脫硫石膏的市場經(jīng)濟效益分析學位論文

蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文）脫硫石膏的市場經(jīng)濟效益分析摘要我國的經(jīng)濟增長正經(jīng)歷新一輪重化工業(yè)階段，經(jīng)濟發(fā)展對能源的依賴程度比發(fā)達國家大得多，人均用電水平將會大幅提高。我國的一次能源結構決定了我國發(fā)電必然以煤電為主的基本格局，這一特征長期難以改變。我國火力發(fā)電廠年用煤占全國煤炭產量的50%左右，我國以煤炭為主的能源消費構成，帶來的最直接的環(huán)境問題之一就是大量灰渣的排放。燃煤電廠排出的固廢（包括脫硫石膏、粉煤灰和爐渣）已經(jīng)被越來越多的實踐證明它們不是廢物，而是非常寶貴的資源，具有很高的經(jīng)濟價值，正所謂“用之為寶，棄之為害”。作為煤燃燒產物，脫硫石膏的綜合利用，不僅可以減少燃煤電廠脫硫產物的堆放場地，減少二次污染，而且可以減少天然石膏的開采量，保護天然石膏資源，節(jié)省開礦費用，增加脫硫石膏產品的銷售額，符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和循環(huán)經(jīng)濟理念，具有重要的現(xiàn)實意義。脫硫石膏是石灰石(石灰)/石膏濕法煙氣脫硫的副產物。在分析了我國脫硫石膏的良好的應用前景與其所帶來巨大的經(jīng)濟效益的同時，本文也指出了脫硫石膏推廣應用中可能會遇到的問題，提出了一些綜合處理措施。這包括脫硫裝置設計和運行煙氣脫硫設備過程中穩(wěn)定脫硫石膏的產量和質量、脫硫石膏用作水泥緩凝劑的問題及處理措施、參考國外脫硫石膏產品質量標準盡快制定適合我國國情的脫硫石膏產品質量標準、推算我國缺少石膏資源的省區(qū)石膏的短缺量以及利用脫硫石膏的技術經(jīng)濟可行性，建議國家出臺有關鼓勵燃煤電廠安裝煙氣脫硫裝置和合理利用脫硫石膏的一些政策，以進一步推進我國脫硫石膏的綜合利用，實現(xiàn)變廢為寶為社會創(chuàng)造更大的價值。關鍵詞：脫硫石膏綜合利用循環(huán)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展可行性經(jīng)濟效益

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

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1.緒論 11.1立題依據(jù) 11.2綜合利用的重要性 21.3綜合利用的發(fā)展前景 41.4綜合利用的發(fā)展前景 72.文獻綜述 82.1石膏的性能、應用及分布 82.2脫硫石膏的特征、來源及危害 192.3脫硫石膏的資源化利用趨勢 253.脫硫石膏生成、質量標準和利用趨勢 303.1脫硫石膏生成過程工藝條件控制 313.2脫硫石膏的提純工藝 353.3脫硫石膏質量標準和利用趨勢 374.脫硫石膏的綜合利用項目技術、市場及經(jīng)濟分析 424.1水泥緩凝劑 424.2石膏板 494.3α型半水石膏 564.4石膏砌塊 584.5建筑膩子粉 594.6石膏用量估算 604.7各種脫硫石膏生產工藝的技術經(jīng)濟比較評述 605.結論 62致謝 63參考文獻 641.緒論1.1立題依據(jù)我國是世界最大煤炭消費國，在我國電源結構中，火電設備容量占總裝機75%以上，2011年全國發(fā)電裝機容量105576億千瓦時，火電裝機容量約為76546億千瓦時以上，需要發(fā)電用煤約10億噸。到2020年預計火電裝機在115000億千瓦時左右，約需煤炭14億噸，煤炭占一次能源消費總量的70%左右。隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，電力需求日益增加，煤炭消耗量亦迅速攀升，連續(xù)多年二氧化硫年排放量居世界首位。在今后較長時期內，電力工業(yè)中以煤炭為主的能源結構不會改變，更不可能減少煤炭的消耗量，因此燃煤電廠煙氣脫硫的副產品——脫硫石膏的排放在短期內不會消除。“在實施國家“十一五”規(guī)劃提出的節(jié)能減排舉措的過程中，黨的十七大又提出了建設生態(tài)文明的戰(zhàn)略目標，這對于電力工業(yè)特別是火電企業(yè)的發(fā)展提出了新要求，火電企業(yè)要清晰地認識到自己的生產所導致污染環(huán)境排放的種類、成因、危害和治理的重點，在科學發(fā)展觀的指導下，采取切實可行的技術方法或手段進行有效治理，承擔解決溫室氣體效應問題的國際義務，確實履行好降低污染排放，減少環(huán)境污染的企業(yè)社會責任，通過技術進步和技術創(chuàng)新，實現(xiàn)又好又快的跨越式發(fā)展，為國民經(jīng)濟增長和社會進步提供堅實的保障[[]中促進節(jié)能減排的發(fā)電企業(yè)泥所.水泥性能及其檢驗[M].北京:中國建材工業(yè)出版社版,1994.]（華北電力大學1）。據(jù)相關研究報告的預測，“十一五”期間電力需求的平均增長率為5.6%左右，在2005年用電量為24747億千瓦時的基礎上，2010年全社會用電量達到29536億千瓦時，用電需求的持續(xù)增長必然要求電力供給的持續(xù)增長。截至2011年底，全國發(fā)電裝機容量達到105576億千瓦時，其中，水電達到23051億千瓦時[]中促進節(jié)能減排的發(fā)電企業(yè)泥所.水泥性能及其檢驗[M].北京:中國建材工業(yè)出版社版,1994.鑒于我國燃煤發(fā)電廠大多采用石灰石(石灰)/石膏濕法煙氣脫硫工藝，脫硫石膏的產量將隨著石灰石(石灰)/石膏濕法煙氣脫硫裝置的不斷建設而快速增加，以及我國脫硫石膏的開發(fā)利用雖然已經(jīng)從起步階段進入了實質性的控制階段，但是脫硫石膏的利用成為煙氣脫硫企業(yè)的難題之一。