脱硫石膏的市场经济效益分析毕业论文

兰州交通大学毕业设计（论文）脱硫石膏的市场经济效益分析摘要我国的经济增长正经历新一轮重化工业阶段，经济发展对能源的依赖程度比发达国家大得多，人均用电水平将会大幅提高。我国的一次能源结构决定了我国发电必然以煤电为主的基本格局，这一特征长期难以改变。我国火力发电厂年用煤占全国煤炭产量的50%左右，我国以煤炭为主的能源消费构成，带来的最直接的环境问题之一就是大量灰渣的排放。燃煤电厂排出的固废（包括脱硫石膏、粉煤灰和炉渣）已经被越来越多的实践证明它们不是废物，而是非常宝贵的资源，具有很高的经济价值，正所谓“用之为宝，弃之为害”。作为煤燃烧产物，脱硫石膏的综合利用，不仅可以减少燃煤电厂脱硫产物的堆放场地，减少二次污染，而且可以减少天然石膏的开采量，保护天然石膏资源，节省开矿费用，增加脱硫石膏产品的销售额，符合我国可持续发展战略和循环经济理念，具有重要的现实意义。脱硫石膏是石灰石(石灰)/石膏湿法烟气脱硫的副产物。在分析了我国脱硫石膏的良好的应用前景与其所带来巨大的经济效益的同时，本文也指出了脱硫石膏推广应用中可能会遇到的问题，提出了一些综合处理措施。这包括脱硫装置设计和运行烟气脱硫设备过程中稳定脱硫石膏的产量和质量、脱硫石膏用作水泥缓凝剂的问题及处理措施、参考国外脱硫石膏产品质量标准尽快制定适合我国国情的脱硫石膏产品质量标准、推算我国缺少石膏资源的省区石膏的短缺量以及利用脱硫石膏的技术经济可行性，建议国家出台有关鼓励燃煤电厂安装烟气脱硫装置和合理利用脱硫石膏的一些政策，以进一步推进我国脱硫石膏的综合利用，实现变废为宝为社会创造更大的价值。关键词：脱硫石膏综合利用循环经济可持续发展可行性经济效益

MarkeEconomicEfficiencyAnalysisofFGDGypsumAbstractChineseeconomicgrowthisgoingthroughthestageofanewroundofheavychemicalindustries,theeconomicdevelopmentoftheenergydependenceismuchgreaterthanindevelopedcountries,percapitaconsumptionlevelwilldramaticallyincrease.ChineseOne-offenergystructuredecidedChinesepowergenerationisboundcoal-basedpattern,thecharacteristicsisdifficulttochangeinalongtime.Chinesethermalpowerplantusedcoalaccountedforabout50%ofnationalcoalproduction,chineseenergyconsumptioniscoal-based,hasbroughtthemostimmediateenvironmentalproblemsisthelargenumberofashemissions.Thesolidwasteofcoal-firedpowerplantshavedischarged(includingFGDgypsum,flyashandslag)hasbeenmoreandmorepracticetoprovetheyarenotwaste,butaveryvaluableresource,withhigheconomicvalue,theso-calledis"asatreasure,abandonedharm".Ascoalcombustionproducts,ComprehensiveutilizationofFGDgypsumnotonlycanreducethestackingspaceofcoal-firedpowerplantdesulfurizationproducts,reducesecondarypollution,butcanreducetheamountofnaturalgypsummining,protectionofnaturalgypsumresources,miningcostssavings,increaseinFGDgypsumproductsales,linewithoursustainabledevelopmentstrategyandtheconceptofcirculareconomy,ithasimportantpracticalsignificance.FGDgypsumisalimestone(lime)/gypsumwetfluegasdesulfurizationby-products.IntheanalysisofagoodprospectofFGDgypsumandhugeeconomicbenefitsthattheyhasbroughtatthesametime,ThearticlealsopointedoutthattheproblemsyoumightencounterintheapplicationofFGDgypsumtopromote,madeanumberofcomprehensivetreatmentmeasures.ThisincludesthedesulfurizationequipmentdesignandoperationoffluegasdesulfurizationprocessinstableyieldandqualityofFGDgypsum,gypsumascementretarderandtreatmentmeasures,toformulatesuitableforChinaFGDgypsumproductqualitystandardsrefertoforeignFGDgypsumproductqualitystandardassoonaspossible,toprojecttheshortageoflackofgypsumresourcesinChina'sprovinces,autonomousregions,gypsum,andthetechnicalandeconomicfeasibilityoftheuseofFGDgypsum,itisrecommendedthatthestatehasadoptedtoencouragethecoal-firedpowerplantstoinstallFGDandtherationaluseofFGDgypsumpolicy,tofurtherpromotethecomprehensiveutilizationofFGDgypsuminChina,toachieveturningwasteintowealthforthecommunitytocreategreatervalueturningwasteintowealthforthecommunitytocreategreatervalue.Keywords:FGDgypsum;multipurposeuse;thecirculareconomy;Sustainabledevelopment;Feasibility;thecomprehensiveutilizationtheeconomicefficiency

