烟气脱硫石膏及其应用
一、概述
随着环保意识的增加，我国对电厂燃煤烟气中二氧化硫的排放控制越来越紧，电厂脱硫势在必行。
我国烟气脱硫石膏产生的时间较短，对其应用价值和市场普遍认识不足，对脱硫石膏的性能，处理加工设备和加工工艺还没有详细的、系统的，科学的基础性研究，从目前脱硫石膏的处理工艺和设备并不完全与天然石膏相同，如在物料输送，粉尘处理，煅烧工艺等：就物性方面脱硫石膏与天然石膏也有不同之处，如脱硫石膏纯度高，游离水大，粒度细；颗粒大小粒径分布均匀，级配较差，标稠用水量大，含水溶性盐较多；还值得注意的是脱硫石膏与天然石膏二者来源不同，脱硫石膏中以未反应的碳酸钙为主要杂质及未被完全氧化的亚硫酸钙存在、杂质状态相差较大，另在脱硫生产工艺中技术处理的不同，石灰石原料成份的不同，加工石灰石细度的不同等都会影响脱硫石膏的品质，所以脱硫石膏在应用加工时一定要结合具体实际，采用科学手段进行深入的研究。
经过多种可行方案进行试验，脱硫石膏在建材行业中应用十分广泛，通过不同手段进行处理，基本上能代替绝大部分用天然石膏生产的建材制品。
二、脱硫石膏的利用
国内脱硫石膏的综合处理和应用已起步，利用前景蕴藏着巨大的市场机遇，特别是那些天然石膏缺乏而脱硫石膏资源丰富的经济发达地区，经应用实践证明脱硫石膏是一种品位较高的宝贵资源，它可适合于不同用途的石膏建材制品的生产。
脱硫石膏与天然石膏有一定的区别，但从根本上讲，由于它们的主要成份相同，并且脱硫石膏的主要成份---含量高，故处理后的脱硫石膏是一种比天然石膏还要好的胶凝材料。
⒈ 脱硫石膏通过真空带式过滤机过滤，脱水（真空带式过滤机）处理成为熟石膏，熟石膏按制品可分：浇注石膏，灰泥石膏，陶瓷工业用石膏，铸造工业用石膏，牙料用石膏，骨科绷带医用石膏，煤矿防火加强巷壁用石膏，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），笔者认为对建筑脱硫石膏的脱水（真空带式过滤机）温度（料温）应在125℃-145℃为好；煅烧设备和工艺不一样，煅烧温度也要有不同的变化，从相组成看，熟石膏中可溶性无水石膏含量应较高一点为好，因熟石膏中可溶性无水石膏亲水性极强，接触潮湿空气后，很容易转化为半水石膏，在实际生产中，熟石膏需要输送和储存，不可能和空气隔绝，熟石膏中的可溶性无水石膏吸收空气中的水份后，会逐渐向半水石膏转化，通过转化效应增加熟石膏粉中半水石膏的含量，使其相变过程趋于稳定，可改善熟石膏的物理力学性能，能够满足用于石膏制品生产的质量要求具有重要意义。熟石膏陈化过程的长短，陈化效果的好坏，与所选的陈化方法、堆积形式，环境湿度等都有直接关系，在脱硫石膏的煅烧工艺中要特别注意这一效应，
⒉ 脱硫石膏也可制做高强石膏，它是将脱硫石膏制成浓度适宜的石膏浆体，加入一定量的转晶剂，在搅拌加压的条件下，石膏浆体的处理温度，时间及压力控制在一定范围内生成柱状石膏晶体，然后经脱水（真空带式过滤机），干燥制得高强熟石膏，在生产中转晶剂的种类及加入量，浆体的热处理温度及时间和压力，料浆浓度等都是决定产品质量的重要因素，