因此，我們應該對脫硫石膏的處理技術加以創(chuàng)新、開拓新的用途，進行全面的綜合利用，這樣不僅可以減少燃煤電廠脫硫產物的堆放場地，減少二次污染，而且可以減少天然石膏的開采量，保護天然石膏資源，符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和循環(huán)經(jīng)濟理念，減少原料成本，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，因此，選擇“脫硫石膏的市場經(jīng)濟效益分析”作為研究課題，試圖為脫硫石膏打開更廣闊的市場去實現(xiàn)其更大的價值。1.2綜合利用的重要性我國燃煤發(fā)電廠大多采用石灰石(石灰)/石膏濕法煙氣脫硫工藝，脫硫石膏的產量將隨著石灰石(石灰)/石膏濕法煙氣脫硫裝置的不斷建設而快速增加，以及我國脫硫石膏的開發(fā)利用尚處于起步階段，脫硫石膏的利用成為煙氣脫硫企業(yè)的難題之一。1.2.1目前脫硫石膏利用所存在的問題石灰石(石灰)一石膏濕法脫硫工藝采用價廉易得的石灰石或石灰作脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)破碎磨細成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液。當采用石灰為吸收劑時，石灰粉經(jīng)消化處理后加水制成吸收漿。在吸收塔內，吸收漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應被脫除，最終反應產物為石膏。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器除去帶出的細小液滴，經(jīng)換熱器加熱升溫后排入煙囪。脫硫石膏漿經(jīng)脫水裝置脫水后回收。由于吸收漿液循環(huán)利用，脫硫吸收劑的利用率很高。由于脫硫石膏含水量較高，所含雜質量與天然石膏也存在差別，因此脫硫石膏能否得到綜合利用，己成為客戶選擇煙氣脫硫(fluegasdesulufriaztino，F(xiàn)GD)一上藝的重要考慮內容。煙氣脫硫技術開發(fā)以及脫硫石膏應用開發(fā)企業(yè)只有選擇合適的FGD工藝制備質量指標能滿足使用要求的脫硫石膏，積極開發(fā)脫硫石膏制品的生產技術，選擇適當?shù)墓に嚭驮O備使之產業(yè)化，并與FGD技術配套，才能在競爭劇烈的FGD市場中贏得主動，得到用戶的信賴。可以預計，我國未來脫硫石膏的產量將隨著副產物脫硫石膏可得到利用的石灰石(石灰)一石膏濕法脫硫裝置的建設而快速增加。脫硫石膏能否得到合理的利用，也關系到能否避免脫硫石膏的二次污染和占用堆放場地等問題。石灰石(石灰)一石膏濕法脫硫的副產物是石膏。采用成熟的煙氣脫硫工藝得到的脫硫石膏，其品質較為穩(wěn)定，CaSO4·2H2O含量較高，可以代替天然石膏用作水泥緩凝劑和石膏板等建筑石膏制品。但由于我國天然石膏分布較廣，石膏市場供應比較充足，加上電廠建設綜合利用脫硫石膏裝置仍然需要一筆不小的投資，因此仍然有不少電廠的脫硫石膏未能得到有效的處置和利用，而是作為廢物堆放著，這既占用了大量寶貴土地，又有可能造成二次污染。脫硫副產物、脫硫廢水均能得到合理地利用或處置成為選擇煙氣脫硫工藝的主要技術原則之一。由于我國引進煙氣脫硫技術的時間不長，對脫硫石膏的應用開發(fā)起步較晚，同國外發(fā)達國家相比，無論是脫硫石膏的應用領域還是大型生產裝置設計和制造方面都存在不少差距。因此，了解目前國外脫硫石膏的應用概況，結合我國石膏工業(yè)的實際情況進行分析，提出我國脫硫石膏的開發(fā)方向，具有重要的現(xiàn)實意義。針對我國脫硫石膏的應用現(xiàn)狀以及各地的石膏資源分布，分析綜合利用脫硫石膏的技術、經(jīng)濟以及市場的可行性，顯得必要和迫切。在對我國脫硫石膏的綜合利用進行分析之前，本文作者對國外有關石膏特別是脫硫石膏的生產和應用情況進行了較為全面檢索和跟蹤，力求將國外脫硫石膏的最新利用情況作一概述分析，以達到“他山之石，可以攻玉”的效果。國外的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可作為重要的參考。只有綜合考慮我國的天然石膏的分布、各地區(qū)的石膏制品的開發(fā)應用情況、政策因素、運輸費用以及脫硫石膏與天然石膏的性能比較等多方面因素進行分析，才能得到有關脫硫石膏近期以及未來的主要應用領域的較為科學的結論，為我國脫硫石膏的綜合利用指明方向。（浙江大學）1.2.2國家的相關政策及措施（1）1990年12月，國務院環(huán)境保護委員會第19次會議通過了《關于控制酸雨發(fā)展的意見》提出包括征收工業(yè)燃煤二氧化硫排污費在內的4項決定，標志著酸雨控制提上了國家的實施日程；（2）1995年8月，全國人大常委會通過了新修訂的《中華人民共和國大氣污染防治法》，規(guī)定在全國劃定酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)，在“兩控區(qū)”內強化對酸雨和二氧化硫污染的控制。國家環(huán)境保護局于1995年底組織開展了“兩控區(qū)”劃分工作，其規(guī)劃如圖1-1；（3）1999年，國家環(huán)保總局印發(fā)了《關于1999年酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)工業(yè)目標》，要求各地市完成本地區(qū)的二氧化硫污染綜合防治規(guī)劃；（4）2001年4月，國家環(huán)境保護總局制定了國家環(huán)境科技發(fā)展“十五”計要，重點之一是“在‘九五’的基礎上，繼續(xù)開展火電廠煙氣脫硫工藝與裝備的研究開發(fā)，大力發(fā)展應用高新技術脫硫、除塵新工藝，并開展產業(yè)化示范；（5）2002年1月30日，國家環(huán)?？偩?、國家經(jīng)貿委、科技部聯(lián)合發(fā)布了《燃煤二氧化硫排放污染防治技術政策》；（6）2003年1月1日，我國的《潔凈生產促進法》開始實施。消減SO2排放是電力行業(yè)推行潔凈生產的重點，也是社會關注的焦點，許多地區(qū)已開始或即將實施脫硫計劃；（7）2004年1月1日，《火電廠大氣污染物排放標準》正式實施。