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1.绪论 11.1立题依据 11.2综合利用的重要性 21.3综合利用的发展前景 41.4综合利用的发展前景 72.文献综述 82.1石膏的性能、应用及分布 82.2脱硫石膏的特征、来源及危害 192.3脱硫石膏的资源化利用趋势 253.脱硫石膏生成、质量标准和利用趋势 303.1脱硫石膏生成过程工艺条件控制 313.2脱硫石膏的提纯工艺 353.3脱硫石膏质量标准和利用趋势 374.脱硫石膏的综合利用项目技术、市场及经济分析 424.1水泥缓凝剂 424.2石膏板 494.3α型半水石膏 564.4石膏砌块 584.5建筑腻子粉 594.6石膏用量估算 604.7各种脱硫石膏生产工艺的技术经济比较评述 605.结论 62致谢 63参考文献 641.绪论1.1立题依据我国是世界最大煤炭消费国，在我国电源结构中，火电设备容量占总装机75%以上，2011年全国发电装机容量105576亿千瓦时，火电装机容量约为76546亿千瓦时以上，需要发电用煤约10亿吨。到2020年预计火电装机在115000亿千瓦时左右，约需煤炭14亿吨，煤炭占一次能源消费总量的70%左右。随着经济的迅猛发展，电力需求日益增加，煤炭消耗量亦迅速攀升，连续多年二氧化硫年排放量居世界首位。在今后较长时期内，电力工业中以煤炭为主的能源结构不会改变，更不可能减少煤炭的消耗量，因此燃煤电厂烟气脱硫的副产品——脱硫石膏的排放在短期内不会消除。“在实施国家“十一五”规划提出的节能减排举措的过程中，党的十七大又提出了建设生态文明的战略目标，这对于电力工业特别是火电企业的发展提出了新要求，火电企业要清晰地认识到自己的生产所导致污染环境排放的种类、成因、危害和治理的重点，在科学发展观的指导下，采取切实可行的技术方法或手段进行有效治理，承担解决温室气体效应问题的国际义务，确实履行好降低污染排放，减少环境污染的企业社会责任，通过技术进步和技术创新，实现又好又快的跨越式发展，为国民经济增长和社会进步提供坚实的保障[[]中促进节能减排的发电企业泥所.水泥性能及其检验[M].北京:中国建材工业出版社版,1994.]（华北电力大学1）。据相关研究报告的预测，“十一五”期间电力需求的平均增长率为5.6%左右，在2005年用电量为24747亿千瓦时的基础上，2010年全社会用电量达到29536亿千瓦时，用电需求的持续增长必然要求电力供给的持续增长。截至2011年底，全国发电装机容量达到105576亿千瓦时，其中，水电达到23051亿千瓦时[]中促进节能减排的发电企业泥所.水泥性能及其检验[M].北京:中国建材工业出版社版,1994.鉴于我国燃煤发电厂大多采用石灰石(石灰)/石膏湿法烟气脱硫工艺，脱硫石膏的产量将随着石灰石(石灰)/石膏湿法烟气脱硫装置的不断建设而快速增加，以及我国脱硫石膏的开发利用虽然已经从起步阶段进入了实质性的控制阶段，但是脱硫石膏的利用成为烟气脱硫企业的难题之一。因此，我们应该对脱硫石膏的处理技术加以创新、开拓新的用途，进行全面的综合利用，这样不仅可以减少燃煤电厂脱硫产物的堆放场地，减少二次污染，而且可以减少天然石膏的开采量，保护天然石膏资源，符合我国可持续发展战略和循环经济理念，减少原料成本，为企业创造更大的经济效益，因此，选择“脱硫石膏的市场经济效益分析”作为研究课题，试图为脱硫石膏打开更广阔的市场去实现其更大的价值。1.2综合利用的重要性我国燃煤发电厂大多采用石灰石(石灰)/石膏湿法烟气脱硫工艺，脱硫石膏的产量将随着石灰石(石灰)/石膏湿法烟气脱硫装置的不断建设而快速增加，以及我国脱硫石膏的开发利用尚处于起步阶段，脱硫石膏的利用成为烟气脱硫企业的难题之一。1.2.1目前脱硫石膏利用所存在的问题石灰石(石灰)一石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水制成吸收浆。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴，经换热器加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。由于吸收浆液循环利用，脱硫吸收剂的利用率很高。由于脱硫石膏含水量较高，所含杂质量与天然石膏也存在差别，因此脱硫石膏能否得到综合利用，己成为客户选择烟气脱硫(fluegasdesulufriaztino，FGD)一上艺的重要考虑内容。烟气脱硫技术开发以及脱硫石膏应用开发企业只有选择合适的FGD工艺制备质量指标能满足使用要求的脱硫石膏，积极开发脱硫石膏制品的生产技术，选择适当的工艺和设备使之产业化，并与FGD技术配套，才能在竞争剧烈的FGD市场中赢得主动，得到用户的信赖。可以预计，我国未来脱硫石膏的产量将随着副产物脱硫石膏可得到利用的石灰石(石灰)一石膏湿法脱硫装置的建设而快速增加。脱硫石膏能否得到合理的利用，也关系到能否避免脱硫石膏的二次污染和占用堆放场地等问题。石灰石(石灰)一石膏湿法脱硫的副产物是石膏。采用成熟的烟气脱硫工艺得到的脱硫石膏，其品质较为稳定，CaSO4·2H2O含量较高，可以代替天然石膏用作水泥缓凝剂和石膏板等建筑石膏制品。但由于我国天然石膏分布较广，石膏市场供应比较充足，加上电厂建设综合利用脱硫石膏装置仍然需要一笔不小的投资，因此仍然有不少电厂的脱硫石膏未能得到有效的处置和利用，而是作为废物堆放着，这既占用了大量宝贵土地，又有可能造成二次污染。脱硫副产物、脱硫废水均能得到合理地利用或处置成为选择烟气脱硫工艺的主要技术原则之一。由于我国引进烟气脱硫技术的时间不长，对脱硫石膏的应用开发起步较晚，同国外发达国家相比，无论是脱硫石膏的应用领域还是大型生产装置设计和制造方面都存在不少差距。因此，了解目前国外脱硫石膏的应用概况，结合我国石膏工业的实际情况进行分析，提出我国脱硫石膏的开发方向，具有重要的现实意义。针对我国脱硫石膏的应用现状以及各地的石膏资源分布，分析综合利用脱硫石膏的技术、经济以及市场的可行性，显得必要和迫切。在对我国脱硫石膏的综合利用进行分析之前，本文作者对国外有关石膏特别是脱硫石膏的生产和应用情况进行了较为全面检索和跟踪，力求将国外脱硫石膏的最新利用情况作一概述分析，以达到“他山之石，可以攻玉”的效果。国外的统计数据可作为重要的参考。只有综合考虑我国的天然石膏的分布、各地区的石膏制品的开发应用情况、政策因素、运输费用以及脱硫石膏与天然石膏的性能比较等多方面因素进行分析，才能得到有关脱硫石膏近期以及未来的主要应用领域的较为科学的结论，为我国脱硫石膏的综合利用指明方向。（浙江大学）1.2.2国家的相关政策及措施（1）1990年12月，国务院环境保护委员会第19次会议通过了《关于控制酸雨发展的意见》提出包括征收工业燃煤二氧化硫排污费在内的4项决定，标志着酸雨控制提上了国家的实施日程；（2）1995年8月，全国人大常委会通过了新修订的《中华人民共和国大气污染防治法》，规定在全国划定酸雨控制区和二氧化硫污染控制区，在“两控区”内强化对酸雨和二氧化硫污染的控制。国家环境保护局于1995年底组织开展了“两控区”划分工作，其规划如图1-1；（3）1999年，国家环保总局印发了《关于1999年酸雨控制区和二氧化硫污染控制区工业目标》，要求各地市完成本地区的二氧化硫污染综合防治规划；（4）2001年4月，国家环境保护总局制定了国家环境科技发展“十五”计要，重点之一是“在‘九五’的基础上，继续开展火电厂烟气脱硫工艺与装备的研究开发，大力发展应用高新技术脱硫、除尘新工艺，并开展产业化示范；（5）2002年1月30日，国家环保总局、国家经贸委、科技部联合发布了《燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策》；（6）2003年1月1日，我国的《洁净生产促进法》开始实施。