淺析脫硫石膏的綜合利用

1、淺析脫硫石膏的綜合利用脫硫石膏得到有效利用是推動(dòng)各電廠脫硫裝置正常運(yùn)行的前提條件。脫硫石膏可作為天然石膏替代品，用作水泥緩凝劑或用于制作石膏制品、改良土壤與路基回填等。從技術(shù)層面考慮，上述綜合利用途徑在國內(nèi)外均有了一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，存在的技術(shù)難點(diǎn)也能得到較好的解決，從而為電廠煙氣脫硫的實(shí)施提供了支持。關(guān)鍵詞  電廠煙氣脫硫 脫硫石膏 綜合利用 一、脫硫石膏的基本性能脫硫石膏外觀特征 1.脫硫石膏的含水率 脫硫石膏含吸附水游離水約918，電廠生產(chǎn)附著水也一直處于變動(dòng)之中甚至高于18，附著水含量受電廠運(yùn)行、燃煤含硫量、石灰石碳酸鈣含量及脫硫設(shè)備等多種因素影響。附著水月平均含量201

2、1年1月2011年2月2011年3月大唐信陽華豫電廠14.8%13.4%9.6%大唐信陽電廠15.8%12.1%10.2%2脫硫石膏顆粒級(jí)配分析石灰石石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，石灰石漿液中的石灰石粒度基本有兩種：250目90通過及325目90通過。因此所產(chǎn)生的脫硫石膏顆粒也是很細(xì)的且比較集中。大都在3060m之間。3脫硫石膏與天然石膏顆粒形狀顯微觀察脫硫石膏電子圖象 天然石膏電子圖象由上圖可以看出，脫硫石膏與天然石膏的晶型有明顯的不同。天然石膏細(xì)粒較多，粗細(xì)顆粒差別明顯，晶型呈板狀，晶體粗大，不規(guī)則；脫硫石膏顆粒比較均齊，晶體成短柱狀，長徑比較小，外觀規(guī)整。2. 脫硫石膏化學(xué)成份整體顆粒成分能譜

3、定性分析主要元素有O、K、Al、Si、S、Ca、Fe、Mg Cl。 雜質(zhì)多含Mg、Al、Na、K、Fe、Si和少量的氯元素。 可溶性雜質(zhì)及其危害: Cl、Na、K等影響與紙的粘結(jié)；Na、K產(chǎn)生析晶使制品出現(xiàn)返霜現(xiàn)象。 K、Na可使制品出現(xiàn)返霜，影響石膏的凝結(jié)性能，因此，超量時(shí)須增設(shè)水洗、分級(jí)、中和等凈化、脫水設(shè)施，對脫硫石膏進(jìn)行凈化處理。不溶性雜質(zhì)及其危害 CaCO3，MgCO3煅燒后產(chǎn)生CaO、MgO，使石膏堿度加大。在不利條件下會(huì)析出鹽類，使制品出現(xiàn)返霜現(xiàn)象，影響產(chǎn)品外觀和粘結(jié)；顆粒較小的Fe和未完全燃燒的煤粉顆粒影響產(chǎn)品的白度和粘結(jié)性能。 原礦帶入的Si將對設(shè)備產(chǎn)生磨損；有機(jī)質(zhì)、粉塵等將

4、使產(chǎn)品呈灰色影響外觀。二、我國脫硫石膏利用現(xiàn)狀可作為建筑石膏（生產(chǎn)紙面石膏板和石膏砌塊）、模具石膏和水泥緩凝劑等建材領(lǐng)域。其中：建筑石膏（可生產(chǎn)紙面石膏板和石膏切塊）項(xiàng)目，對脫硫石膏消耗量大是其優(yōu)勢所在。做紙面石膏板是大量綜合利用脫硫石膏的最佳途徑之一，但其投資金額，技術(shù)含量高。石膏砌塊是新型墻體材料，是國家環(huán)保政策鼓勵(lì)的發(fā)展方向。我國石膏總量的47用于制作石膏墻體，而其它發(fā)達(dá)國家石膏總量的45制作石膏墻體。模具石膏，對電廠產(chǎn)生脫硫石膏的品質(zhì)要求較高，并且，耗用量一般不大，很難形成規(guī)模效應(yīng)。水泥緩凝劑，石膏添加量為水泥總量的35，可消耗大量的脫硫石膏。脫硫石膏的主要成分是CaSO4·