新的標準規(guī)定不同時段的火電機組的粉塵、二氧化硫、氮氧化物的最高排放濃度的標準。其他時段也明確了現(xiàn)在和未來的濃度限額。標準的修改和時段的規(guī)定，使電廠看到了環(huán)保日趨嚴格的發(fā)展趨勢，脫硫脫硝治理由觀望變成行動；（8）《中國21世紀人口資源環(huán)境與發(fā)展白皮書》；1997年中共十五大把可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略確定為“我國現(xiàn)代化建設中的必須措施”；2002年中共十六大把“可持續(xù)發(fā)展能力不斷增強”作為全面建設小康社會的目標之一；（9）國務院《關于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的指導意見》將電力行業(yè)列為我國當前開展循環(huán)經(jīng)濟的重點領域之一；《國務院關于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》則明確要求電力企業(yè)組織編制行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟推進計劃；圖1-1酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)劃分方案示意圖1.3綜合利用的發(fā)展前景1.3.1燃煤發(fā)電在電力工業(yè)中的前景“十二五”期間，全國規(guī)劃煤電開工規(guī)模3億千瓦，其中煤電基地開工1.97億千瓦，占66%；投資規(guī)模2.9億千瓦，其中煤電基地投產1.5億千瓦，占52%，2015年我國煤電裝機預計達到9.33億千瓦?！笆濉逼陂g，全國煤電規(guī)劃開工規(guī)模2.6億千瓦，其中煤電基地開工1.63億千瓦，占62.7%；投產規(guī)模2.5億千瓦，其中煤電基地投產1.36億千瓦，占54.6%，東中部受端地區(qū)投產6200萬千瓦，占24.6%。2020年我國煤電裝機預計達到11.6億千瓦。根據(jù)以上“十二五”、“十三五”期間電力工業(yè)的規(guī)劃，我們可以判斷出燃煤發(fā)電在我國電力行業(yè)中所占有重要的地位在未來幾十年不會有所改變。1.3.2煙氣脫硫技術的發(fā)展SO2控制技術的研究從20世紀初至今已有近100年的歷史。自20世紀60年代起，一些工業(yè)化國家相繼制定了嚴格的法規(guī)和標準，限制煤炭燃燒過程中SO2等污染物的排放，這一措施極大地推動了SO2控制技術的發(fā)展。進入70年代以后，SO2控制技術逐漸由實驗室階段轉向應用性階段。據(jù)美國環(huán)保署1984年統(tǒng)計，世界各國開發(fā)、研制、使用的SO2控制技術達184種，而目前的數(shù)量已超過200種。這些技術概括起來可分為三大類：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫及燃燒后脫硫。燃燒前脫硫主要指選煤、煤氣化、液化和水煤漿技術；燃燒中脫硫指低污染燃燒、型煤和硫化床燃燒技術；燃燒后脫硫也即所謂的煙氣脫硫技術。煙氣脫硫技術（FlueGasDesulfurization）是世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應用的脫硫方法，也是控制SO2污染的效率最高和最主要的技術手段。根據(jù)脫硫劑及脫硫產物形態(tài)的不同，煙氣脫硫技術可分為干法煙氣脫硫、濕法煙氣脫硫以及半干法煙氣脫硫。（1）干法煙氣脫硫技術（DFGD）脫硫反應和產物處理均在干狀態(tài)下進行。該法具有無污水及廢酸排出、設備腐蝕小，煙氣在凈化過程中無明顯溫降、凈化后煙氣溫度高、利于煙囪排氣擴散等優(yōu)點，但存在脫硫效率低，反應速度較慢、設備龐大等問題。干法煙氣脫硫技術由于能較好地回避濕法煙氣脫硫技術存在的腐蝕和二次污染等問題，近年來得到了迅速的發(fā)展和應用。（2）濕法煙氣脫硫技術（WFGD）該法是以水溶液或堿性漿液作脫硫劑對煙氣中的SO2進行反應吸收，生成的脫硫產物存在于水溶液或漿液中。濕法煙氣脫硫工藝是目前世界上應用最廣的FGD工藝，該工藝主要使用石灰石(CaCO3)、石灰(CaO)或碳酸鈉(Na2CO3)等作為脫硫劑，在反應塔中對煙氣進行洗滌，從而除去煙氣中的二氧化硫。（3）半干法煙氣脫硫技術（SDFGD）半干法兼有干法和濕法的一些特點，是脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫在濕狀態(tài)下再生（如水洗活性炭再生流程）或者在濕狀態(tài)下脫硫在干狀態(tài)下處理脫硫產物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術。在濕狀態(tài)下脫硫在干狀態(tài)下處理脫硫產物的半干法，以其既有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優(yōu)點，又有干法無污水廢酸排出、脫硫產物易于處理的好處而受到人們的關注。在以上介紹的三種煙氣脫硫技術中，濕法煙氣脫硫技術作為一種相對比較成熟、脫硫效率較高的脫硫技術，在國內外得到了最廣泛的應用，并一直在脫硫市場中占據(jù)著主導地位。目前在世界上已經(jīng)建成的脫硫裝置中，濕法脫硫裝置的數(shù)量占85％左右。我國自90年代開始從國外引進的煙氣脫硫技術大多為濕法脫硫技術，例如重慶珞璜電廠的一期（2×360MW機組）與二期（2×360MW機組）脫硫工程引進的日本三菱重工濕式石灰石－石膏法煙氣脫硫技術；重慶電廠(2×200MW機組)、杭州半山電廠（2×125MW機組）和北京熱電廠(2×165MW機組)引進的德國斯坦米勒公司的石灰石-石膏法脫硫技術；沙角A電廠(5號機)300MW機組煙氣脫硫工程采用美國MET石灰石一石膏濕法脫硫工藝以及廣東國華粵電臺山發(fā)電公司1號機組脫硫工程(600MW機組)從日本引進的千代田CT-121鼓泡塔濕式石灰石－石膏法煙氣脫硫技術等。