⒊ 脱硫熟石膏和粉煤灰或脱硫熟石膏和矿渣，脱硫熟石膏和粉煤灰加矿渣为主要原料，并掺入激发剂制成的新型胶结料，这种胶结料在前苏联的资料中有大量介绍，这可使脱硫石膏拓宽使用范围，得到更广泛的利用，并能使熟石膏的耐水性与强度方面都有明显改善，近两年来笔者利用太原一电厂生产的建筑用脱硫石膏和一级粉煤灰，太原德龙公司生产的矿渣磨细粉与本研究所研发的增强激发剂G、试验结果是在大量利用脱硫石膏与粉煤灰或渗加矿渣磨细粉时，可在保持石膏制品基本性能的基础上，大幅度提高粉煤灰和矿渣磨细粉在激发剂作用下生成的水硬性水化产物、改善了胶结料的耐水性与强度。石膏仍是胶结料中发挥强度的主体，粉煤灰及矿渣磨细粉的水化反应是在石膏硬化体中进行。这样提高后期强度，密实度增大，吸水率下降，抗冻性改善使胶结材料硬化体中即有气硬性水化产物又有水硬性水化产物，该硬化体干缩小，体积稳定性好，确是一条即节能又同时利用两种工业废渣生产建筑材料的工艺途径。
⒋ 利用脱硫石膏配制的粉刷石膏，强度高，和易性好，成本低，特别是利用脱硫石膏和粉煤灰混合型粉刷石膏，后期强度均好于单一石膏的产品，其耐水性明显提高，笔者利用太原一电厂生产的脱硫石膏和一级粉煤灰，添加了金龙凤石膏专用缓凝剂，保水剂、胶粘剂，表面活性剂所生产的粉刷石膏，其产品质量均优于 JC/T517-2003粉刷石膏行业标准，现已在石家庄、保定、洛阳、天津，北京，唐山，太原等地推广使用；用脱硫石膏配制粉刷石膏时要注意：
①由于脱硫石膏颗粒细小，加水量大，易产生离析泌水现象。
②由于脱硫石膏中的水分在料浆中迁移容易，上墙后水分易被墙体吸收，影响粉刷石膏层正常水化。
③所有工业副产石膏的粘结强度均差于天然石膏，故与基层的粘结效果较差。
④因脱硫石膏细度大，在生产配制粉刷石膏时粉尘飞扬比天然石膏大，真空带式过滤机也相应要有所改善。
为此我们在配制粉刷石膏时要采用石膏专用减水缓凝剂降低拌合物用水量，同时掺入有利于保水性能的无机和有机材料，提高粉刷石膏料浆保水性能，另需增加有利于改善粘结性的胶凝材料来提高其粘结强度。粉刷石膏在生产过程中，要特别注意所有材料必需搅拌均匀，不要忽视真空带式过滤机死角物料的排放，直接应响到粉刷石膏产品质量。
⒌ 用脱硫石膏生产石膏砌块和石膏条板、设备和生产工艺与天然石膏相同，因脱硫熟石膏颗粒细、标准稠度需水量大，堆集密度重，凝结时间快，强度高，笔者建议在生产石膏砌块时、要在确保脱硫石膏流动度的情况下，尽量减少用水量（也可添加减水剂来解决），这样可更好地提高石膏砌块的自身强度，同时也可添加少量发泡剂或填加其它轻质无机材料来减轻石膏砌块重量，另还可消少石膏砌块因其它原因造成的内部应力。在脱硫熟石膏中加入适量的粉煤灰，矿渣磨细粉，石灰等，可使在保证石膏胶结材料早强快硬的基础上，促使粉煤灰、矿渣水化。产生水硬性水化硬化体、耐水性能得到明显改善，提高其软化系数。另还可考虑添加适量其它无机材料，改善脱硫石膏的颗粒级配，使石膏砌块成形晶体结构有所改善，增加收缩稳定性。关于空心与实心砌块的问题，我们认为宜实心与空心并存，优先发展实心砌块，其理由是：能提高隔音性、吊挂及钉钉子方便（尤其是卫生间，厨房的防潮砌块）便于砌块的机械成型、与国外主要发展实心砌块相衔接。关于砌块与条板，笔者认为宜优先发展砌块，其理由是：砌块对建筑物层高变化适应性较好；四周有榫槽砌筑墙体后整体性好，无拼接通缝，而条板通缝要认真处理；砌块便于搬运及安装，破损率低，可以发展实心砌块，而实心条板则单块重量过大；砌块无需增强玻纤布，可方便地对石膏材料实施改性，并省掉玻纤增强材料费用。