消减SO2排放是电力行业推行洁净生产的重点，也是社会关注的焦点，许多地区已开始或即将实施脱硫计划；（7）2004年1月1日，《火电厂大气污染物排放标准》正式实施。新的标准规定不同时段的火电机组的粉尘、二氧化硫、氮氧化物的最高排放浓度的标准。其他时段也明确了现在和未来的浓度限额。标准的修改和时段的规定，使电厂看到了环保日趋严格的发展趋势，脱硫脱硝治理由观望变成行动；（8）《中国21世纪人口资源环境与发展白皮书》；1997年中共十五大把可持续发展战略确定为“我国现代化建设中的必须措施”；2002年中共十六大把“可持续发展能力不断增强”作为全面建设小康社会的目标之一；（9）国务院《关于加快发展循环经济的指导意见》将电力行业列为我国当前开展循环经济的重点领域之一；《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》则明确要求电力企业组织编制行业循环经济推进计划；图1-1酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案示意图1.3综合利用的发展前景1.3.1燃煤发电在电力工业中的前景“十二五”期间，全国规划煤电开工规模3亿千瓦，其中煤电基地开工1.97亿千瓦，占66%；投资规模2.9亿千瓦，其中煤电基地投产1.5亿千瓦，占52%，2015年我国煤电装机预计达到9.33亿千瓦。“十三五”期间，全国煤电规划开工规模2.6亿千瓦，其中煤电基地开工1.63亿千瓦，占62.7%；投产规模2.5亿千瓦，其中煤电基地投产1.36亿千瓦，占54.6%，东中部受端地区投产6200万千瓦，占24.6%。2020年我国煤电装机预计达到11.6亿千瓦。根据以上“十二五”、“十三五”期间电力工业的规划，我们可以判断出燃煤发电在我国电力行业中所占有重要的地位在未来几十年不会有所改变。1.3.2烟气脱硫技术的发展SO2控制技术的研究从20世纪初至今已有近100年的历史。自20世纪60年代起，一些工业化国家相继制定了严格的法规和标准，限制煤炭燃烧过程中SO2等污染物的排放，这一措施极大地推动了SO2控制技术的发展。进入70年代以后，SO2控制技术逐渐由实验室阶段转向应用性阶段。据美国环保署1984年统计，世界各国开发、研制、使用的SO2控制技术达184种，而目前的数量已超过200种。这些技术概括起来可分为三大类：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫及燃烧后脱硫。燃烧前脱硫主要指选煤、煤气化、液化和水煤浆技术；燃烧中脱硫指低污染燃烧、型煤和硫化床燃烧技术；燃烧后脱硫也即所谓的烟气脱硫技术。烟气脱硫技术（FlueGasDesulfurization）是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法，也是控制SO2污染的效率最高和最主要的技术手段。根据脱硫剂及脱硫产物形态的不同，烟气脱硫技术可分为干法烟气脱硫、湿法烟气脱硫以及半干法烟气脱硫。（1）干法烟气脱硫技术（DFGD）脱硫反应和产物处理均在干状态下进行。该法具有无污水及废酸排出、设备腐蚀小，烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟气温度高、利于烟囱排气扩散等优点，但存在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。干法烟气脱硫技术由于能较好地回避湿法烟气脱硫技术存在的腐蚀和二次污染等问题，近年来得到了迅速的发展和应用。（2）湿法烟气脱硫技术（WFGD）该法是以水溶液或碱性浆液作脱硫剂对烟气中的SO2进行反应吸收，生成的脱硫产物存在于水溶液或浆液中。湿法烟气脱硫工艺是目前世界上应用最广的FGD工艺，该工艺主要使用石灰石(CaCO3)、石灰(CaO)或碳酸钠(Na2CO3)等作为脱硫剂，在反应塔中对烟气进行洗涤，从而除去烟气中的二氧化硫。（3）半干法烟气脱硫技术（SDFGD）半干法兼有干法和湿法的一些特点，是脱硫剂在干燥状态下脱硫在湿状态下再生（如水洗活性炭再生流程）或者在湿状态下脱硫在干状态下处理脱硫产物（如喷雾干燥法）的烟气脱硫技术。在湿状态下脱硫在干状态下处理脱硫产物的半干法，以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法无污水废酸排出、脱硫产物易于处理的好处而受到人们的关注。在以上介绍的三种烟气脱硫技术中，湿法烟气脱硫技术作为一种相对比较成熟、脱硫效率较高的脱硫技术，在国内外得到了最广泛的应用，并一直在脱硫市场中占据着主导地位。目前在世界上已经建成的脱硫装置中，湿法脱硫装置的数量占85％左右。我国自90年代开始从国外引进的烟气脱硫技术大多为湿法脱硫技术，例如重庆珞璜电厂的一期（2×360MW机组）与二期（2×360MW机组）脱硫工程引进的日本三菱重工湿式石灰石－石膏法烟气脱硫技术；重庆电厂(2×200MW机组)、杭州半山电厂（2×125MW机组）和北京热电厂(2×165MW机组)引进的德国斯坦米勒公司的石灰石-石膏法脱硫技术；沙角A电厂(5号机)300MW机组烟气脱硫工程采用美国MET石灰石一石膏湿法脱硫工艺以及广东国华粤电台山发电公司1号机组脱硫工程(600MW机组)从日本引进的千代田CT-121鼓泡塔湿式石灰石－石膏法烟气脱硫技术等。此外，在消化吸收国外的脱硫技术的基础上，国内所开发的脱硫装置也大多法脱硫设备，例如浙江大学研发的旋流板脱硫装置、清华大学研发的液柱喷射塔以及天津大学研发的WX／4U型脱硫装置等都采用湿法烟气脱硫工艺。但是我国湿法脱硫装置在实际运行中也存在着一些问题：（1）湿法脱硫装置的初投资比较大，这主要是针对引进国外的脱硫设备及技术而言，但随着脱硫装置国产化的进一步发展，湿法脱硫装置的投资已经下降了不少，已不再是非常突出的矛盾。（2）湿法脱硫装置在运行中存在着结垢、堵塞、腐蚀和磨损。（3）湿法脱硫装置的操作费用比较高。尽管湿法脱硫技术存在着一些不足，但是作为污染控制技术，保持高的脱硫效率和稳定的操作是最重要的，而且随着湿法脱硫技术的不断更新，上述问题正随着时间的推移而逐步得到解决。因此，湿法脱硫技术作为锅炉烟气脱硫技术的主要手段在近期不会有太大的改变。目前我国脱硫市场所存在的问题不是采取什么样的脱硫技术，而是如何在现有的引进的脱硫技术及装置以及我国自行研发的脱硫装置的基础上进行工艺及工程优化是目前最紧迫的。（天津大学）1.3.3脱硫石膏综合利用的途径及意义根据我们所调研的情况，目前火电厂脱硫石膏的综合利用的方式如下:(1)未经任何加工，出售给大型石膏板厂。(2)用于制造石膏砌块。我国虽在外墙建设中大力推荐以石膏砌块代替实心粘土砖，但目前最大的石膏砌块生产线仅30万平方米，每年约可利用脱硫石膏2万吨(湿基)，大部分生产线都是10万平方米以下的小生产线，用量不大，市场未推开。石膏砌块的生产要求大量的晾晒场地，占地面积过大，不适宜我们集团。(3)用于制造模具石膏。我国模具石膏市场较大，但是目前用脱硫石膏制造模具石膏还存在技术工艺和脱硫石膏白度的问题，工艺不成熟，有待进一步开发新技术。