5、2H2O,化學(xué)成分和天然石膏相近似，是二水硫酸鈣，有自身品位高、石膏制成品性能好的優(yōu)點(diǎn)，而且對水泥性能不會(huì)造成不利的影響。脫硫石膏制水泥緩凝劑在國外和國內(nèi)均有先例。該項(xiàng)目具有用量最大，相對投資較小的特點(diǎn)。脫硫石膏經(jīng)我國權(quán)威部門多次化驗(yàn)，證明其品位高、雜質(zhì)少,不含對水泥性能有負(fù)影響的雜質(zhì),適宜替代天然石膏作水泥緩凝劑。與天然石膏相似，脫硫石膏能正常調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時(shí)間,摻入35的脫硫石膏，各品種的水泥凝結(jié)時(shí)間均能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。脫硫石膏中含有CaCO3和少量可溶性鹽,對促進(jìn)水泥強(qiáng)度發(fā)展,激發(fā)混合材活性發(fā)揮是有利的。據(jù)有關(guān)資料顯示，用脫硫石膏作緩凝劑的水泥強(qiáng)度與用天然石膏的水泥相當(dāng),部分品種水泥的

6、強(qiáng)度有一定幅度的提高。同時(shí)，脫硫石膏中天然放射性符合我國建材安全性GB 65662001建筑材料放射性核素限量要求。盡管煙氣脫硫石膏是非常好的石膏原料，但它與天然石膏性能不同之處也有很多，利用它生產(chǎn)建材產(chǎn)品時(shí)，就要把握煙氣脫硫石膏的本質(zhì)特性，對工藝環(huán)節(jié)應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，才能獲得最優(yōu)的產(chǎn)品性能。比如，通過制作成球狀水泥緩凝劑來改變其流動(dòng)性不好的特性，以適應(yīng)水泥行業(yè)使用。三、 脫硫石膏綜合利用的技術(shù)可行性分析1.脫硫石膏綜合利用的基本工藝技術(shù)及優(yōu)點(diǎn)替代天然石膏制備建筑石膏粉用脫硫石膏制備建筑石膏的基本工藝技術(shù)路線為：上料烘干煅燒成品包裝用脫硫石膏替代天然石膏生產(chǎn)各種石膏建材，不僅可以減少天然石膏的消

7、耗量，減少礦山開采帶來的生態(tài)破壞等問題，還可形成脫硫石膏制品的新產(chǎn)業(yè)和新市場。根據(jù)文獻(xiàn)，煙氣脫硫石膏與天然二水石膏的化學(xué)成分、礦物組成基本相似，主要礦物均為二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)。脫硫石膏的二水硫酸鈣含量可達(dá)90%左右(天然石膏為80%左右)，品位較高，用其制作的建筑石膏的性能一般優(yōu)于以天然石膏為原料的產(chǎn)品。與天然石膏相比，脫硫石膏具有純度高、粒度細(xì)、氯離子含量低等優(yōu)點(diǎn)，具體體現(xiàn)為：降低料漿液固比在石膏生產(chǎn)線中，加入一定比例的脫硫石膏可降低料漿液固比，有利于減少干燥機(jī)的蒸發(fā)水量，提高石膏板產(chǎn)量。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，每降低1%的液固比，可降低1%2%的干燥機(jī)能耗。增大料漿流動(dòng)性工

