脫硫石膏的資源化利用現(xiàn)狀與分析

脫硫石膏的資源化利用與分析劉紅巖2，施惠生1，2，單衛(wèi)良2，3（1.同濟大學(xué)先進(jìn)土木工程材料教育部重點實驗室上海200092；2.同濟大學(xué)環(huán)境材料研究所上海200092；3.上海寶鋼生產(chǎn)協(xié)力公司，上海201900）ShanghaiBaosteelCooperativeProductionCorporation摘要：本文介紹了煙氣脫硫石膏的性能，主要闡述了脫硫石膏的資源化利用現(xiàn)狀；初步分析了我國綜合利用脫硫石膏的前景和存在的問題，并且相應(yīng)地提出了一些建議，實現(xiàn)脫硫石膏的再生利用，可以保護(hù)環(huán)境，也是符合我國可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的。關(guān)鍵詞：煙氣脫硫石膏；資源化利用；可持續(xù)發(fā)展RESOURCERECOVERYANDANALYSISOFFLUEGASDESULPHURIZATIONGYPSUMliuHongyan2,ShiHuisheng1,2(1.KeyLaboratoryofAdvancedCivilEngineeringMaterialsofMinistryofEducation，TongjiUniversity，Shanghai200092,China2.InstituteofEnvironmentalMaterials,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract：Thispaperintroducestheperformanceandtheresourcerecoveryoffluegasdesulphurizationgypsum（FGDgypsum）.Problemsofitscomprehensiveutilizationisalsodiscussedandadviceisputforwardaccordingly.ThereuseofFGDgypsumprotectsoureco-environmentandisaccordwiththesustainabledevelopmentstrategyofourcountry.Keyword：fluegasdesulfurizationgypsum；resourcerecovery；sustainabledevelopment1引言脫硫石膏又稱煙氣脫硫石膏或FGD石膏（FlueGasDesulphurizationGypsum）,是對含硫燃料（煤、油等）燃燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行脫硫凈化處理而得到的工業(yè)副產(chǎn)石膏。歐洲對脫硫石膏的定義為：來自煙氣脫硫工業(yè)的石膏是經(jīng)過細(xì)分的濕態(tài)晶體，是高品位的二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)。美國測試學(xué)會(ASTM)對脫硫石膏的定義為：脫硫石膏在煙氣脫硫過程中產(chǎn)生，是一種化工副產(chǎn)品，主要由含兩個結(jié)晶水的硫酸鈣組成[1]?？偟膩碚f，脫硫石膏作為石膏的一種，其主要成分和天然石膏一樣，都是二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）。其物理、化學(xué)特征和天然石膏具有共同的規(guī)律，經(jīng)過轉(zhuǎn)化后同樣可以得到五種形態(tài)和七種變體，脫硫石膏和天然石膏經(jīng)過煅燒后得到的熟石膏和石膏制品在水化動力學(xué)、凝結(jié)特性、物理性能上也無顯著的差別。但作為一種工業(yè)副產(chǎn)石膏，它具有再生石膏的一些特性，和天然石膏有一定的差異，主要表現(xiàn)在原始狀態(tài)、機械性能和化學(xué)成分特別是雜質(zhì)成分上的差異，導(dǎo)致其脫水特征、易磨性及煅燒后的熟石膏粉在力學(xué)性能、流變性能等宏觀特征上與天然石膏有所不同。從表1中可以看出，脫硫石膏的純度在75%～90%之間，是一種純度較高的化學(xué)石膏，但和國外的先進(jìn)脫硫工藝相比要低的多，日本和歐洲，其脫硫石膏的純度達(dá)到95%以上。脫硫石膏的堿含量低，有害雜質(zhì)較少，酸堿度基本呈中性。表1脫硫石膏和天然石膏的化學(xué)成分對比（%）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OK2OSO3結(jié)晶水應(yīng)城天然石膏－0.480.4831.25－－－43.1519.06重慶脫硫石膏1.820.340.050.1344.2318.56太原脫硫石膏3.261.900.9731.93－0.090.1540.0916.64分析表明，脫硫石膏是完全可以代替天然石膏作為原料使用，生產(chǎn)各種石膏產(chǎn)品，其質(zhì)量一般都能符合該產(chǎn)品對石膏原料的標(biāo)準(zhǔn)要求。