(4)目前，纸面石膏板的市场容量几乎饱和，被几大公司垄断，留给我们的市场空间极小，而且我们的石膏杂质成分中镁和氯的含量过大，不适宜纸面石膏的生产。(5)用作土壤改良剂。上海等地有用做海滩盐碱地改良的报道，但未见真正实施的报道。这一方法虽具理论可行性，实践上还有很多问题有待解决。(6)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。(7)粉刷石膏是新兴的建筑材料，代替传统的水泥石灰砂浆，具有轻质、高强、节能等特点，且粘结性能较好，不易起壳和开裂，并可以有效解决混凝土剪力墙等各类墙体的保温问题。市场潜力大，生产附加值高，我们可以在这方面进行深入研究和发展。对占用土地堆放的脱硫石膏进行综合利用，一是从根本上解决了企业的负担，二是开辟了工业利废循环经济发展的新途径，三是给企业创收，四是增加社会就业机会，有效的带动了当地的经济发展。1.4综合利用的发展前景在充分检索和分析国内外文献资料的基础上，本论文要达到如下目标:(1)调查我国天然石膏资源分布以及利用概况;(2)详细检索发达国家石膏特别是脱硫石膏的综合利用情况;(3)分析脱硫石膏的性能特点以及与天然石膏的性能比较;(4)详细分析国内脱硫石膏的科研开发及生产利用情况;(5)分析利用脱硫石膏存在的难点，包括脱硫石膏运输费用、政策因素以及与天然石膏的市场竞争等;(6)提出我国脱硫石膏的综合利用对策。

文献综述在对脱硫石膏的综合利用分析之前，对石膏的性能、用途以及我国天然石膏的分布、脱硫石膏与大然石膏不同特点等作一概述，以利于对脱硫石膏的综合利用作出科学的分析。2.1石膏的性能、应用及分布纯的石膏是一种白色透明的矿产，然而有时由于杂质的缘故使石膏矿带上灰色、褐色和粉红色。石膏的化学名称为二水硫酸钙，化学分子式为CaSO4·2H2O。当石膏被加热时，石膏将失去四分之三的水成为半水石膏(CaSO4·1/2H2O)，半水石膏是软的且容易被磨成粉，称之为半水石膏灰泥或者称之为烧石膏、熟石膏。当熟石膏粉与水混合将会形成灰泥或石膏浆，然后会被干燥变得象岩石一样硬。化合态结合的水，如前所述的经加热脱除的水，会被重新结合，熟石膏将回复到石膏原始的化学组成。当半水石膏成浆状，它可在两层纸之间被灌注而制得石膏板。半水石膏浆液也被用于填充裂缝和缝隙，或者灌注模子。石膏成为理想的建筑材料是由于石膏具有防火、储量丰富、价廉、通用性好、以及强度好。石膏建材也能降低和控制噪音，石膏制品的应用对环境有益。日前,我国约有80%左右的石膏用作水泥缓凝剂。水泥中加入石膏，可使其凝结时间合理，避免快凝现象，并可提高强度和抗冻性，降低干缩率，但其掺入量一般不超过3.5%。用石膏制作的板材、墙体构件等建筑制品，具有质轻、抗震、隔音、隔热、阻燃、装饰性能好，便于高效机械化生产，提高施工速度等诸多优点，已成为一种发展迅速的新型建筑材料，需求量日益增长。用石膏作建筑胶结材料，用于建筑砂浆和隔热混凝土，制作屋面、瓦及天花板等。石膏在造纸、油漆、橡胶、化工、塑料、纺织工业中用作填料。缺硫地区可用以制硫酸，但不经济。在农业上用石膏做钙、硫养料，可提高农作物产量。此外，石膏还广泛应用于医药、食品、制作模型及艺术品等诸多方面。不同用途对石膏的种类、含量有不同的要求，详见表2-1。不同用途对石膏矿石中的杂质也有不同的限制，如纸面石膏板对K、Na、CI含量;医用及食品用石膏对As、S、Se、Cr、F、Cl、MgCl2的含量;建筑、医用及食品对石膏中的放射性元素的含量均有限制，可在具体指标中确定。我国有丰富的石膏矿产资源，己探明的各类石膏储量约为570亿吨，居世界首位。我国石膏矿产资源分布示意图2-1所示。由图2-1分析可知，我国天然石膏资源分布较广，有24个省(市、自治区)已探明有石膏资源，其中储量超过10亿吨的9个省(市自治区)依次是山东(375.17亿吨)，内蒙古(34.53亿吨)，青海(26.82亿吨)，湖南(24.74亿吨)，湖北(15.75亿吨)，宁夏(5.77亿吨)，西藏(12.20亿吨)，安徽(11.04亿吨)，江苏(10.03亿吨)，石膏比较贫乏的地区是东北、华北以及华东地区的浙江省、江西、福建以及海南等省份。我国石膏矿石不同品级的储量及所占百分比如表2-2所示。由表2-2分析可知:(1)我国己经探明的石膏和硬石膏储量中，品位在“>65%~75%”的最多，储量分别为129亿吨和309亿吨，分别占己探明储量的65%和84%；高品位(>95%)的石膏和硬石膏的储量最少，储量分别为3亿吨和4亿吨，分别占已探明储量的2%和1%。(2)我国己利用和可供近期利用的矿产地石膏和硬石膏储量中:石膏以品位为65%一75%最多，达74亿吨(占56%);其次为75%一85%品位，为44亿吨(占33%)；硬石膏以品位为85%一95%最多，达26亿吨(占75%):其次为>95%品位，为4亿吨(占9%)。表2-1石膏的分级和用途等级矿物成分(%)主要用途A型B型H2OCaSO4·2H2OCaSO4·2H2O+CaSO41≥95—≥19.8医用、食品、艺术品模型2≥85—≥17.19建筑用品3≥75≥75≥15.70≥13.354≥65≥65≥13.60≥11.95水泥缓凝组分农用、含硫肥料5≥55≥55≥11.51≥10.55注：据《中华人民共和国建筑材料工业部标准JC16一82》表2-2中国石膏矿石不同品级的储量及所占百分比矿产地矿石平均品位（%）已探明储量的矿产地己利用和可供近期利用的矿产地石膏硬石膏石膏硬石膏探明存量（亿t）百分比（%）探明存量（亿t）百分比（%）探明存量（亿t）百分比（%）探明存量（亿t）百分比（%）55~65631956438>65~7512965309847456——>75~85472441443338>85~95126339972675>953241——49合计19710036910013310036100资料来源：中国矿业网石膏矿资源图片来源：中国一上业矿物材料网()我国己利用和可供近期利用的矿产地的石膏保有储量见图2-2。图2-2中国已利用和可供近期利用各品位(%)的石膏保有储童同大多品位较低的天然石膏相比，脱硫石膏CaSO4·2H2O含量普遍较高，一般可达90%以上，因此在要求CaSO4·2H2O含量较高的石膏板以及石膏模具的生产中，脱硫石膏具有较强的市场竞争力；而对于用于品位要求较低的水泥缓凝剂而言，使用脱硫石膏可以节省水泥生产成本。2.1.1石膏在建筑业、建材业中的用途石膏在建筑业、建材业中有着广泛的用途，是多种建筑材料及制品的重要原材料。利用石膏可以制作一系列产品：(1)石膏板。包括纸面石膏板，石膏纤维板，石膏刨花板，石膏空心条板，石膏空心大板。(2)石膏砌块。包括实心砌块，空心砌块。(3)粉刷石膏。(4)石膏天花板及装饰件。(5)石膏线角。(6)石膏砖。(7)石膏粘结剂。(8)水泥缓凝剂。(9)加气混凝土外加剂。(10)石膏灰浆(用于白流平地面)(11)石膏模具，其中卫生陶瓷工业用量较大。1.熟石膏的生产工艺流程生石膏干法锻烧工艺为:生石膏从采场运来后先经过储存和精选，以保证给料连续和质量稳定。给料经过一段破碎(颚式破碎机)至8cm以下，再经二段破碎(锤式破碎机)至2cm以下，然后经斗式提升机给入锻烧窑中锻烧。通过控制窑的温度，可分别生产β型半水石膏、无水石膏及过烧石膏。β型熟石膏的生产工艺流程一般是:矿石储存→破碎→均化→锻烧脱水→陈化→粉磨与混包装，用炒锅锻烧时先磨粉后锻烧。