8、藝配方相同的情況下，在天然石膏中添加一定比例的脫硫石膏，可增加料漿的流動(dòng)性，便于去除氣泡，增加石膏板的整體性能和強(qiáng)度，避免邊緣空心板的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品質(zhì)量。降低石膏板的重量添加一定比例的脫硫石膏，可使石膏的平均純度提高，在不影響石膏板質(zhì)量的前提下降低板重和耗材，減少石膏板破損率，降低成本。改善石膏板的質(zhì)量石膏粉的純度、粒度、雜質(zhì)(特別是Cl-的含量)將影響石膏板的機(jī)械強(qiáng)度和干粘合。在天然石膏中添加一定比例的脫硫石膏能提高石膏板的機(jī)械強(qiáng)度、邊緣硬度，增強(qiáng)紙面與石膏芯之間的干粘合，提高紙面石膏板的可加工性能及美觀性能。革除破碎、球磨工序，減少對設(shè)備的磨損脫硫石膏本身是粉末，無需破碎和錘磨，因此可減少

9、設(shè)備磨損，延長設(shè)備壽命，降低維修費(fèi)用和能耗。(2)用作水泥緩凝劑研究表明，原狀濕式脫硫石膏自然干燥或在140以下預(yù)烘干的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)揮，水泥強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間及安定性等指標(biāo)均達(dá)到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。從信陽金龍水泥廠、信陽天瑞水泥廠、駐馬店豫南同力水泥廠等應(yīng)用實(shí)踐來看，水泥廠一般采用塊狀天然石膏作緩凝劑，其生產(chǎn)設(shè)備是為適應(yīng)塊狀物料而設(shè)計(jì)的，因此使用脫硫石膏的水泥生產(chǎn)線需增加儲(chǔ)存?zhèn)}、帶皮帶秤(計(jì)量設(shè)備)的堆棚、配料庫及喂料機(jī)等設(shè)備，并對投料口處的設(shè)備進(jìn)行一定改造，或者使用造粒脫硫石膏，但可省去破碎工藝。此外不需其他工藝改變，因此從工藝技術(shù)角度而言不存在問題。在水泥行業(yè)使

10、用脫硫石膏的優(yōu)點(diǎn)在于：純度(CaSO4·2H2O)高，二水硫酸鈣的含量可調(diào)節(jié)，與天然石膏相比雜質(zhì)少、品質(zhì)高；經(jīng)試驗(yàn)，脫硫石膏的微觀結(jié)構(gòu)使其需水少、水分蒸發(fā)后形成孔洞少，力學(xué)上有優(yōu)勢，且含氯離子等有腐蝕性雜質(zhì)少，從而可提高鋼筋混凝土的強(qiáng)度和耐久性；脫硫石膏是電廠三廢產(chǎn)品之一，成本比天然石膏低，并符合國家環(huán)保政策。(3)用作肥料、改良土壤石膏能明顯降低土壤pH值，所含的鈣離子(Ca2+)可以置換土壤中的可代換性鈉(Na+)，從而達(dá)到改良?jí)A土的作用。煙氣脫硫石膏的主要成分是二水硫酸鈣，并含有豐富的S、Ca、Si等植物必需或有益的礦物質(zhì)營養(yǎng)素，其中的鈣化合物有利于植物生長，Ca2+能加速鹽堿

11、土中的Na+釋放，并對土壤起中和、疏松等調(diào)節(jié)作用。因此將脫硫石膏作為肥料以一定比例施加到灘涂中，可以改良灘涂，提高灘涂土壤肥力。這在技術(shù)上沒有很大問題，因而具有廣泛的農(nóng)業(yè)應(yīng)用前景。已有的研究結(jié)果表明，脫硫副產(chǎn)物用于土壤改良還有以下優(yōu)勢：(1) 易于利用，脫硫副產(chǎn)物中CaSO42H2O的含量在80%90%之間，顆粒粒度在1m100m之間，只要稍加處理就能直接施用；(2)調(diào)節(jié)土壤pH值，改善陽離子交換容量；(3)提供有益的微量元素，解決日益嚴(yán)重的土壤缺硫問題； (4)提高根瘤狀物質(zhì)的生長，促進(jìn)氨轉(zhuǎn)化物增加。(5)用于礦井、路基回填等膠結(jié)充填采礦法是一種經(jīng)營費(fèi)用較高的采礦工藝，其充填成本約