此外，在消化吸收國外的脫硫技術的基礎上，國內所開發(fā)的脫硫裝置也大多法脫硫設備，例如浙江大學研發(fā)的旋流板脫硫裝置、清華大學研發(fā)的液柱噴射塔以及天津大學研發(fā)的WX／4U型脫硫裝置等都采用濕法煙氣脫硫工藝。但是我國濕法脫硫裝置在實際運行中也存在著一些問題：（1）濕法脫硫裝置的初投資比較大，這主要是針對引進國外的脫硫設備及技術而言，但隨著脫硫裝置國產化的進一步發(fā)展，濕法脫硫裝置的投資已經(jīng)下降了不少，已不再是非常突出的矛盾。（2）濕法脫硫裝置在運行中存在著結垢、堵塞、腐蝕和磨損。（3）濕法脫硫裝置的操作費用比較高。盡管濕法脫硫技術存在著一些不足，但是作為污染控制技術，保持高的脫硫效率和穩(wěn)定的操作是最重要的，而且隨著濕法脫硫技術的不斷更新，上述問題正隨著時間的推移而逐步得到解決。因此，濕法脫硫技術作為鍋爐煙氣脫硫技術的主要手段在近期不會有太大的改變。目前我國脫硫市場所存在的問題不是采取什么樣的脫硫技術，而是如何在現(xiàn)有的引進的脫硫技術及裝置以及我國自行研發(fā)的脫硫裝置的基礎上進行工藝及工程優(yōu)化是目前最緊迫的。（天津大學）1.3.3脫硫石膏綜合利用的途徑及意義根據(jù)我們所調研的情況，目前火電廠脫硫石膏的綜合利用的方式如下:(1)未經(jīng)任何加工，出售給大型石膏板廠。(2)用于制造石膏砌塊。我國雖在外墻建設中大力推薦以石膏砌塊代替實心粘土磚，但目前最大的石膏砌塊生產線僅30萬平方米，每年約可利用脫硫石膏2萬噸(濕基)，大部分生產線都是10萬平方米以下的小生產線，用量不大，市場未推開。石膏砌塊的生產要求大量的晾曬場地，占地面積過大，不適宜我們集團。(3)用于制造模具石膏。我國模具石膏市場較大，但是目前用脫硫石膏制造模具石膏還存在技術工藝和脫硫石膏白度的問題，工藝不成熟，有待進一步開發(fā)新技術。(4)目前，紙面石膏板的市場容量幾乎飽和，被幾大公司壟斷，留給我們的市場空間極小，而且我們的石膏雜質成分中鎂和氯的含量過大，不適宜紙面石膏的生產。(5)用作土壤改良劑。上海等地有用做海灘鹽堿地改良的報道，但未見真正實施的報道。這一方法雖具理論可行性，實踐上還有很多問題有待解決。(6)用于水泥緩凝劑。這種產品附加值不高，利潤也不可觀，但卻不失為大規(guī)模處理脫硫石膏的主要途徑之一，在水泥生產中，為了調節(jié)和控制水泥的凝結時間，一般需摻入石膏作為緩凝劑。(7)粉刷石膏是新興的建筑材料，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水泥石灰砂漿，具有輕質、高強、節(jié)能等特點，且粘結性能較好，不易起殼和開裂，并可以有效解決混凝土剪力墻等各類墻體的保溫問題。市場潛力大，生產附加值高，我們可以在這方面進行深入研究和發(fā)展。對占用土地堆放的脫硫石膏進行綜合利用，一是從根本上解決了企業(yè)的負擔，二是開辟了工業(yè)利廢循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的新途徑，三是給企業(yè)創(chuàng)收，四是增加社會就業(yè)機會，有效的帶動了當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。1.4綜合利用的發(fā)展前景在充分檢索和分析國內外文獻資料的基礎上，本論文要達到如下目標:(1)調查我國天然石膏資源分布以及利用概況;(2)詳細檢索發(fā)達國家石膏特別是脫硫石膏的綜合利用情況;(3)分析脫硫石膏的性能特點以及與天然石膏的性能比較;(4)詳細分析國內脫硫石膏的科研開發(fā)及生產利用情況;(5)分析利用脫硫石膏存在的難點，包括脫硫石膏運輸費用、政策因素以及與天然石膏的市場競爭等;(6)提出我國脫硫石膏的綜合利用對策。

文獻綜述在對脫硫石膏的綜合利用分析之前，對石膏的性能、用途以及我國天然石膏的分布、脫硫石膏與大然石膏不同特點等作一概述，以利于對脫硫石膏的綜合利用作出科學的分析。2.1石膏的性能、應用及分布純的石膏是一種白色透明的礦產，然而有時由于雜質的緣故使石膏礦帶上灰色、褐色和粉紅色。石膏的化學名稱為二水硫酸鈣，化學分子式為CaSO4·2H2O。當石膏被加熱時，石膏將失去四分之三的水成為半水石膏(CaSO4·1/2H2O)，半水石膏是軟的且容易被磨成粉，稱之為半水石膏灰泥或者稱之為燒石膏、熟石膏。當熟石膏粉與水混合將會形成灰泥或石膏漿，然后會被干燥變得象巖石一樣硬。化合態(tài)結合的水，如前所述的經(jīng)加熱脫除的水，會被重新結合，熟石膏將回復到石膏原始的化學組成。當半水石膏成漿狀，它可在兩層紙之間被灌注而制得石膏板。半水石膏漿液也被用于填充裂縫和縫隙，或者灌注模子。石膏成為理想的建筑材料是由于石膏具有防火、儲量豐富、價廉、通用性好、以及強度好。石膏建材也能降低和控制噪音，石膏制品的應用對環(huán)境有益。日前,我國約有80%左右的石膏用作水泥緩凝劑。水泥中加入石膏，可使其凝結時間合理，避免快凝現(xiàn)象，并可提高強度和抗凍性，降低干縮率，但其摻入量一般不超過3.5%。用石膏制作的板材、墻體構件等建筑制品，具有質輕、抗震、隔音、隔熱、阻燃、裝飾性能好，便于高效機械化生產，提高施工速度等諸多優(yōu)點，已成為一種發(fā)展迅速的新型建筑材料，需求量日益增長。用石膏作建筑膠結材料，用于建筑砂漿和隔熱混凝土，制作屋面、瓦及天花板等。石膏在造紙、油漆、橡膠、化工、塑料、紡織工業(yè)中用作填料。缺硫地區(qū)可用以制硫酸，但不經(jīng)濟。在農業(yè)上用石膏做鈣、硫養(yǎng)料，可提高農作物產量。此外，石膏還廣泛應用于醫(yī)藥、食品、制作模型及藝術品等諸多方面。不同用途對石膏的種類、含量有不同的要求，詳見表2-1。不同用途對石膏礦石中的雜質也有不同的限制，如紙面石膏板對K、Na、CI含量;醫(yī)用及食品用石膏對As、S、Se、Cr、F、Cl、MgCl2的含量;建筑、醫(yī)用及食品對石膏中的放射性元素的含量均有限制，可在具體指標中確定。我國有豐富的石膏礦產資源，己探明的各類石膏儲量約為570億噸，居世界首位。我國石膏礦產資源分布示意圖2-1所示。