α型湿法锻烧工艺艺及流程一般是：石膏原料仓→筛分机→高压釜蒸压及烘干→破粉碎→均化储→包装搬运。用水热法生产α刑半水石膏的流程为：石膏原矿→破碎→磨粉→反应釜(加水与药剂)→清洗→脱水干燥→包装。石膏生产常用技术设备石膏破碎常用的设备有颚式破碎机、圆锥破碎机、反击式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机等。干法锻烧常用直接锻烧和间接锻烧两种设备。直接锻烧设备如回转窑、粉磨锻烧一体化装置(彼得磨、高温风扫磨等)。间接锻烧设备如回转式锻烧炉、炒锅(土炒锅直接锻烧)、卧式锻烧炉、立式锻烧炉等。湿法锻烧设备有卧式、立式蒸压釜，硫化罐等。2.1.2石膏建材的突出特点石膏用做建筑材料或建材制品有如下突出优点和比较优势。在建筑业、建材业广泛使用的水泥、石灰、石膏三大胶结材料中石膏的生产能耗最低。水泥、石灰、石膏生成最终产物的焙烧温度分别为1450℃、850一950℃、170℃。石膏的生产能耗仅为水泥的l/4，石灰的l/3。建筑石膏的烧成、石膏制品的生产和应用过程中不排放废渣、废水和对人体有害的物质，仅排出水蒸汽和一定粉尘。材料在使用后可回收再利用，不产生废料，不增加环境负荷。建筑石膏是不燃材料，在发生火灾时其所含的结晶水分解产生大量水蒸气，水蒸气幕阻隔燃烧的蔓延。在石膏中结晶水分解完后，受体的温度才从140℃开始继续上升，二水硫酸钙中结晶水分解速度每15min为6min，对8cm厚的制品其耐火等级在4h以上。而且石膏在受火时不易产生崩裂。建筑石膏及制品的成型水料比在0.6~0.8，水化硬化后大量游离水在干燥过程中蒸发，制品中留下大量孔隙。在室内湿度大时，这些孔隙将水分吸入，湿度小时又释放出来，形成调节室内湿度的“呼吸功能”使人感到舒适。石膏建材制品生产速度快，施工效率高，基本上属干作业。由于制品尺寸精度高，墙面不用抹灰，只需刮一层薄薄的腻子找平即可，不像水泥砂浆面层需等28天后才能进行装饰。因此，可以说建筑石膏是能真正实现清洁生产的标准的绿色建材、生态建材、环保建材，是可以实现持续发展的，安全、舒适、环保的建筑材料。2.1.3国内外石膏的生产开发利用概况石膏在世界的每一个洲都有发现，是应用最厂广泛的材料之一。在美国，大部分石膏被用作制造住宅、办公楼以及商用建筑用的石膏墙板和石膏灰泥。平均每一个美国的新家庭将花费7.31吨石膏，或者换句话说，需要571m²石膏板（单位面积石膏板重量为12.8kg/m²）。1、世界主要石膏生产国石膏产量根据USGS“矿物年鉴”的数据称2004年全球开采且消费的天然石膏达到10600万吨。美国的开采量最大，达到1800万吨，占全球开采量的17％；其后依次为伊朗（10.8％），加拿大（8.5％），西班牙（7.1％），中国（6.5％即690万吨）(但根据中国有关部门统计为2900万吨，主要用于水泥生产)，其它进入前10位的国家有泰国、澳大利亚、法国和德国，这10个国家的开采量加起来占全球的72％。2、全球石膏的主要应用领域2010年全球石膏在主要应用领域的用量及其所占比例参见表2-3所示。表2-3全球石膏在主要应用领域的用量及其所占比例(2010年)国家应用领域美国90%用于生产石膏墙板、抹灰制品（约1500万t）；其余用于水泥生产和农业（约100万t）。中国50%以上用于水泥、石膏板、陶瓷行业（约3230万t）；其余用于农业等（约3000万t）。俄罗斯70%用于墙板及其他板材的生产；大约8%的石膏直接由建筑公司消费；5%用于陶瓷工业部门；其他消费部门有医药、肥料、采矿回填及冶金助熔剂等。由表2-3可知，全球石膏的主要应用领域为水泥以及石膏板及石膏灰泥，约占90%左右；用作农业以及其他领域为10%左右。3、全球石膏板主要生产企业全球石膏板产量最大的为英国的BPB公司，其全球石膏板总产量为143万吨左右；其次为美国的USG公司，产量为120万吨左右；第三位为德国的Knauf公司，产量为100万吨左右；第四位为法国的Laafgre公司，产量为90多万吨；第五位为美国的NatinoalGypusm公司，产量为80多万吨；第六位为日本的Yoshino公司，产量为70万吨；第七位为美国的GoergiaPacfic公司，产量为50多万吨。上述7家公司主导世界的石膏板产业。其中的3家(BPB，Knauf和Laafgre)为跨国公司，至少在四个地区建有石膏板生产工厂。三家美国公司(USG，NatinoalGPyusm和GeorgiaPacfic)和日本的Yosllino公司仅仅在本国建石膏板生产工厂。因此，全球石膏板主要生产企业为欧、美企业，这土要原因是欧、美地区建筑应用石膏建材比较普遍以及石膏加工技术先进。4、全球石膏板生产分布世界石膏板的生产装置主要集中在北美、西欧和日本。2004年，全球石膏板产量估计在78亿m²左右，新增加的石膏板生产线主要在美国，大部分以脱硫石膏为原料。东欧和亚洲的石膏板市场由于人量的人口、目前人均消费的石膏板很低，以及有更多的资金投入新建石膏板生产工厂，将成为最重要的潜在市场。2004年世界主要石膏板生产国家及其所占比例见图2-3。图2-3世界主要石膏板生产国家及其所占比例(2004年）5、石膏在我国各领域所占比例我国普通大然石膏和纤维石膏在各领域所占的比例见图2-4和图2-5。由图可知，我国普通天然石膏的主要应用领域在水泥行业，纤维石膏主要应用于农业。图2-4中国普通天然石膏在各领域所在应用比例图2-5中国纤维石膏在各领域所占应用比例我国主要石膏板生产企业我国石膏板生产企业主要有：山东泰和集团、北新建材(集团)有限公司以及部分外资独资或合资企业。据报道，欧洲三大石膏公司英国的BPB公司、法国的Lafarge公司和德国的Knauf公司均在中国有较人的投资。其中Knauf公司2001年在中国建造了第二家石膏制品生产厂。我国主要石膏板生产企业见表2-4。表2-4中国主要石膏板生产企业序号企业名称石膏板产量m²/年1北新建材(集团)有限公司5000万2上海拉法基小野田石膏建材有限公司2500万3可耐福石膏板(芜湖)有限公司2000万4可耐福石膏板(大津)有限公司6000万5山东泰和集团25000万2.1.4国内外合成石膏应用现状国外应用概况合成石膏是作为减少燃煤电厂烟气二氧化硫排放的烟气脱硫(FGD)系统的副产品。电厂烟气脱硫系统不仅保持空气清洁，而且能够提供可支撑的、生态合理的纯石膏资源。合成石膏也可由各种其它的酸中和工业过程而制得。全球合成石膏的产量几乎毫无疑问地己经超过天然石膏的产量，然而用于出售加工使用的合成石膏要比实际产量少得多。合成石膏的主要品种及产量分别为：磷石膏，年产量可能己超1亿吨;其次为烟气脱硫石膏，年产量为4000-5000万吨;钦石膏，年产量为600-700万吨;其他来源的合成石膏产量为100-300万吨。商业应用的合成石膏，根据统计数据，估计为2000万吨，大部分为烟气脱硫石膏。烟气脱硫产生的副产石膏，用于替代天然石膏生产石膏板等产品，其质量参数主要有：游离水分含量、纯度、水溶性盐类含量、亚硫酸盐含量、碳酸盐含量、pH值、气味、毒性等。此外，不同用户、不同应用领域对脱硫石膏的颗粒大小、飞灰含量、晶型以及颜色也有不同的要求。具体可参见表3-4。杂质含量偏高对脱硫石膏的应用的危害：水分含量大于14%的脱硫石膏基本无法再加工；氯化物含量偏高，在建筑制品中容易使铁钉产生锈蚀；钾、钠、镁含量偏高，容易使石膏产品表面结盐霜，产生粉化效应，以致使纸面石膏板面纸脱落；亚硫酸盐含量偏高，也无法利用。