12、占采礦成本的1/3左右，充填成本中充填膠凝材料水泥占80%以上，昂貴的交接充填成本制約了膠結(jié)充填采礦法的應(yīng)用和發(fā)展。將脫硫石膏、火電廠廢棄物、尾砂、棒磨砂按一定比例混合后，可得到與普通硅酸鹽水泥礦物組成相似的膠結(jié)材料。脫硫石膏水化過程中，會(huì)生成大量溶解度低、以膠體微粒析出的硅酸鈣凝膠水化產(chǎn)物。氧化鈣含量高、發(fā)熱量低的脫硫石膏代替水泥，可降低水泥的水化熱和充填體的絕熱溫升，還可推遲水化熱峰值出現(xiàn)的時(shí)間，從而防止溫度裂縫的產(chǎn)生，提高膠結(jié)料的強(qiáng)度。四、脫硫石膏綜合利用的技術(shù)難點(diǎn)由于脫硫石膏本身的特性，在將其應(yīng)用于建材行業(yè)時(shí)存在一定的困難，需要采取一些特殊處理方式。主要原因如下：1.脫硫石膏有一定的含

13、水量脫硫石膏含水率一般在10%20%，粘性強(qiáng)，因此在裝載、提升、輸送的過程中極易粘附在設(shè)備上，造成積料、堵塞，影響生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行；同時(shí)，含水率高的特點(diǎn)也使其在煅燒設(shè)備及工藝的選擇上，需考慮干燥與煅燒兩方面。2.脫硫石膏顆粒級(jí)配不合理天然石膏經(jīng)過粉碎后，細(xì)度一般在140m左右，而脫硫石膏粒徑一般為30m60m，顆粒過細(xì)帶來流動(dòng)性和觸變性的問題，需要在工藝中進(jìn)行特殊處理以改善晶體結(jié)構(gòu)。這也使脫硫石膏煅燒難于天然石膏，對煅燒工藝參數(shù)的控制水平要求較高。脫硫石膏顆粒比表面積是粉磨后天然石膏的40%60%，顆粒級(jí)配不好。在煅燒后，其顆粒分布特征沒有改變，導(dǎo)致石膏粉加水后的流變性差，顆粒離析、分層現(xiàn)象

14、嚴(yán)重；直接用脫硫石膏粉生產(chǎn)的粉刷石膏飽水性差，生產(chǎn)的石膏制品容重較大、強(qiáng)度不均勻。故脫硫石膏粉應(yīng)經(jīng)過粉磨增加顆粒比表面積后，再用于石膏產(chǎn)品的加工生產(chǎn)。五、解決上述問題的技術(shù)方法脫硫石膏生產(chǎn)線的成功和先進(jìn)性，關(guān)鍵在于石膏的烘干和煅燒工藝裝備技術(shù)。脫硫石膏的烘干可使用閃蒸式的氣流烘干工藝、快速轉(zhuǎn)動(dòng)的雙軸槳葉式干燥機(jī)、沸騰爐裝置、錘式干燥機(jī)、管束干燥等。對于含水量在10%左右、粒度很細(xì)的脫硫石膏，選用閃蒸式的熱氣流直接烘干石膏的效果較好。脫硫石膏煅燒設(shè)備是生產(chǎn)線上的核心設(shè)備，一般有間接換熱多管式回轉(zhuǎn)窯、連續(xù)炒鍋、沸騰爐、氣流煅燒裝置等。就建筑石膏的質(zhì)量而言，采用間接換熱多管式回轉(zhuǎn)窯和沸騰爐煅燒石膏較

