淺析脫硫石膏的綜合利用

本文格式為Word版，下載可任意編輯——淺析脫硫石膏的綜合利用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。脫硫石膏可作為自然石膏替代品，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9－18％，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。

XX信陽華豫電廠XX信陽電廠2023年1月14.8%15.8%月13.4%12.1%附著水月平均含量2023年2月9.6%10.2%2023年3〔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30－60μm之間。

〔3〕脫硫石膏與自然石膏顆粒形狀顯微觀測

脫硫石膏電子圖象自然石膏電子圖象由上圖可以看出，脫硫石膏與自然石膏的晶型有明顯的不同。自然石膏細(xì)粒較多，粗細(xì)顆粒區(qū)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

整體顆粒成分能譜定性分析主要元素有O、K、Al、Si、S、Ca、Fe、MgCl。

雜質(zhì)多含Mg、Al、Na、K、Fe、Si和少量的氯元素?？扇苄噪s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(duì)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(duì)設(shè)備產(chǎn)生磨損；有機(jī)質(zhì)、粉塵等將使產(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(duì)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正確途徑之一，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)保政策勉勵(lì)的發(fā)展方向。我國石膏總量的4～7％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(duì)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3～5％，可消耗大量的脫硫石膏。脫硫石膏的主要成分是CaSO4·2H2O,化學(xué)成分和自然石膏相近似，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(duì)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(duì)投資較小的特點(diǎn)。

脫硫石膏經(jīng)我國權(quán)威部門屢屢化驗(yàn)，證明其品位高、雜質(zhì)少,不含對(duì)水泥性能有負(fù)影響的雜質(zhì),適合替代自然石膏作水泥緩凝劑。與自然石膏相像，脫硫石膏能正常調(diào)理水泥凝結(jié)時(shí)間,摻入3％～5％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(duì)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)度與用自然石膏的水泥相當(dāng),部分品種水泥的強(qiáng)度有一定幅度的提高。同時(shí)，脫硫石膏中自然放射性符合我國建材安全性GB6566－2023《建筑材料放射性核素限量》要求。

盡管煙氣脫硫石膏是十分好的石膏原料，但它與自然石膏性能不同之處也有好多，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(duì)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。譬如，通過制作成球狀水泥緩凝劑來改變其滾動(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)替代自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

用脫硫石膏替代自然石膏生產(chǎn)各種石膏建材，不僅可以減少自然石膏的消耗量，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)，煙氣脫硫石膏與自然二水石膏的化學(xué)成分、礦物組成基本相像，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(自然石膏為80%左右)，品位較高，用其制作的建筑石膏的性能一般優(yōu)于以自然石膏為原料的產(chǎn)品。與自然石膏相比，脫硫石膏具有純度高、粒度細(xì)、氯離子含量低等優(yōu)點(diǎn)，具體表達(dá)為：

①降低料漿液固比

在石膏生產(chǎn)線中，參與一定比例的脫硫石膏可降低料漿液固比，有利于減少枯燥機(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%的枯燥機(jī)能耗。

②增大料漿滾動(dòng)性

工藝配方一致的狀況下，在自然石膏中添加一定比例的脫硫石膏，可增加料漿的滾動(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。

③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。

④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。在自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，加強(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。

⑤革除破碎、球磨工序，減少對(duì)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

研究說明，原狀濕式脫硫石膏自然枯燥或在140℃以下預(yù)烘干的脫硫石膏能夠正常調(diào)理水泥的凝結(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自然石膏作緩凝劑，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(duì)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)使用脫硫石膏的優(yōu)點(diǎn)在于：

①純度(CaSO4·2H2O)高，二水硫酸鈣的含量可調(diào)理，與自然石膏相比雜質(zhì)少、品質(zhì)高；

②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；

③脫硫石膏是電廠三廢產(chǎn)品之一，成本比自然石膏低，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+能加速鹽堿土中的Na+釋放，并對(duì)

土壤起中和、疏松等調(diào)理作用。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)果說明，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CaSO4?2H2O的含量在80%~90%之間，顆粒粒度在1μm~100μm之間，只要稍加處理就能直接施用；

(2)調(diào)理土壤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像的膠結(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，需要采取一些特別處理方式。主要原因如下：

1.脫硫石膏有一定的含水量

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，需考慮枯燥與煅燒兩方面。

2.脫硫石膏顆粒級(jí)配不合理

自然石膏經(jīng)過粉碎后，細(xì)度一般在140μm左右，而脫硫石膏粒徑一般為30μm~60μm，顆粒過細(xì)帶來滾動(dòng)性和觸變性的問題，需要在工藝中進(jìn)行特別處理以改善晶體結(jié)構(gòu)。這也使脫硫石膏煅燒難于自然石膏，對(duì)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自然石膏的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)的雙軸槳葉式枯燥機(jī)、沸騰爐裝置、錘式枯燥機(jī)、管束枯燥等。對(duì)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為理想。

1.氣流枯燥、連續(xù)炒鍋生產(chǎn)β-半水石膏

脫硫石膏在氣流枯燥管內(nèi)進(jìn)行枯燥（枯燥至水分風(fēng)掃磨，是德國沙士基打公司的產(chǎn)品。石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)分開器，沉降冷卻后即為建筑石膏粉。該煅燒工藝適合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2023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)β-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