2、国内应用状况2003年至2011年，我国水泥产量从7.5亿吨增加至20.63亿吨，同比增长16.1%，增速同比加快0.6个百分点。我国能够提供的天然石膏看来是不足的，很可能利用人量的磷石膏和其他合成石膏作为水泥的缓凝剂或其他石膏建材产品。例如泰和集团在江苏省江阴市投资1.2亿元人民币，百分之百利用电厂烟气脱硫石膏为原料生产石膏板，建设年产6000万m²石膏板项目。1992年以来，重庆人学、重庆市建筑科学研究院等单位研究开发出许多脱硫石膏产品，并形成了一定的市场份额。脱硫石膏在重庆地区止逐渐替代部分天然石膏。珞磺电厂两期4×360MW机组年产生80万吨脱硫石膏，重庆电厂2×202MW机组年产生20万吨脱硫石膏，共计100万吨。该地区有大小水泥厂十多家，每年用作水泥缓凝剂的石膏就需50万吨。重庆地区石膏制品企业现己初具规模，市售产品包括纸面石膏板、纤维石膏板、石膏砌块和石膏条板等，有些产品如纤维石膏板科技含量较高。法国石膏业巨头拉法基在重庆市场推销产品的同时已把目光投向脱硫石膏，建设脱硫石膏制品厂。此外，上海拉法基小野田石膏建材有限公司，拥有世界上最先进的技术和设备，年产石膏板0.25亿平方米；重庆西部石膏建材有限公司成立于2001年4月，设计年生产能力为500万平方米，于2001年12月投产，生产的石膏板产品，土要覆盖中国西南地区市场。拉法基博罗亚洲公司再次投资约3000万美元，从而使其在中国的石膏板年产能从原有的3500万平方米提高到超过7000万平方米，以适合中国市场近5年来每年15%的持续增长。泰和集团利用脱硫石膏建设年产6000万m²石膏板项目，其装备水平较高，制粉系统采用国际上最先进的一次锻烧工艺，制板系统成型工艺采用美国BMH技术与设备，烘干系统采用燃气热风系统，生产了石膏板百分之百利用电厂烟气脱硫石膏为原料生产石膏板，为长三角缺乏天然石膏资源而具备脱硫石膏资源的城市起到了示范作用。单位面积的石膏板重量按10Kg/m³计算，每年可有效利用脱硫石膏60万吨左右。我国火电厂湿法石灰石/石膏法烟气脱硫示范项目的基本情况如下表2-5所示。可见，我国脱硫石膏主要用途为制作石膏灰泥、石膏板材以及用作水泥缓凝剂。表2-5我国火电厂烟气脱硫示范项目脱硫石膏质量及利用情况序号项目名称脱硫石膏质量及利用情况1珞磺电厂两期4×360MW机组石灰石/石膏湿法（填料塔）脱硫工艺引进日本三菱公司技术石膏纯度90%以上。石膏产量为60-80万此。近几年来，路磺电厂原则上不搞FGD石膏利利用的深加工，直接卖原料。部分脱硫石膏出售给电厂附近的江津水泥厂，代替天然石膏用作水泥缓凝剂；出售给安徽、上海等地的外资企业生产纸面石膏板。2重庆电厂2×202MW机组，两台670t/h锅炉，采用德国Bischoff湿式石灰石/石膏空塔技术。产2×10t/a万血脱硫石膏。重庆发电厂下属的重庆洁宇公司利用脱硫石膏开发出二水脱硫石膏、石膏球、半水石膏等产品。主要用于国内建材、水泥制造等领域。3太原第一热电厂，从300MW机组上抽60万Nm³/h烟气，简易石灰石/石膏法脱硫工艺，日本电源开发和日立公司技术负责。石膏纯度85%以上，石膏产量6万t/a，脱硫石膏用作生产建筑石膏、粉刷石膏。4北京第一热电厂石膏产量为4t/a。与脱硫工程配套的石膏制板厂，利用烟气脱硫石膏生产新型建材，年产300×10³m³石膏空心砌块，避免了脱硫后的二次污染。5广东连州发电厂2×125MW机组，石灰/石膏湿法脱硫，由奥地利能源公司提供供供系统设计和设备。副产品石膏脱水至45%含固率后抛弃6杭州半山发电有限公司2×125MW机组烟气脱硫工程进入试生产脱硫石膏二水硫酸钙的含量在94%以上，卖给其他公司，用作石膏板生产原料；水泥缓凝剂；纸面石膏板和石膏空心砌块7扬州电厂200MW机组。脱硫石膏产量为4万吨3、我国脱硫石膏的科研现状随着我国脱硫市场的发展，近年来我国的许多高校和研究单位，例如重庆大学、浙江大学、华中理工大学等对烟气脱硫石膏的性能及其在水泥缓凝剂、括墙腻子、石膏砌块、脱硫石膏刨花板、改良强度苏打盐渍王、固结全尾砂和制备α石膏粉等应用方面进行了研究。试验结果表明;烟气脱硫石膏的性能达到或超过天然石膏，可广泛用于水泥缓凝剂、石膏建筑材料等的生产。烟气脱硫石膏是一种非常好的建材资源，是与天然石膏等效的原材料。在国外特别是欧洲，绝大部分的脱硫石膏被广泛应用于建材行业生产建筑石膏粉、α一半水石膏粉、水泥缓凝剂、石膏制品、石膏砂浆等石膏建材产品。国内对脱硫石膏的综合处理和应用己开始起步，但发展却比较缓慢，形成工业化、规模化和专业化生产的企业不多。但可以预见，脱硫石膏的生产与应用蕴藏着巨大的市场机遇，在不久的将来一定会有大量的脱硫石膏代替天然石膏生产建材制品，特别是对于那些天然石膏匮乏而具有脱硫石膏资源的经济发达地区例如浙江省、上海市等省市更加如此。从中国专利数据库检索结果分析可知:我国有关脱硫石膏的专利申请人主要有上海市建筑科学研究院、浙江大学、四川建筑材料工业学院以及部分个人。这些中国专利涉及的研究方向为：利用脱硫石膏开发混凝土胶凝材料、β型半水石膏、α一半水石膏、石膏陶瓷、石膏空心条板，硫酸钾、沙漠保水剂以及土壤固化剂等。2.2脱硫石膏的特征、来源及危害烟气脱硫是指从燃煤电厂的烟气中除去二氧化硫的化学过程。许多烟气脱硫方法被开发以适应不同场合。它们的目标就是要使煤燃烧产生的二氧化硫气体同吸收剂进行化学结合，所用的吸收剂有：石灰石、石灰或者氨气。当使用石灰石或者石灰做吸收剂时，在一定上艺下可得到满足建材行业使用的脱硫石膏。烟气脱硫石膏呈较细颗粒状，平均粒径约40-60μm，颗粒呈短柱状，径长比在1.5~2.5之间。颜色星白色或灰色，其中二水硫酸钙含量较高，一般都在90%以上，含游离水一般在10%~15%，其中还含有飞灰、有机碳、碳酸钙、亚硫酸钙以及由钠、钾、镁的硫酸盐或氯化物组成的可溶性盐等杂质。脱硫石膏与建筑用天然石膏比较如下。1、化学组成及细度在烟气脱硫过程中，为了提高烟气脱硫效率，技术上对用于烟气脱硫的石灰石(或石灰粉)中的氧化钙含量有较高的要求，这在客观上保证了脱硫石膏化学成分的稳定。国家建筑材料工业科技教育委员会的陶有生报道，脱硫石膏的主要化学组成与天然石膏基本相似，天然石膏与烟气脱硫石膏的化学成分及细度见表2-6及表2-7。表2-6天然、脱硫石膏化学成分及细度项目CaOSiO2Al2O3SO3Fe2O3MgOLoss筛余（45μm）%天然石膏317.28.8脱硫石膏19.21.0表2-7颗粒粒径分布粒度/μm806050403020105天然石膏筛余/%4.914.415.520.012.7脱硫石膏筛余/%5.015.53.821.931.0注：天然石膏中未计入占8.8%的大于80。烟气脱硫石膏与天然石膏在化学组成上相差不大，品位相当，而天然石膏的杂质以粘土矿物为主，在磨细后颗粒较人，一般在140μm左右。在杂质含星相同情况下，就脱硫石膏而言没有参加反应的碳酸钙颗粒一部分以石灰石颗粒形态单独存在，另一部分以核形式存在于二水硫酸钙中心，这就增加了有效参与水化反应的硫酸钙颗粒数量，使其有效组分高于天然石膏，而天然石膏杂质在水化时一般不能参加反应，在一定程度上使天然石膏性能不及脱硫石膏。脱硫建筑石膏的性能本实验室选取各地，，，脱硫建筑石膏的性能及其与天然建筑石膏的性能比较见表2-8。