15、為理想。1.氣流干燥、連續(xù)炒鍋生產(chǎn)-半水石膏脫硫石膏在氣流干燥管內(nèi)進(jìn)行干燥（干燥至水分<2%），干燥后直接進(jìn)入連續(xù)炒鍋內(nèi)進(jìn)行炒制。連續(xù)炒鍋在我國應(yīng)用較多，其投資較少，可完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但占地面積大，能耗較高，對溫度控制要求嚴(yán)格，粉塵較難回收。2.回轉(zhuǎn)窯煅燒-半水石膏回轉(zhuǎn)窯是生產(chǎn)熟石膏的主要煅燒設(shè)備之一。利用直接加熱式回轉(zhuǎn)窯可直接煅燒脫硫石膏，煅燒前不必進(jìn)行預(yù)干燥處理，但窯體需有一定長度的干燥帶，存在收塵和排潮較困難、煅燒不均勻、品種單一、不易調(diào)整等缺陷，國內(nèi)應(yīng)用不多。3.氣流干燥、煅燒一體化生產(chǎn)-半水石膏氣流煅燒磨集干燥、粉磨、煅燒工藝為一體，在德國稱風(fēng)掃磨，是德國沙士基打公司的產(chǎn)品。石

16、膏顆粒在粉磨的同時(shí)與熱氣流作用，脫水后被熱風(fēng)吹至旋風(fēng)分離器，沉降冷卻后即為建筑石膏粉。該煅燒工藝適宜脫硫石膏這種粉狀物料的處理，但設(shè)備及技術(shù)需從國外引進(jìn)，投資較大。北京國華電廠于2001年引進(jìn)該技術(shù)建成了機(jī)械化作業(yè)的使用脫硫石膏的石膏砌塊生產(chǎn)線。4.沸騰爐煅燒生產(chǎn)-半水石膏沸騰爐是應(yīng)用固體流態(tài)化機(jī)理完成石膏煅燒的一種工藝，以蒸汽或載熱油為加熱介質(zhì)。該設(shè)備為我國獨(dú)創(chuàng)，已獲得國家專利。該工藝的物料實(shí)現(xiàn)了流態(tài)化，無需機(jī)械攪拌裝置，可降低設(shè)備維修率。其設(shè)備投資比同類進(jìn)口設(shè)備低，能耗和電耗比傳統(tǒng)的煅燒設(shè)備少，熱源采用1MPa2MPa的飽和蒸汽或溫度為250260的導(dǎo)熱油。5.RFC流化床多功能焙燒爐煅燒

17、生產(chǎn)-半水石膏澳大利亞RBS速成建筑系統(tǒng)有限公司開發(fā)的RFC流化床多功能焙燒爐應(yīng)用固體流態(tài)化機(jī)理，集石膏干燥和煅燒為一體，可直接焙燒帶有游離水的脫硫石膏，無需配置精確的喂料計(jì)量設(shè)備；爐體占地面積小，可露天操作；加工原料的粒徑范圍寬，最大粒徑12mm，最小粒徑<100m；溫度控制精度可達(dá)到1，料層溫度梯度小，確保了焙燒參數(shù)的實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)穩(wěn)定。目前，該設(shè)備在國內(nèi)還沒有實(shí)際應(yīng)用，其技術(shù)和設(shè)備需從國外引進(jìn)。六、雜質(zhì)的影響 脫硫石膏含有很多雜質(zhì)，這些雜質(zhì)來源于石灰石和粉煤灰，可溶性雜質(zhì)會(huì)影響石膏制品的質(zhì)量。 脫硫石膏的質(zhì)量越好，對下游產(chǎn)品的質(zhì)量越有保證，建材部門起草編寫了脫硫石膏的標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿序號(hào)項(xiàng)目指標(biāo)一級(jí)A二級(jí)B1附著水含量濕基10102二水硫酸鈣CaSO4·2H2O干基95903半水亞硫酸鈣CaSO3·1/2H2O0.50.54水溶性鎂鹽MgO0.100.105水溶性鈉鹽Na2O0.60.66PH5-95-97氯離子Cl_0.010.028氣味無異味1.粉煤灰的影響若脫硫石膏含有較多粉煤灰，當(dāng)作紙面石膏時(shí)，會(huì)影響石膏與護(hù)面紙的粘接，易分離；當(dāng)作粉刷石膏時(shí)，墻面會(huì)出現(xiàn)