由圖2-1分析可知，我國天然石膏資源分布較廣，有24個省(市、自治區(qū))已探明有石膏資源，其中儲量超過10億噸的9個省(市自治區(qū))依次是山東(375.17億噸)，內蒙古(34.53億噸)，青海(26.82億噸)，湖南(24.74億噸)，湖北(15.75億噸)，寧夏(5.77億噸)，西藏(12.20億噸)，安徽(11.04億噸)，江蘇(10.03億噸)，石膏比較貧乏的地區(qū)是東北、華北以及華東地區(qū)的浙江省、江西、福建以及海南等省份。我國石膏礦石不同品級的儲量及所占百分比如表2-2所示。由表2-2分析可知:(1)我國己經(jīng)探明的石膏和硬石膏儲量中，品位在“>65%~75%”的最多，儲量分別為129億噸和309億噸，分別占己探明儲量的65%和84%；高品位(>95%)的石膏和硬石膏的儲量最少，儲量分別為3億噸和4億噸，分別占已探明儲量的2%和1%。(2)我國己利用和可供近期利用的礦產地石膏和硬石膏儲量中:石膏以品位為65%一75%最多，達74億噸(占56%);其次為75%一85%品位，為44億噸(占33%)；硬石膏以品位為85%一95%最多，達26億噸(占75%):其次為>95%品位，為4億噸(占9%)。表2-1石膏的分級和用途等級礦物成分(%)主要用途A型B型H2OCaSO4·2H2OCaSO4·2H2O+CaSO41≥95—≥19.8醫(yī)用、食品、藝術品模型2≥85—≥17.19建筑用品3≥75≥75≥15.70≥13.354≥65≥65≥13.60≥11.95水泥緩凝組分農用、含硫肥料5≥55≥55≥11.51≥10.55注：據(jù)《中華人民共和國建筑材料工業(yè)部標準JC16一82》表2-2中國石膏礦石不同品級的儲量及所占百分比礦產地礦石平均品位（%）已探明儲量的礦產地己利用和可供近期利用的礦產地石膏硬石膏石膏硬石膏探明存量（億t）百分比（%）探明存量（億t）百分比（%）探明存量（億t）百分比（%）探明存量（億t）百分比（%）55~65631956438>65~7512965309847456——>75~85472441443338>85~95126339972675>953241——49合計19710036910013310036100資料來源：中國礦業(yè)網(wǎng)石膏礦資源圖片來源：中國一上業(yè)礦物材料網(wǎng)()我國己利用和可供近期利用的礦產地的石膏保有儲量見圖2-2。圖2-2中國已利用和可供近期利用各品位(%)的石膏保有儲童同大多品位較低的天然石膏相比，脫硫石膏CaSO4·2H2O含量普遍較高，一般可達90%以上，因此在要求CaSO4·2H2O含量較高的石膏板以及石膏模具的生產中，脫硫石膏具有較強的市場競爭力；而對于用于品位要求較低的水泥緩凝劑而言，使用脫硫石膏可以節(jié)省水泥生產成本。2.1.1石膏在建筑業(yè)、建材業(yè)中的用途石膏在建筑業(yè)、建材業(yè)中有著廣泛的用途，是多種建筑材料及制品的重要原材料。利用石膏可以制作一系列產品：(1)石膏板。包括紙面石膏板，石膏纖維板，石膏刨花板，石膏空心條板，石膏空心大板。(2)石膏砌塊。包括實心砌塊，空心砌塊。(3)粉刷石膏。(4)石膏天花板及裝飾件。(5)石膏線角。(6)石膏磚。(7)石膏粘結劑。(8)水泥緩凝劑。(9)加氣混凝土外加劑。(10)石膏灰漿(用于白流平地面)(11)石膏模具，其中衛(wèi)生陶瓷工業(yè)用量較大。1.熟石膏的生產工藝流程生石膏干法鍛燒工藝為:生石膏從采場運來后先經(jīng)過儲存和精選，以保證給料連續(xù)和質量穩(wěn)定。給料經(jīng)過一段破碎(顎式破碎機)至8cm以下，再經(jīng)二段破碎(錘式破碎機)至2cm以下，然后經(jīng)斗式提升機給入鍛燒窯中鍛燒。通過控制窯的溫度，可分別生產β型半水石膏、無水石膏及過燒石膏。β型熟石膏的生產工藝流程一般是:礦石儲存→破碎→均化→鍛燒脫水→陳化→粉磨與混包裝，用炒鍋鍛燒時先磨粉后鍛燒。α型濕法鍛燒工藝藝及流程一般是：石膏原料倉→篩分機→高壓釜蒸壓及烘干→破粉碎→均化儲→包裝搬運。用水熱法生產α刑半水石膏的流程為：石膏原礦→破碎→磨粉→反應釜(加水與藥劑)→清洗→脫水干燥→包裝。石膏生產常用技術設備石膏破碎常用的設備有顎式破碎機、圓錐破碎機、反擊式破碎機、輥式破碎機、錘式破碎機等。干法鍛燒常用直接鍛燒和間接鍛燒兩種設備。直接鍛燒設備如回轉窯、粉磨鍛燒一體化裝置(彼得磨、高溫風掃磨等)。間接鍛燒設備如回轉式鍛燒爐、炒鍋(土炒鍋直接鍛燒)、臥式鍛燒爐、立式鍛燒爐等。濕法鍛燒設備有臥式、立式蒸壓釜，硫化罐等。2.1.2石膏建材的突出特點石膏用做建筑材料或建材制品有如下突出優(yōu)點和比較優(yōu)勢。在建筑業(yè)、建材業(yè)廣泛使用的水泥、石灰、石膏三大膠結材料中石膏的生產能耗最低。水泥、石灰、石膏生成最終產物的焙燒溫度分別為1450℃、850一950℃、170℃。石膏的生產能耗僅為水泥的l/4，石灰的l/3。建筑石膏的燒成、石膏制品的生產和應用過程中不排放廢渣、廢水和對人體有害的物質，僅排出水蒸汽和一定粉塵。材料在使用后可回收再利用，不產生廢料，不增加環(huán)境負荷。建筑石膏是不燃材料，在發(fā)生火災時其所含的結晶水分解產生大量水蒸氣，水蒸氣幕阻隔燃燒的蔓延。在石膏中結晶水分解完后，受體的溫度才從140℃開始繼續(xù)上升，二水硫酸鈣中結晶水分解速度每15min為6min，對8cm厚的制品其耐火等級在4h以上。而且石膏在受火時不易產生崩裂。建筑石膏及制品的成型水料比在0.6~0.8，水化硬化后大量游離水在干燥過程中蒸發(fā)，制品中留下大量孔隙。在室內濕度大時，這些孔隙將水分吸入，濕度小時又釋放出來，形成調節(jié)室內濕度的“呼吸功能”使人感到舒適。石膏建材制品生產速度快，施工效率高，基本上屬干作業(yè)。由于制品尺寸精度高，墻面不用抹灰，只需刮一層薄薄的膩子找平即可，不像水泥砂漿面層需等28天后才能進行裝飾。因此，可以說建筑石膏是能真正實現(xiàn)清潔生產的標準的綠色建材、生態(tài)建材、環(huán)保建材，是可以實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的，安全、舒適、環(huán)保的建筑材料。