表2-8脱硫建筑石膏与天然建筑石膏性能比较石膏品种水膏比/%初凝/min终凝/min抗压强度/Mpa抗折强度/Mpa脱硫建筑石膏天然建筑石膏50506.57.511.04.93.9脱硫建筑石膏天然建筑石膏56.756.77.07.512.04.33.2脱硫建筑石膏天然建筑石膏60607.258.012.813.02.4脱硫建筑石膏天然建筑石膏70707.758.512.82.82.0注：脱硫建筑石膏标准稠度56.7%；天然建筑石膏标准稠度60%。从表2-8可以看出，两者标准稠度相差不大，凝结时间非常接近，但抗压强度相差较大。在标准稠度需水量时，脱硫石膏的抗压、抗折强度分别比天然石膏高出100%和80%，比国家标准优等品指标高78%和72%。在用水量高于标准稠度用水量25%时，脱硫建筑石膏的强度仍可达到国家标准优等品水平。而天然建筑石膏的用水量在低于标准稠度需水量6%时，其强度才能达到国家标准优等品水平。脱硫建筑石膏的强度之所以高于天然建筑石膏是由于脱硫建筑石膏的结晶体为柱体，其结构紧密，致密的结品结构网使水化、硬化体有较大的表观密度，它比天然石膏硬化体高10%-20%，因而有较高强度；天然建筑石膏水化产物多为针状、片状结晶，而晶体接触点间压力较大，晶体结构较疏松故硬化体强度较低。2.2.1特征同大然石膏相比，脱硫石膏具有如下特点。脱硫石膏的颗粒过细天然石膏经过粉碎后，细度一般在140μm左右，而脱硫石膏颗粒直径一般为60μm，由于颗粒过细而带来流动性和触变性问题，在工艺中往往应进行特殊处理，改善晶体结构。2、脱硫石膏有一定的含水量脱硫石膏的含水量一般在10%以下，太原第一热电厂脱硫石膏的游离水含量达15%，由于脱硫石膏含水率较高，粘性极强，脱硫石膏在装载、提升、输送的生产过程中，极易堵料，脱硫石膏在生产过程中粘附在各种设备上，造成积料、堵塞、影响生产过程正常进行。3、脱硫石膏的颜色偏深质量优良的脱硫石膏是纯白颜色的，但相当多的脱硫石膏呈深灰色，烟气脱硫石膏作为装饰石膏明显影响外观，其主要原因是烟气除尘系统不正常，烟气中含有较多的粉煤灰，使石膏颜色加深，其次石灰石不纯，含有较多的铁质等杂质。4、脱硫石膏体积密度大例如太原第一热电厂脱硫石膏的体积密度达1000克/升，体积密度对储存、生产工艺和产品性能也有很重要的影响。脱硫石膏的体积密度值决定于脱硫的工艺方法。2.2.2来源及相关处置工艺来源脱硫石膏是石灰石(石灰)一石膏湿法脱硫的副产物。烟气脱硫石膏是通过以下4个步骤产生的。脱硫在吸收塔中，石灰石悬浮液以逆流方向喷向除去了灰尘的烟气。在这个过程中石灰石(CaCO3)与烟气中的502化合产生CaCO3·l/2H2O。这个化学反应以下面的方程式表示：SO2+CaCO3+l/2H2O→CaCO3·l/2H2O+CO2最初得到的CaCO3·l/2H2O在吸收塔中是以亚硫酸钙泥浆形式存在的。如果亚硫酸钙需要转化成脱硫石膏，就需要进一步的反应。（2）氧化把亚硫酸钙转化成硫酸钙二水化合物的过程是一个氧化过程，是通过向吸收塔中悬浮液吹入含氧空气进行的。其化学反应如下；2CaSO3·l/2H2O+O2+3H2O→2CaSO4·H2O亚硫酸钙与氧气反应生成三水硫酸钙。在这个过程中，石膏晶体是通过连续的循环过程生成的，生成晶体的尺寸为30-70μm。石膏分离产生于吸收塔浆体中的二水石膏晶体必须分离出来并且除去杂质，这个过程是在水力旋流器中进行的。水力旋流器的原理是利用离心力场中的沉淀作用进行，这是一种机械分离法，特别适合于5-100μm的粒子。粗的二水硫酸钙粒子通过底流分离出去，并且送到第4步工序去以便进一步处理。细的颗粒通过溢流来分离，并循环回流至吸收塔中继续生一长。（4）石膏冲洗和脱水在这个回收工序的最后阶段，硫酸钙晶体通过使用过滤器和离心机，从产生于水力旋流器底流中的悬浮液中分离出来。分离出来的结晶硫酸钙，用干净的水冲洗，以便清除氯离子、钠离子、镁离子这些水溶性杂质。过滤产物的最终含湿率最大为10%(重量)。这样得到的湿的、细颗粒的、结晶的、高纯度的结晶硫酸钙二水化合物，生成像天然石膏那样性质的脱硫石膏。由于烟气脱硫石膏(FGD石膏)的形成过程与天然石膏不同，因此FGD石膏与天然石膏相比，也存在特殊性。天然石膏是在缓慢、近乎平衡的条件下沉积而成，因此杂质基本上分布于晶体表面，以粘土类矿物为主，晶体结构完整而且发育良好。FGD石膏是在浆液中快速沉淀形成，可溶性盐和惰性物质在晶体内部和表面都有分布，杂质的种类及分布特点成为FGO石膏应用过程中的不利因素。FGO石膏的杂质主要是碳酸钙和可溶性盐。一部分碳酸钙单独存在，这是由于在反应过程中部分颗粒没有参加反应;另一部分碳酸钙存在于石膏颗粒中，这是由于CaCO3与SO2不完全反应所致，石膏颗粒的中心部位为CaCO3。日本Babcock一HtiachiKabushikiKaisha公司申请的美国专利“石灰石一石膏烟气脱硫工艺”，该专利介绍的脱硫原理为：CaCO3+SO2+l/2H2O→CaCO3·l/2H2O+CO2【1】CaSO3·l/2H2O+SO2+l/2H2O→Ca（HSO）2【2】Ca（HSO）2+l/2O2+2H2O→CaSO4·2H2O+H2SO4【3】CaCO3·l/2H2O+l/2O2+3/2H2O→CaSO4·2H2O【4】工艺流程示意图见图2-6。1-高深烟气；3-气体换热器；5-冷却塔；7-吸收塔；9-吸收浆槽；11-清洁烟气；13、19、23、30、35、43、50-阀门；15-循环吸收浆液管线；17-进料管；21、28-支线；22-压缩机；24-循环浆储槽；25-pH调节罐；29-氧化塔；31、33、39、47、51、55、56、61-管线；37-紧急泄料槽；41、59-泵；45-石膏浓缩罐；49-废水处置设备；53-离心机；57、91-储罐图2-6石灰石一石膏烟气脱硫工艺流程示意图2、相关处置工艺脱硫石膏经过厂业处理之后，与天然石膏性能类似，可以应用于下列领域。水泥缓凝剂及水泥制品纸面石膏板石膏灰泥及粉刷石膏纤维石膏板包括木头及玻璃纤维加强石膏板。α—高强石膏石膏矿渣板石膏砌块石膏空心条板及绝热面板自流平石膏改良盐、碱土壤及酸性土壤美国专利涉及脱硫石膏的专利达200多篇，从美国专利分析可知，利用脱硫石膏可开发的产品土要有:石膏灰泥、石膏墙板、木头及玻璃纤维加强纤维石膏板、aαα一半水石膏、建筑砌块、石膏墙板、水泥及其制品、防水石膏材料、农业土壤改良剂、不燃石膏板等。2.2.3危害目前，我国每年产生并排到人气中的二氧化硫已达2000万吨/年(其中燃煤电厂为826万吨/年)，平均到国土面积上约为2吨/平方公里年。石灰石/石膏法脱硫设备每处理一吨二氧化硫就产生脱硫石膏2.7吨，随着我国的火电厂装机容量的逐年递增，到2010年，每年的脱硫石膏达数千万吨，数量相当惊人。在未来十年内，.我国燃煤电厂约有三亿千瓦装机的烟气脱硫装置要建设和投运，目前国内燃煤电厂二氧化硫污染防治的主体技术是湿式“石灰石/石膏法”，脱硫石膏的产量将随着烟气脱硫装置的建设和投运而快速增长。脱硫石膏若得不到合理利用，已经并将进一步成为继二氧化硫、氮氧化物后的又一大污染源。这种转换了形态的污染源含有重金属、酸性氧化物、有机污染物等化学物质，分解的石膏粉末被风带入空气中形成悬浮微粒，经雨水冲刷流入农田、渗入土壤，污染地表水和地下水，会严重损害接触者的健康。脱硫石膏如果得不到充分合理的利用，不仅要占用大量的土地堆放，对地下水资源造成污染，成为转换了形态的污染源一固体废弃物再次污染环境，陷入治污又生污的恶性循环。2.3脱硫石膏的资源化利用趋势全世界使用的最普遍的石膏是天然石膏，然而合成石膏的的消费正在快速增长，特别是在欧洲和北美地区。