脱硫石膏的资源化利用现状与分析

脱硫石膏的资源化利用与分析刘红岩2，施惠生1，2，单卫良2，3（1.同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海200092；2.同济大学环境材料研究所上海200092；3.上海宝钢生产协力公司，上海201900）ShanghaiBaosteelCooperativeProductionCorporation摘要：本文介绍了烟气脱硫石膏的性能，主要阐述了脱硫石膏的资源化利用现状；初步分析了我国综合利用脱硫石膏的前景和存在的问题，并且相应地提出了一些建议，实现脱硫石膏的再生利用，可以保护环境，也是符合我国可持续性发展战略的。关键词：烟气脱硫石膏；资源化利用；可持续发展RESOURCERECOVERYANDANALYSISOFFLUEGASDESULPHURIZATIONGYPSUMliuHongyan2,ShiHuisheng1,2(1.KeyLaboratoryofAdvancedCivilEngineeringMaterialsofMinistryofEducation，TongjiUniversity，Shanghai200092,China2.InstituteofEnvironmentalMaterials,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract：Thispaperintroducestheperformanceandtheresourcerecoveryoffluegasdesulphurizationgypsum（FGDgypsum）.Problemsofitscomprehensiveutilizationisalsodiscussedandadviceisputforwardaccordingly.ThereuseofFGDgypsumprotectsoureco-environmentandisaccordwiththesustainabledevelopmentstrategyofourcountry.Keyword：fluegasdesulfurizationgypsum；resourcerecovery；sustainabledevelopment1引言脱硫石膏又称烟气脱硫石膏或FGD石膏（FlueGasDesulphurizationGypsum）,是对含硫燃料（煤、油等）燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏。欧洲对脱硫石膏的定义为：来自烟气脱硫工业的石膏是经过细分的湿态晶体，是高品位的二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)。美国测试学会(ASTM)对脱硫石膏的定义为：脱硫石膏在烟气脱硫过程中产生，是一种化工副产品，主要由含两个结晶水的硫酸钙组成[1]。总的来说，脱硫石膏作为石膏的一种，其主要成分和天然石膏一样，都是二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）。其物理、化学特征和天然石膏具有共同的规律，经过转化后同样可以得到五种形态和七种变体，脱硫石膏和天然石膏经过煅烧后得到的熟石膏和石膏制品在水化动力学、凝结特性、物理性能上也无显著的差别。但作为一种工业副产石膏，它具有再生石膏的一些特性，和天然石膏有一定的差异，主要表现在原始状态、机械性能和化学成分特别是杂质成分上的差异，导致其脱水特征、易磨性及煅烧后的熟石膏粉在力学性能、流变性能等宏观特征上与天然石膏有所不同。从表1中可以看出，脱硫石膏的纯度在75%～90%之间，是一种纯度较高的化学石膏，但和国外的先进脱硫工艺相比要低的多，日本和欧洲，其脱硫石膏的纯度达到95%以上。脱硫石膏的碱含量低，有害杂质较少，酸碱度基本呈中性。表1脱硫石膏和天然石膏的化学成分对比（%）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OK2OSO3结晶水应城天然石膏－0.480.4831.25－－－43.1519.06重庆脱硫石膏1.820.340.050.1344.2318.56太原脱硫石膏3.261.900.9731.93－0.090.1540.0916.64分析表明，脱硫石膏是完全可以代替天然石膏作为原料使用，生产各种石膏产品，其质量一般都能符合该产品对石膏原料的标准要求。