2.1.3國內外石膏的生產開發(fā)利用概況石膏在世界的每一個洲都有發(fā)現(xiàn)，是應用最廠廣泛的材料之一。在美國，大部分石膏被用作制造住宅、辦公樓以及商用建筑用的石膏墻板和石膏灰泥。平均每一個美國的新家庭將花費7.31噸石膏，或者換句話說，需要571m2石膏板（單位面積石膏板重量為12.8kg/m2）。1、世界主要石膏生產國石膏產量根據(jù)USGS“礦物年鑒”的數(shù)據(jù)稱2004年全球開采且消費的天然石膏達到10600萬噸。美國的開采量最大，達到1800萬噸，占全球開采量的17％；其后依次為伊朗（10.8％），加拿大（8.5％），西班牙（7.1％），中國（6.5％即690萬噸）(但根據(jù)中國有關部門統(tǒng)計為2900萬噸，主要用于水泥生產)，其它進入前10位的國家有泰國、澳大利亞、法國和德國，這10個國家的開采量加起來占全球的72％。2、全球石膏的主要應用領域2010年全球石膏在主要應用領域的用量及其所占比例參見表2-3所示。表2-3全球石膏在主要應用領域的用量及其所占比例(2010年)國家應用領域美國90%用于生產石膏墻板、抹灰制品（約1500萬t）；其余用于水泥生產和農業(yè)（約100萬t）。中國50%以上用于水泥、石膏板、陶瓷行業(yè)（約3230萬t）；其余用于農業(yè)等（約3000萬t）。俄羅斯70%用于墻板及其他板材的生產；大約8%的石膏直接由建筑公司消費；5%用于陶瓷工業(yè)部門；其他消費部門有醫(yī)藥、肥料、采礦回填及冶金助熔劑等。由表2-3可知，全球石膏的主要應用領域為水泥以及石膏板及石膏灰泥，約占90%左右；用作農業(yè)以及其他領域為10%左右。3、全球石膏板主要生產企業(yè)全球石膏板產量最大的為英國的BPB公司，其全球石膏板總產量為143萬噸左右；其次為美國的USG公司，產量為120萬噸左右；第三位為德國的Knauf公司，產量為100萬噸左右；第四位為法國的Laafgre公司，產量為90多萬噸；第五位為美國的NatinoalGypusm公司，產量為80多萬噸；第六位為日本的Yoshino公司，產量為70萬噸；第七位為美國的GoergiaPacfic公司，產量為50多萬噸。上述7家公司主導世界的石膏板產業(yè)。其中的3家(BPB，Knauf和Laafgre)為跨國公司，至少在四個地區(qū)建有石膏板生產工廠。三家美國公司(USG，NatinoalGPyusm和GeorgiaPacfic)和日本的Yosllino公司僅僅在本國建石膏板生產工廠。因此，全球石膏板主要生產企業(yè)為歐、美企業(yè)，這土要原因是歐、美地區(qū)建筑應用石膏建材比較普遍以及石膏加工技術先進。4、全球石膏板生產分布世界石膏板的生產裝置主要集中在北美、西歐和日本。2004年，全球石膏板產量估計在78億m2左右，新增加的石膏板生產線主要在美國，大部分以脫硫石膏為原料。東歐和亞洲的石膏板市場由于人量的人口、目前人均消費的石膏板很低，以及有更多的資金投入新建石膏板生產工廠，將成為最重要的潛在市場。2004年世界主要石膏板生產國家及其所占比例見圖2-3。圖2-3世界主要石膏板生產國家及其所占比例(2004年）5、石膏在我國各領域所占比例我國普通大然石膏和纖維石膏在各領域所占的比例見圖2-4和圖2-5。由圖可知，我國普通天然石膏的主要應用領域在水泥行業(yè)，纖維石膏主要應用于農業(yè)。圖2-4中國普通天然石膏在各領域所在應用比例圖2-5中國纖維石膏在各領域所占應用比例我國主要石膏板生產企業(yè)我國石膏板生產企業(yè)主要有：山東泰和集團、北新建材(集團)有限公司以及部分外資獨資或合資企業(yè)。據(jù)報道，歐洲三大石膏公司英國的BPB公司、法國的Lafarge公司和德國的Knauf公司均在中國有較人的投資。其中Knauf公司2001年在中國建造了第二家石膏制品生產廠。我國主要石膏板生產企業(yè)見表2-4。表2-4中國主要石膏板生產企業(yè)序號企業(yè)名稱石膏板產量m2/年1北新建材(集團)有限公司5000萬2上海拉法基小野田石膏建材有限公司2500萬3可耐福石膏板(蕪湖)有限公司2000萬4可耐福石膏板(大津)有限公司6000萬5山東泰和集團25000萬2.1.4國內外合成石膏應用現(xiàn)狀國外應用概況合成石膏是作為減少燃煤電廠煙氣二氧化硫排放的煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)的副產品。電廠煙氣脫硫系統(tǒng)不僅保持空氣清潔，而且能夠提供可支撐的、生態(tài)合理的純石膏資源。合成石膏也可由各種其它的酸中和工業(yè)過程而制得。全球合成石膏的產量幾乎毫無疑問地己經(jīng)超過天然石膏的產量，然而用于出售加工使用的合成石膏要比實際產量少得多。合成石膏的主要品種及產量分別為：磷石膏，年產量可能己超1億噸;其次為煙氣脫硫石膏，年產量為4000-5000萬噸;欽石膏，年產量為600-700萬噸;其他來源的合成石膏產量為100-300萬噸。商業(yè)應用的合成石膏，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，估計為2000萬噸，大部分為煙氣脫硫石膏。煙氣脫硫產生的副產石膏，用于替代天然石膏生產石膏板等產品，其質量參數(shù)主要有：游離水分含量、純度、水溶性鹽類含量、亞硫酸鹽含量、碳酸鹽含量、pH值、氣味、毒性等。此外，不同用戶、不同應用領域對脫硫石膏的顆粒大小、飛灰含量、晶型以及顏色也有不同的要求。具體可參見表3-4。雜質含量偏高對脫硫石膏的應用的危害：水分含量大于14%的脫硫石膏基本無法再加工；氯化物含量偏高，在建筑制品中容易使鐵釘產生銹蝕；鉀、鈉、鎂含量偏高，容易使石膏產品表面結鹽霜，產生粉化效應，以致使紙面石膏板面紙脫落；亞硫酸鹽含量偏高，也無法利用。2、國內應用狀況2003年至2011年，我國水泥產量從7.5億噸增加至20.63億噸，同比增長16.1%，增速同比加快0.6個百分點。我國能夠提供的天然石膏看來是不足的，很可能利用人量的磷石膏和其他合成石膏作為水泥的緩凝劑或其他石膏建材產品。例如泰和集團在江蘇省江陰市投資1.2億元人民幣，百分之百利用電廠煙氣脫硫石膏為原料生產石膏板，建設年產6000萬m2石膏板項目。