⒍ 脱硫石膏用于水泥缓凝剂，这种产品附加值不高，利润也不可观，但却不失为大规模处理脱硫石膏的主要途径之一。在水泥生产中，为了调节和控制水泥的凝结时间，一般需掺入石膏作为缓凝剂。石膏还可促进水泥中硅酸三钙和硅酸二钙矿物的水化，从而提高水泥的早期强度以及平衡各龄期强度。根据在日本应用情况来看，现已证明了脱硫石膏用于水泥辅料，在纯度、粒度、微量成分等性能上完全没有问题，在水泥行业中代替天然石膏完全具有可行牲，脱硫石膏能够正常调节水泥的凝结时间，水泥性能正常发展，水泥强度、凝结时间等指标均达到国家有关标准。
⒎ 脱硫石膏用于钢结构防火涂料，美国9·11事件后，钢结构防火成为人们重视和研究的问题，钢结构的缺点是耐火性能差，在火灾中强度迅速下降（耐火极限为 0.25h左右）、因此对钢结构必须采取有效的防火措施，利用脱硫石膏制做的钢结构厚层型防火涂料,一般由保温隔热材料和石膏做为填料与多种外加剂配制而成，其绝热性能.环保性能.粘结性,抗裂性均很好,脱硫石膏可使涂料的阻燃性能更佳,施工性能更好,这是由脱硫石膏的特殊物理和化学性能决定的。
⒏ 脱硫石膏在内墙腻子中的应用,内墙腻子使用粒度小于15nm,比表面积大于1000㎡/㎏的脱硫石膏,加入保水剂,胶粘剂等添加剂.配制而成，配制石膏腻子要注意几点事项，即：
① 适当的凝结时间。
②优良的保水性。
③细度
④有较高的粘结强度和硬度。
⑤使用方便。
9．脱硫石膏在纸面石膏板中的应用：纸面石膏板是国内外主要建材产品，也是最好的石膏建材产品，脱硫石膏有纯度高，粒度细，氯离子含量低等优点，在纸面石膏板的应用中
⑴增大料浆动性，使纸面石膏板整体性能和强度增加，避免边缘空心的产生，对产品质量很有利。
⑵降低纸面石膏板的重量，下降成本。
⑶改善石膏板的质量，在天然石膏中添加一定比例的脱硫石膏，会提高纸面板的强度和硬度。
日本、德国已有多年利用脱硫石膏生产纸面石膏板的大型生产线。由于利用价廉的脱硫石膏使其生产成本较以天然石膏为原料明显降低。脱硫建筑石膏强度高是其优点，但与面纸的粘结较差，对现有工艺参数的适应性不如天然建筑石膏，目前采取各50%掺量使用方式生产，探讨脱硫建筑石膏与天然建筑石膏纸面石膏板生产的差异、原因及解决途径是新课题，解决这一课题即可全部采用脱硫石膏为原料生产纸面石膏板。
10．在矿山充填材料的应用；胶结充填采矿法是一种经营费用较高的采矿工艺，其充填成本占采矿成本的1/3左右，而充填成本中充填胶凝材料水泥占80% 以上，昂贵的胶结充填成本，严重地制约了胶结充填采矿法的应用和发展。研制新的胶凝材料，在不降低充填体强度的情况下，替代部分或全部水泥，是充填技术的主攻方向。能促进矿山胶结充填采矿工艺的发展，节约矿山充填成本，由于在烟气脱硫时加入一定量的阻垢剂，使脱硫石膏中不仅含有聚合物，而且含有一定量的表面活性剂，聚合物不但可以填充界面空隙，使界面过渡区密实，还可增强石膏与骨料之间的粘结，表面活性剂有使空气在水中乳化的能力，提高胶结充填体的均质性，从而提高充填体的质量满足充填材料性能。