脱硫石膏完全适合作硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、硫铝酸盐水泥等各类水泥的缓凝剂，能正常的调节水泥凝结时间，且水泥各项性能指标均能正常发展，水泥强度指标与天然石膏作缓凝剂相比相当或更高。2国外脱硫石膏利用现状在20世纪80年代末90年代初,随着脱硫石膏大量产出，德国和日本对脱硫石膏展开了大量研究，实现了脱硫石膏资源化利用，取得了较好的经济、社会及环境效益。2.1日本日本是生产脱硫石膏最早的国家[2,3]，其脱硫石膏再利用的类型主要有：墙板、建筑熟石膏、工业灰泥、粘接剂、石膏天花板等产品，其中超过90%的脱硫石膏主要用于水泥添加剂和墙板原料，但日本的墙板工业越来越倾向于以天然石膏取代脱硫石膏。另外，日本将脱硫石膏与粉煤灰及少量石灰混合，形成烟灰材料,利用这种材料在凝结反应过程中产生的强度，作为路基、路面下基层或平整土地所需砂土。这一技术由美国C.S.I公司开发，作为能廉价大量处理粉煤灰和脱硫石膏的先进技术被引进到日本，目前有50多家工厂正在从事这种材料的生产作业。2.2德国德国在脱硫石膏资源化利用方面具有丰富的经验，大部分脱硫石膏被资源化利用，剩余部分浆液经飞灰稳定后抛弃处置，主要用于填埋露天矿。德国脱硫石膏主要在建筑工业领域应用[4]，约占德国石膏需求总量的50%，脱硫石膏逐渐代替天然石膏的趋势在德国已经形成，因此估计脱硫石膏将来会100%取代天然石膏用于生产胶凝性墙板和水泥。另外，脱硫石膏还用于生产地板衬里和矿物性灰泥，其份额可占该领域的50%。2.3其它生产国家欧洲第二个脱硫石膏生产基地是英国。英国制定了必须使用脱硫石膏的法规,同时对现有石膏厂进行必要投资，生产脱硫石膏。在英国，脱硫石膏主要用于生产石膏板，另外还生产一些专用石膏和石膏涂料，保证盎格鲁—撒克逊石膏工业产品品种十分齐全。荷兰和丹麦的脱硫石膏总产量是70万t/a，由于荷兰和斯堪的维亚没有天然石膏矿，天然石膏主要从西班牙等欧洲国家购买,因此存在脱硫石膏应用的潜在市场。尽管如此，丹麦在20世纪90年代以后才在脱硫石膏生产工艺方面有所突破。在美国，脱硫石膏在农业中有两个应用范例[5]：一是在花生生长过程中应用，通过增大花生颗粒而增加产量；另一例是对缺乏硒元素的土壤进行改良。另外，在欧洲和日本，还有一种以脱硫石膏制得的自流平材料进入工业化商品生产阶段。地面自流平材料是一种无机胶凝型功能材料，具有良好的流动性和稳定性，在未来的混凝土自流平层及旧地面、起砂地面的修补方面具有广阔的前景。3脱硫石膏在我国的利用现状目前我国石膏资源整体特点是：(1)东部地区探明储量几乎没有增加，而且大部分矿山已进入开采中晚期，储量、产量和品位都在逐年下降，后备资源严重不足。(2)西部资源相对丰富，地质条件：简单，远景储量大，但开发利用的条件差，市场容量小。(3)高品位石膏所占比例甚少，仅占总开采量的l%～2%，且多集中在西部，东部发达地区石膏加工业优质石膏的供应已成为制约企业生死存亡的大问题，因此大力发展脱硫石膏的资源化利用更加必要。3.1脱硫石膏在水泥中的应用脱硫石膏在水泥基材料中的应用是大规模处置利用脱硫石膏的重要途径。有研究表明[6]，脱硫石膏不含对水泥基材料性能有负影响的杂质，适宜作水泥基材料添加剂。脱硫石膏中含有部分未反应的CaCO3和部分可溶盐，如K＋、Na＋盐，这些杂质的存在有利于加速水泥水化，激发水泥混合材或混凝土掺合料活性的充分发挥，加之脱硫石膏细度大，在水泥中能与水泥颗粒和混合材颗粒充分接触，迅速发生反应，能有效调节水泥凝结时间。对于矿渣水泥、粉煤灰水泥和复合水泥，脱硫石膏既是缓凝剂，同时又是混合材水化时的硫酸盐激发剂，其中含有的CaCO3对水泥硬化浆体的结构与性能也有改善作用。3.2脱硫石膏在石膏制品中的应用[10]王方群,原永涛，等.脱硫石膏性能及其综合利用[J].粉煤灰综合利用，2004(1)：41～44.[11]李传炽.利用脱硫石膏制造纸面石膏板[J].COALASHCHINA,2004(1):46[12]丁宁，桂苗苗.脱硫石膏综合利用研究[J].建筑技术开发,1999，26(2)：38～39[13]陈云嫩，梁礼明.湿法烟气