1992年以來，重慶人學、重慶市建筑科學研究院等單位研究開發(fā)出許多脫硫石膏產品，并形成了一定的市場份額。脫硫石膏在重慶地區(qū)止逐漸替代部分天然石膏。珞磺電廠兩期4×360MW機組年產生80萬噸脫硫石膏，重慶電廠2×202MW機組年產生20萬噸脫硫石膏，共計100萬噸。該地區(qū)有大小水泥廠十多家，每年用作水泥緩凝劑的石膏就需50萬噸。重慶地區(qū)石膏制品企業(yè)現(xiàn)己初具規(guī)模，市售產品包括紙面石膏板、纖維石膏板、石膏砌塊和石膏條板等，有些產品如纖維石膏板科技含量較高。法國石膏業(yè)巨頭拉法基在重慶市場推銷產品的同時已把目光投向脫硫石膏，建設脫硫石膏制品廠。此外，上海拉法基小野田石膏建材有限公司，擁有世界上最先進的技術和設備，年產石膏板0.25億平方米；重慶西部石膏建材有限公司成立于2001年4月，設計年生產能力為500萬平方米，于2001年12月投產，生產的石膏板產品，土要覆蓋中國西南地區(qū)市場。拉法基博羅亞洲公司再次投資約3000萬美元，從而使其在中國的石膏板年產能從原有的3500萬平方米提高到超過7000萬平方米，以適合中國市場近5年來每年15%的持續(xù)增長。泰和集團利用脫硫石膏建設年產6000萬m2石膏板項目，其裝備水平較高，制粉系統(tǒng)采用國際上最先進的一次鍛燒工藝，制板系統(tǒng)成型工藝采用美國BMH技術與設備，烘干系統(tǒng)采用燃氣熱風系統(tǒng)，生產了石膏板百分之百利用電廠煙氣脫硫石膏為原料生產石膏板，為長三角缺乏天然石膏資源而具備脫硫石膏資源的城市起到了示范作用。單位面積的石膏板重量按10Kg/m3計算，每年可有效利用脫硫石膏60萬噸左右。我國火電廠濕法石灰石/石膏法煙氣脫硫示范項目的基本情況如下表2-5所示。可見，我國脫硫石膏主要用途為制作石膏灰泥、石膏板材以及用作水泥緩凝劑。表2-5我國火電廠煙氣脫硫示范項目脫硫石膏質量及利用情況序號項目名稱脫硫石膏質量及利用情況1珞磺電廠兩期4×360MW機組石灰石/石膏濕法（填料塔）脫硫工藝引進日本三菱公司技術石膏純度90%以上。石膏產量為60-80萬此。近幾年來，路磺電廠原則上不搞FGD石膏利利用的深加工，直接賣原料。部分脫硫石膏出售給電廠附近的江津水泥廠，代替天然石膏用作水泥緩凝劑；出售給安徽、上海等地的外資企業(yè)生產紙面石膏板。2重慶電廠2×202MW機組，兩臺670t/h鍋爐，采用德國Bischoff濕式石灰石/石膏空塔技術。產2×10t/a萬血脫硫石膏。重慶發(fā)電廠下屬的重慶潔宇公司利用脫硫石膏開發(fā)出二水脫硫石膏、石膏球、半水石膏等產品。主要用于國內建材、水泥制造等領域。3太原第一熱電廠，從300MW機組上抽60萬Nm3/h煙氣，簡易石灰石/石膏法脫硫工藝，日本電源開發(fā)和日立公司技術負責。石膏純度85%以上，石膏產量6萬t/a，脫硫石膏用作生產建筑石膏、粉刷石膏。4北京第一熱電廠石膏產量為4t/a。與脫硫工程配套的石膏制板廠，利用煙氣脫硫石膏生產新型建材，年產300×103m3石膏空心砌塊，避免了脫硫后的二次污染。5廣東連州發(fā)電廠2×125MW機組，石灰/石膏濕法脫硫，由奧地利能源公司提供供供系統(tǒng)設計和設備。副產品石膏脫水至45%含固率后拋棄6杭州半山發(fā)電有限公司2×125MW機組煙氣脫硫工程進入試生產脫硫石膏二水硫酸鈣的含量在94%以上，賣給其他公司，用作石膏板生產原料；水泥緩凝劑；紙面石膏板和石膏空心砌塊7揚州電廠200MW機組。脫硫石膏產量為4萬噸3、我國脫硫石膏的科研現(xiàn)狀隨著我國脫硫市場的發(fā)展，近年來我國的許多高校和研究單位，例如重慶大學、浙江大學、華中理工大學等對煙氣脫硫石膏的性能及其在水泥緩凝劑、括墻膩子、石膏砌塊、脫硫石膏刨花板、改良強度蘇打鹽漬王、固結全尾砂和制備α石膏粉等應用方面進行了研究。試驗結果表明;煙氣脫硫石膏的性能達到或超過天然石膏，可廣泛用于水泥緩凝劑、石膏建筑材料等的生產。煙氣脫硫石膏是一種非常好的建材資源，是與天然石膏等效的原材料。在國外特別是歐洲，絕大部分的脫硫石膏被廣泛應用于建材行業(yè)生產建筑石膏粉、α一半水石膏粉、水泥緩凝劑、石膏制品、石膏砂漿等石膏建材產品。國內對脫硫石膏的綜合處理和應用己開始起步，但發(fā)展卻比較緩慢，形成工業(yè)化、規(guī)?；蛯I(yè)化生產的企業(yè)不多。但可以預見，脫硫石膏的生產與應用蘊藏著巨大的市場機遇，在不久的將來一定會有大量的脫硫石膏代替天然石膏生產建材制品，特別是對于那些天然石膏匱乏而具有脫硫石膏資源的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)例如浙江省、上海市等省市更加如此。從中國專利數(shù)據(jù)庫檢索結果分析可知:我國有關脫硫石膏的專利申請人主要有上海市建筑科學研究院、浙江大學、四川建筑材料工業(yè)學院以及部分個人。這些中國專利涉及的研究方向為：利用脫硫石膏開發(fā)混凝土膠凝材料、β型半水石膏、α一半水石膏、石膏陶瓷、石膏空心條板，硫酸鉀、沙漠保水劑以及土壤固化劑等。2.2脫硫石膏的特征、來源及危害煙氣脫硫是指從燃煤電廠的煙氣中除去二氧化硫的化學過程。許多煙氣脫硫方法被開發(fā)以適應不同場合。它們的目標就是要使煤燃燒產生的二氧化硫氣體同吸收劑進行化學結合，所用的吸收劑有：石灰石、石灰或者氨氣。當使用石灰石或者石灰做吸收劑時，在一定上藝下可得到滿足建材行業(yè)使用的脫硫石膏。煙氣脫硫石膏呈較細顆粒狀，平均粒徑約40-60μm，顆粒呈短柱狀，徑長比在1.5~2.5之間。顏色星白色或灰色，其中二水硫酸鈣含量較高，一般都在90%以上，含游離水一般在10%~15%，其中還含有飛灰、有機碳、碳酸鈣、亞硫酸鈣以及由鈉、鉀、鎂的硫酸鹽或氯化物組成的可溶性鹽等雜質。脫硫石膏與建筑用天然石膏比較如下。1、化學組成及細度在煙氣脫硫過程中，為了提高煙氣脫硫效率，技術上對用于煙氣脫硫的石灰石(或石灰粉)中的氧化鈣含量有較高的要求，這在客觀上保證了脫硫石膏化學成分的穩(wěn)定。國家建筑材料工業(yè)科技教育委員會的陶有生報道，脫硫石膏的主要化學組成與天然石膏基本相似，天然石膏與煙氣脫硫石膏的化學成分及細度見表2-6及表2-7。