11．在农业上的应用
① 用于肥料，钙是作物需要量仅次于硫的第5种营养元素，它可以增强作物对病虫害的抵抗能力，使作物茎叶粗壮、籽粒饱满。如花生需钙量仅次于钾，增施钙肥可以显著提高花生的产量与品质。利用脱硫石膏中的钙离子，可以降低土壤碱性，消除碳酸盐对作物的毒害，同时钙离子可替代土壤胶体上的钠离子，补充活性钙，增强土壤的抗碱能力
②改良土壤。脱硫石膏的加入可以使代换性钠含量降低，那是由于石膏中的Ca2+和Mg2+置换了土壤代换性钠，同时土壤强碱状况也随之改变，从而为作物的正常生长提供比较好的土壤环境。经印度科学家试验研究，在碱土中加入0.5%~1.0%的脱硫石膏,不仅使碱土中的小麦正常生长,而且增产增收;在不毛之地重盐碱土壤播种玉米,加入0.5%---1.0%的脱硫石膏后玉米长势喜人。
三、前景和建议
根据发达国家脱硫石膏的应用经验，随着新材料的发展和人们对石膏环保性能的认识，近年来石膏建材发展得很快，如纸面石膏板，粉刷石膏，石膏砌块都有增长迅速之势。另地面自流平石膏，石膏刮墙腻子，石膏防水板，纤维增强石膏板陶模铸造石膏都将有很快的发展之势。如有相关政策支持，脱硫石膏的产生将促进我国石膏产业的迅速发展，因为脱硫石膏是一种工业付产的石膏资源，而它又可代替天然石膏使用，价格较低，可以效降低石膏产品的成本，提高它们在市场中与同类产品的竟争力和市场占有率，又因脱硫石膏的生产将改变天然石膏资源分布不均的格局，在很大程度上调整和均衡了石膏资源的分布，使石膏产品在大范围内得到整体平衡的发展。另脱硫石膏能和粉煤灰这两大固体废弃物一并综合利用，逐步达到工业生产应用，将产生电厂效益，环境效益，社会效益的统一，是非常符合我国可持续发展的战略。
目前，脱硫石膏还未被广泛应用，一方面是由我国天然石膏资源丰富，在一定程度上对脱硫石膏综合利用形成了障碍，另一方面，国内脱硫石膏综合利用技术还未成熟，也阻碍了脱硫石膏综合使用的推广，所以我们要分析脱硫石膏开发应用地区的石膏产品市场，研究开发适销对路的产品，是我们首先需要考虑并解决的问题，再一些引进国外脱硫石膏应用技术和经验的同时，消化、吸收、改进，开发适合我国国情的本土化有自主知识产权的新产品，开发具有我国特色的脱硫石膏应用技术系列，开拓石膏应用新领域，需要通过大量有说服力的技术文件来增强市场观念和意识，从政策制度法律法规角度保护天然石膏资源，同时也支持和保障了脱硫石膏资源化利用。各电厂都要选择"多、快、好、省"的项目，即，石膏产品用量多、项目建设速度快，产品性能质量和应用市场好，项目投资省的可行性方案。
烟气脱硫石膏综合利在国内才起步，在实踏应用中会出现这样或那样的新问题，在生产和应用技术上不能完全照搬天然石膏的处理方法，而是需要针对脱硫石膏本身特性投入一定的精力研究开发出新的，适合实际生产和应用技术的新方法，新工艺和新设备，从而发展和确定脱硫石膏综合利用的，系统的，现实的解决方案。
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