脫硫石膏完全適合作硅酸鹽水泥、礦渣水泥、粉煤灰水泥、硫鋁酸鹽水泥等各類水泥的緩凝劑，能正常的調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間，且水泥各項性能指標(biāo)均能正常發(fā)展，水泥強度指標(biāo)與天然石膏作緩凝劑相比相當(dāng)或更高。2國外脫硫石膏利用現(xiàn)狀在20世紀(jì)80年代末90年代初,隨著脫硫石膏大量產(chǎn)出，德國和日本對脫硫石膏展開了大量研究，實現(xiàn)了脫硫石膏資源化利用，取得了較好的經(jīng)濟、社會及環(huán)境效益。2.1日本日本是生產(chǎn)脫硫石膏最早的國家[2,3]，其脫硫石膏再利用的類型主要有：墻板、建筑熟石膏、工業(yè)灰泥、粘接劑、石膏天花板等產(chǎn)品，其中超過90%的脫硫石膏主要用于水泥添加劑和墻板原料，但日本的墻板工業(yè)越來越傾向于以天然石膏取代脫硫石膏。另外，日本將脫硫石膏與粉煤灰及少量石灰混合，形成煙灰材料,利用這種材料在凝結(jié)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的強度，作為路基、路面下基層或平整土地所需砂土。這一技術(shù)由美國C.S.I公司開發(fā)，作為能廉價大量處理粉煤灰和脫硫石膏的先進(jìn)技術(shù)被引進(jìn)到日本，目前有50多家工廠正在從事這種材料的生產(chǎn)作業(yè)。2.2德國德國在脫硫石膏資源化利用方面具有豐富的經(jīng)驗，大部分脫硫石膏被資源化利用，剩余部分漿液經(jīng)飛灰穩(wěn)定后拋棄處置，主要用于填埋露天礦。德國脫硫石膏主要在建筑工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用[4]，約占德國石膏需求總量的50%，脫硫石膏逐漸代替天然石膏的趨勢在德國已經(jīng)形成，因此估計脫硫石膏將來會100%取代天然石膏用于生產(chǎn)膠凝性墻板和水泥。另外，脫硫石膏還用于生產(chǎn)地板襯里和礦物性灰泥，其份額可占該領(lǐng)域的50%。2.3其它生產(chǎn)國家歐洲第二個脫硫石膏生產(chǎn)基地是英國。英國制定了必須使用脫硫石膏的法規(guī),同時對現(xiàn)有石膏廠進(jìn)行必要投資，生產(chǎn)脫硫石膏。在英國，脫硫石膏主要用于生產(chǎn)石膏板，另外還生產(chǎn)一些專用石膏和石膏涂料，保證盎格魯—撒克遜石膏工業(yè)產(chǎn)品品種十分齊全。荷蘭和丹麥的脫硫石膏總產(chǎn)量是70萬t/a，由于荷蘭和斯堪的維亞沒有天然石膏礦，天然石膏主要從西班牙等歐洲國家購買,因此存在脫硫石膏應(yīng)用的潛在市場。盡管如此，丹麥在20世紀(jì)90年代以后才在脫硫石膏生產(chǎn)工藝方面有所突破。在美國，脫硫石膏在農(nóng)業(yè)中有兩個應(yīng)用范例[5]：一是在花生生長過程中應(yīng)用，通過增大花生顆粒而增加產(chǎn)量；另一例是對缺乏硒元素的土壤進(jìn)行改良。另外，在歐洲和日本，還有一種以脫硫石膏制得的自流平材料進(jìn)入工業(yè)化商品生產(chǎn)階段。地面自流平材料是一種無機膠凝型功能材料，具有良好的流動性和穩(wěn)定性，在未來的混凝土自流平層及舊地面、起砂地面的修補方面具有廣闊的前景。3脫硫石膏在我國的利用現(xiàn)狀目前我國石膏資源整體特點是：(1)東部地區(qū)探明儲量幾乎沒有增加，而且大部分礦山已進(jìn)入開采中晚期，儲量、產(chǎn)量和品位都在逐年下降，后備資源嚴(yán)重不足。(2)西部資源相對豐富，地質(zhì)條件：簡單，遠(yuǎn)景儲量大，但開發(fā)利用的條件差，市場容量小。(3)高品位石膏所占比例甚少，僅占總開采量的l%～2%，且多集中在西部，東部發(fā)達(dá)地區(qū)石膏加工業(yè)優(yōu)質(zhì)石膏的供應(yīng)已成為制約企業(yè)生死存亡的大問題，因此大力發(fā)展脫硫石膏的資源化利用更加必要。3.1脫硫石膏在水泥中的應(yīng)用脫硫石膏在水泥基材料中的應(yīng)用是大規(guī)模處置利用脫硫石膏的重要途徑。有研究表明[6]，脫硫石膏不含對水泥基材料性能有負(fù)影響的雜質(zhì)，適宜作水泥基材料添加劑。脫硫石膏中含有部分未反應(yīng)的CaCO3和部分可溶鹽，如K＋、Na＋鹽，這些雜質(zhì)的存在有利于加速水泥水化，激發(fā)水泥混合材或混凝土摻合料活性的充分發(fā)揮，加之脫硫石膏細(xì)度大，在水泥中能與水泥顆粒和混合材顆粒充分接觸，迅速發(fā)生反應(yīng)，能有效調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間。對于礦渣水泥、粉煤灰水泥和復(fù)合水泥，脫硫石膏既是緩凝劑，同時又是混合材水化時的硫酸鹽激發(fā)劑，其中含有的CaCO3對水泥硬化漿體的結(jié)構(gòu)與性能也有改善作用。3.2脫硫石膏在石膏制品中的應(yīng)用[10]王方群,原永濤，等.脫硫石膏性能及其綜合利用[J].粉煤灰綜合利用，2004(1)：41～44.[11]李傳熾.利用脫硫石膏制造紙面石膏板[J].COALASHCHINA,2004(1):46[12]丁寧，桂苗苗.脫硫石膏綜合利用研究[J].建筑技術(shù)開發(fā),1999，26(2)：38～39[13]陳云嫩，梁禮明.濕法煙氣