最常用的合成石膏是由燃煤发电厂的烟气脱硫装置生产的脱硫石膏。其他类型的合成石膏如钦石膏、氟石膏和磷石膏等也能被利用，然而天然石膏的杂质含量以及地域限制影响其需求。合成石膏，特别是烟气脱硫石膏的产量，20世纪90年代在发达国家的利用开始上升，预期将进一步上升。脱硫石膏产量的上升将给电力公司带来两方面的影响：(1)引导20世纪80年代的环境立法；(2)煤燃烧产品处理费用的上升。2003年，全球所有种类的石膏的消费量估计为1.49亿吨。天然石膏的主要市场是用作生产波特兰水泥的缓凝剂，特别是在工业化经济体用作生产锻烧石膏产品，同发达经济体相比要少的多。2003年，水泥生产所消耗的石膏估计为7600万吨(占51.0%)，石膏板和石膏灰泥生产耗用石膏量估计为5850万吨(占39.3%)；使用石膏的另一个主要领域是农业，估计为650万吨(占49%);其他领域应用约800万吨(占5.3%)[58〕。尽管近几年石膏板产量在北美、欧洲和亚洲得到增长，水泥行业仍将延续作为石膏的主要市场。在未来五年，同其他种类的石膏相比，烟气脱硫石膏的消费将以更快的速度上升。由于大量的人口以及目前人均石膏板的消费很低，东欧和亚洲的石膏板市场看来由于投资建设新的生产装置有潜力成为重要的石膏板市场。由于石膏废料的回收利用更为普遍，发达经济体的石膏供应量也在增长。据估计，美国年回收石膏达400万吨；在欧共体和日本，回收石膏的数量也显得日益重要。燃煤电厂提供了我国75%以上的电力，同时也生产多种煤燃烧产品，这些产物既是资源同时也带来废物处理难题。脱硫石膏的利用提供了重大的环境和经济利益。脱硫石膏在国外的成功的应用历史证明了其环境可接受性。当脱硫石膏被利用，天然石膏能够持续利用更长的时间，开矿的费用减少。此外脱硫石膏的资源化利用，可以节省作为脱硫渣的处理费用，节省作为垃圾的掩埋用地，产生作为产品销售的销售额，综合效益十分显署。燃煤电厂的脱硫石膏若能得到充分利用，将其转变为资源和商品，这既符合国家关于加快发展循环经济、实现可持续发展战略和资源节约等国家产业政策，也符合国家发改委关于在循环经济中实现“资源化”的精神，具有良好的发展前景。在未来5年，由于存在合成石膏应用于石膏板的竞争，天然石膏的消费显示较低的增长速度。在未来十年，尽管由于中国在建筑业高速发展的带动下，合成石膏消费增长令人瞩目，然而合成石膏在其他领域中的应用增长缓和，年增长率为1%一2%。2.3.1美国脱硫石膏的生产和消费美国也日益重视脱硫石膏的开发和利用，但由于电厂与石膏公司一般相距较远(数百英里)，加之该国有丰富便宜的天然石膏资源，故脱硫石膏的应用比例相对较小。2001年，美国烟气脱硫石膏的生产量为25.90Mt，使用量达7.30Mt，比2000年增加了50%；脱硫石膏的利用率达到28.20%。在美国，石膏墙板制造领域的脱硫石膏的使用量占了脱硫石膏总使用量的大部分，即占了77.4%。水泥和混凝土占了脱硫石膏其他用途的大部分。农业方面的用途仅占了脱硫石膏总用量的1.5%。然而脱硫石膏在农业上的应用潜力甚至要超过它在石膏墙板上的应用。这种潜力通过示范工程已经得到证实。近年来，美国的脱硫石膏利用率进一步得到提高，进一步取代天然石膏用作生产石膏板，以保护天然石膏资源。另据USGS/ACAA报道，2002年，美国合成石膏的销量已达900多万吨(事实上美国出售的合成石膏全是脱硫石膏)。实际出售石膏量很可能更高，主要是由于不是所有出售的合成石膏都汇总至USGS。1993年以前，出售的合成石膏量增长缓慢，1986年为59.2万吨，1993年为70.8万吨。1993年以后，合成石膏的销量快速增加，部分是由于其用途的扩大，不仅仅局限于制作石膏板。在随后的九年时间(1994-2003)，美国出售的合成石膏从85万吨快速上升至950万吨，年均增长率为31%。2002-2003年，美国出售的合成石膏(脱硫石膏)依次分别为938万吨和950万吨。美国烟气脱硫石膏生产及应用：图2-7列出了1997-2001年美国烟气脱硫石膏的生产量和使用量(Mt)。图2-8列出了1997-2001年美国脱硫石膏的利用率(%)。图2-9列出了2001年美国脱硫石膏的消费领域分布。图2-71997~2001年美国烟气脱硫石膏的生产量和使用量(Mt)由图2-7可知，1997-2001年，美国烟气脱硫石膏的产星增加不多(2230万吨-2590万吨)，然而2001年关国脱硫石膏的使用量却比2000年明显增加(198万吨-730万吨)。图2-8美国脱硫石膏利用率(%)(1997-2001年)由图2-8可知，2001年，美国脱硫石膏的利用率达到28.2%，比2000年提高了50%左右。图2-9美国脱硫石膏的消费领域分布(2001年)由图2-9可知，美国脱硫石膏最大消费领域为墙板，占77%;其次为水泥渣砖材料和混凝土水泥浆，均为6.03%。2.3.2欧洲脱硫石膏的生产和消费欧洲特别是德国在烟气脱硫方面起步早，对脱硫石膏的再利用也非常重视，其经验值得我们借鉴。德国脱硫石膏生产量增长很快。1989年是2500×10³t，这几年已增加到3200×10³t到3900×10³t。几乎所有的需用石膏企业都使用脱硫石膏。其主要用途是建筑制品和水泥缓凝剂。建筑制品主要是纸面石膏板、石膏抹灰、纤维石膏板和矿渣石膏板。由于采用人量的相对便宜的脱硫石膏，德国两个主要石膏公司(Knauf和Rigips)己将部分生产能力迁至电厂附近。英国的天然石膏资源已接近用完，这为脱硫石膏的应用提供了市场。如Sherbum一Elmet石膏板厂准备年用石膏550×10³t。奥地利现在脱硫石膏的利用量己占该国石膏总用量的70%，且这个比例还在不断上升。荷兰也正在与德国合作，生产脱硫硬石膏用于自流平地面施土和水泥缓凝剂，年用脱硫石膏370×10³t。2001年，欧洲脱硫石膏的生产量为1070万t，使用量为865.6万t，烟气脱硫石膏的利用率为80.90%。2001年欧洲脱硫石膏应用领域分布情况见图2-10。图2-102001年欧洲脱硫石膏应用领域分布情况由图2-10可知，欧洲脱硫石膏最大使用领域为石膏板，2001年欧洲用于制造石膏板的脱硫石膏达到550万t；其次为自流平地板，用量为133万t；同时也有部分作为垃圾填理(73.3万t和暂时库存(131万t)。2001欧洲脱硫石膏在各应用领域所占的比例见图2-11。图2-11欧洲脱硫石膏应用领域分布情况(2001年)从图2-11可知，欧洲脱硫石膏最大消费领域为石膏墙板，占了63.54%；其次为白流平地板、水泥缓凝剂和石膏灰泥，分别为15.37%，9.16%和90.0%。2.3.3日本脱硫石膏的生产和消费日本是利用脱硫石膏最多的国家之一。由于该国天然石膏资源匮乏，因此很重视这方面的研究。1975年以前，日本所利用的化学石膏中88%为磷石膏。1975年以后脱硫石膏的利用比例逐年上升，现在脱硫石膏的应用比例己超过磷石膏，其主要的用途是建筑制品和水泥缓凝剂。建筑制品主要是纸面石膏板和石膏矿渣板(又称“埃特利特”）。埃特利特石膏矿渣板是三菱公司的专利产品，它可以直接利用脱硫石膏来制作矿渣板而不必对脱硫石膏进行任何预处理。日本的脱硫石膏质量很好。1979年对21个脱硫石膏生产源进行了调查，平均石膏纯度为97.9%，表面自由水分<10%。2001年，日本脱硫石膏的生产量为1700kt，消费量为1500kt。日本脱硫石膏的利用率为88.24%。日本脱硫石膏的主要应用领域为纸面石膏板和水泥缓凝剂，用于水泥添加剂和石膏板原料的脱硫石膏的比例超过90%。2.