線。由于利用價(jià)廉的脫硫石膏使其生產(chǎn)成本較以天然石膏為原料明顯降低。脫硫建筑石膏強(qiáng)度高是其優(yōu)點(diǎn)，但與面紙的粘結(jié)較差，對(duì)現(xiàn)有工藝參數(shù)的適應(yīng)性不如天然建筑石膏，目前采取各50%摻量使用方式生產(chǎn)，探討脫硫建筑石膏與天然建筑石膏紙面石膏板生產(chǎn)的差異、原因及解決途徑是新課題，解決這一課題即可全部采用脫硫石膏為原料生產(chǎn)紙面石膏板。

10．在礦山充填材料的應(yīng)用；膠結(jié)充填采礦法是一種經(jīng)營(yíng)費(fèi)用較高的采礦工藝，其充填成本占采礦成本的1/3左右，而充填成本中充填膠凝材料水泥占80% 以上，昂貴的膠結(jié)充填成本，嚴(yán)重地制約了膠結(jié)充填采礦法的應(yīng)用和發(fā)展。研制新的膠凝材料，在不降低充填體強(qiáng)度的情況下，替代部分或全部水泥，是充填技術(shù)的主攻方向。能促進(jìn)礦山膠結(jié)充填采礦工藝的發(fā)展，節(jié)約礦山充填成本，由于在煙氣脫硫時(shí)加入一定量的阻垢劑，使脫硫石膏中不僅含有聚合物，而且含有一定量的表面活性劑，聚合物不但可以填充界面空隙，使界面過(guò)渡區(qū)密實(shí)，還可增強(qiáng)石膏與骨料之間的粘結(jié)，表面活性劑有使空氣在水中乳化的能力，提高膠結(jié)充填體的均質(zhì)性，從而提高充填體的質(zhì)量滿足充填材料性能。

11．在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

① 用于肥料，鈣是作物需要量?jī)H次于硫的第5種營(yíng)養(yǎng)元素，它可以增強(qiáng)作物對(duì)病蟲(chóng)害的抵抗能力，使作物莖葉粗壯、籽粒飽滿。如花生需鈣量?jī)H次于鉀，增施鈣肥可以顯著提高花生的產(chǎn)量與品質(zhì)。利用脫硫石膏中的鈣離子，可以降低土壤堿性，消除碳酸鹽對(duì)作物的毒害，同時(shí)鈣離子可替代土壤膠體上的鈉離子，補(bǔ)充活性鈣，增強(qiáng)土壤的抗堿能力

②改良土壤。脫硫石膏的加入可以使代換性鈉含量降低，那是由于石膏中的Ca2+和Mg2+置換了土壤代換性鈉，同時(shí)土壤強(qiáng)堿狀況也隨之改變，從而為作物的正常生長(zhǎng)提供比較好的土壤環(huán)境。經(jīng)印度科學(xué)家試驗(yàn)研究，在堿土中加入0.5%~1.0%的脫硫石膏,不僅使堿土中的小麥正常生長(zhǎng),而且增產(chǎn)增收;在不毛之地重鹽堿土壤播種玉米,加入0.5%---1.0%的脫硫石膏后玉米長(zhǎng)勢(shì)喜人。

三、前景和建議

　　根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家脫硫石膏的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，隨著新材料的發(fā)展和人們對(duì)石膏環(huán)保性能的認(rèn)識(shí)，近年來(lái)石膏建材發(fā)展得很快，如紙面石膏板，粉刷石膏，石膏砌塊都有增長(zhǎng)迅速之勢(shì)。另地面自流平石膏，石膏刮墻膩?zhàn)?，石膏防水板，纖維增強(qiáng)石膏板陶模鑄造石膏都將有很快的發(fā)展之勢(shì)。如有相關(guān)政策支持，脫硫石膏的產(chǎn)生將促進(jìn)我國(guó)石膏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，因?yàn)槊摿蚴嗍且环N工業(yè)付產(chǎn)的石膏資源，而它又可代替天然石膏使用，價(jià)格較低，可以效降低石膏產(chǎn)品的成本，提高它們?cè)谑袌?chǎng)中與同類(lèi)產(chǎn)品的竟?fàn)幜褪袌?chǎng)占有率，又因脫硫石膏的生產(chǎn)將改變天然石膏資源分布不均的格局，在很大程度上調(diào)整和均衡了石膏資源的分布，使石膏產(chǎn)品在大范圍內(nèi)得到整體平衡的發(fā)展。另脫硫石膏能和粉煤灰這兩大固體廢棄物一并綜合利用，逐步達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，將產(chǎn)生電廠效益，環(huán)境效益，社會(huì)效益的統(tǒng)一，是非常符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。

　　目前，脫硫石膏還未被廣泛應(yīng)用，一方面是由我國(guó)天然石膏資源豐富，在一定程度上對(duì)脫硫石膏綜合利用形成了障礙，另一方面，國(guó)內(nèi)脫硫石膏綜合利用技術(shù)還未成熟，也阻礙了脫硫石膏綜合使用的推廣，所以我們要分析脫硫石膏開(kāi)發(fā)應(yīng)用地區(qū)的石膏產(chǎn)品市場(chǎng)，研究開(kāi)發(fā)適銷(xiāo)對(duì)路的產(chǎn)品，是我們首先需要考慮并解決的問(wèn)題，再一些引進(jìn)國(guó)外脫硫石膏應(yīng)用技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，消化、吸收、改進(jìn)，開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的本土化有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)具有我國(guó)特色的脫硫石膏應(yīng)用技術(shù)系列，開(kāi)拓石膏應(yīng)用新領(lǐng)域，需要通過(guò)大量有說(shuō)服力的技術(shù)文件來(lái)增強(qiáng)市場(chǎng)觀念和意識(shí)，從政策制度法律法規(guī)角度保護(hù)天然石膏資源，同時(shí)也支持和保障了脫硫石膏資源化利用。各電廠都要選擇"多、快、好、省"的項(xiàng)目，即，石膏產(chǎn)品用量多、項(xiàng)目建設(shè)速度快，產(chǎn)品性能質(zhì)量和應(yīng)用市場(chǎng)好，項(xiàng)目投資省的可行性方案。

煙氣脫硫石膏綜合利在國(guó)內(nèi)才起步，在實(shí)踏應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的新問(wèn)題，在生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)上不能完全照搬天然石膏的處理方法，而是需要針對(duì)脫硫石膏本身特性投入一定的精力研究開(kāi)發(fā)出新的，適合實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)的新方法，新工藝和新設(shè)備，從而發(fā)展和確定脫硫石膏綜合利用的，系統(tǒng)的，現(xiàn)實(shí)的解決方案。