表2-6天然、脫硫石膏化學成分及細度項目CaOSiO2Al2O3SO3Fe2O3MgOLoss篩余（45μm）%天然石膏317.28.8脫硫石膏19.21.0表2-7顆粒粒徑分布粒度/μm806050403020105天然石膏篩余/%4.914.415.520.012.7脫硫石膏篩余/%5.015.53.821.931.0注：天然石膏中未計入占8.8%的大于80。煙氣脫硫石膏與天然石膏在化學組成上相差不大，品位相當，而天然石膏的雜質以粘土礦物為主，在磨細后顆粒較人，一般在140μm左右。在雜質含星相同情況下，就脫硫石膏而言沒有參加反應的碳酸鈣顆粒一部分以石灰石顆粒形態(tài)單獨存在，另一部分以核形式存在于二水硫酸鈣中心，這就增加了有效參與水化反應的硫酸鈣顆粒數(shù)量，使其有效組分高于天然石膏，而天然石膏雜質在水化時一般不能參加反應，在一定程度上使天然石膏性能不及脫硫石膏。脫硫建筑石膏的性能本實驗室選取各地，，，脫硫建筑石膏的性能及其與天然建筑石膏的性能比較見表2-8。表2-8脫硫建筑石膏與天然建筑石膏性能比較石膏品種水膏比/%初凝/min終凝/min抗壓強度/Mpa抗折強度/Mpa脫硫建筑石膏天然建筑石膏50506.57.511.04.93.9脫硫建筑石膏天然建筑石膏56.756.77.07.512.04.33.2脫硫建筑石膏天然建筑石膏60607.258.012.813.02.4脫硫建筑石膏天然建筑石膏70707.758.5注：脫硫建筑石膏標準稠度56.7%；天然建筑石膏標準稠度60%。從表2-8可以看出，兩者標準稠度相差不大，凝結時間非常接近，但抗壓強度相差較大。在標準稠度需水量時，脫硫石膏的抗壓、抗折強度分別比天然石膏高出100%和80%，比國家標準優(yōu)等品指標高78%和72%。在用水量高于標準稠度用水量25%時，脫硫建筑石膏的強度仍可達到國家標準優(yōu)等品水平。而天然建筑石膏的用水量在低于標準稠度需水量6%時，其強度才能達到國家標準優(yōu)等品水平。脫硫建筑石膏的強度之所以高于天然建筑石膏是由于脫硫建筑石膏的結晶體為柱體，其結構緊密，致密的結品結構網(wǎng)使水化、硬化體有較大的表觀密度，它比天然石膏硬化體高10%-20%，因而有較高強度；天然建筑石膏水化產物多為針狀、片狀結晶，而晶體接觸點間壓力較大，晶體結構較疏松故硬化體強度較低。2.2.1特征同大然石膏相比，脫硫石膏具有如下特點。脫硫石膏的顆粒過細天然石膏經(jīng)過粉碎后，細度一般在140μm左右，而脫硫石膏顆粒直徑一般為60μm，由于顆粒過細而帶來流動性和觸變性問題，在工藝中往往應進行特殊處理，改善晶體結構。2、脫硫石膏有一定的含水量脫硫石膏的含水量一般在10%以下，太原第一熱電廠脫硫石膏的游離水含量達15%，由于脫硫石膏含水率較高，粘性極強，脫硫石膏在裝載、提升、輸送的生產過程中，極易堵料，脫硫石膏在生產過程中粘附在各種設備上，造成積料、堵塞、影響生產過程正常進行。3、脫硫石膏的顏色偏深質量優(yōu)良的脫硫石膏是純白顏色的，但相當多的脫硫石膏呈深灰色，煙氣脫硫石膏作為裝飾石膏明顯影響外觀，其主要原因是煙氣除塵系統(tǒng)不正常，煙氣中含有較多的粉煤灰，使石膏顏色加深，其次石灰石不純，含有較多的鐵質等雜質。4、脫硫石膏體積密度大例如太原第一熱電廠脫硫石膏的體積密度達1000克/升，體積密度對儲存、生產工藝和產品性能也有很重要的影響。脫硫石膏的體積密度值決定于脫硫的工藝方法。2.2.2來源及相關處置工藝來源脫硫石膏是石灰石(石灰)一石膏濕法脫硫的副產物。煙氣脫硫石膏是通過以下4個步驟產生的。脫硫在吸收塔中，石灰石懸浮液以逆流方向噴向除去了灰塵的煙氣。在這個過程中石灰石(CaCO3)與煙氣中的502化合產生CaCO3·l/2H2O。這個化學反應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在吸收塔中是以亞硫酸鈣泥漿形式存在的。如果亞硫酸鈣需要轉化成脫硫石膏，就需要進一步的反應。（2）氧化把亞硫酸鈣轉化成硫酸鈣二水化合物的過程是一個氧化過程，是通過向吸收塔中懸浮液吹入含氧空氣進行的。其化學反應如下；2CaSO3·l/2H2O+O2+3H2O→2CaSO4·H2O亞硫酸鈣與氧氣反應生成三水硫酸鈣。在這個過程中，石膏晶體是通過連續(xù)的循環(huán)過程生成的，生成晶體的尺寸為30-70μm。石膏分離產生于吸收塔漿體中的二水石膏晶體必須分離出來并且除去雜質，這個過程是在水力旋流器中進行的。水力旋流器的原理是利用離心力場中的沉淀作用進行，這是一種機械分離法，特別適合于5-100μm的粒子。粗的二水硫酸鈣粒子通過底流分離出去，并且送到第4步工序去以便進一步處理。細的顆粒通過溢流來分離，并循環(huán)回流至吸收塔中繼續(xù)生一長。（4）石膏沖洗和脫水在這個回收工序的最后階段，硫酸鈣晶體通過使用過濾器和離心機，從產生于水力旋流器底流中的懸浮液中分離出來。分離出來的結晶硫酸鈣，用干凈的水沖洗，以便清除氯離子、鈉離子、鎂離子這些水溶性雜質。過濾產物的最終含濕率最大為10%(重量)。這樣得到的濕的、細顆粒的、結晶的、高純度的結晶硫酸鈣二水化合物，生成像天然石膏那樣性質的脫硫石膏。由于煙氣脫硫石膏(FGD石膏)的形成過程與天然石膏不同，因此FGD石膏與天然石膏相比，也存在特殊性。天然石膏是在緩慢、近乎平衡的條件下沉積而成，因此雜質基本上分布于晶體表面，以粘土類礦物為主，晶體結構完整而且發(fā)育良好。FGD石膏是在漿液中快速沉淀形成，可溶性鹽和惰性物質在晶體內部和表面都有分布，雜質的種類及分布特點成為FGO石膏應用過程中的不利因素。FGO石膏的雜質主要是碳酸鈣和可溶性鹽。一部分碳酸鈣單獨存在，這是由于在反應過程中部分顆粒沒有參加反應;另一部分碳酸鈣存在于石膏顆粒中，這是由于CaCO3與SO2不完全反應所致，石膏顆粒的中心部位為CaCO3。日本Babcock一HtiachiKabushikiKaisha公司申請的美國專利“石灰石一石膏煙氣脫硫工藝”，該專利介紹的脫硫原理為：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】工藝流程示意圖見圖2-6。1-高深煙氣；3-氣體換熱器；5-冷卻塔；7-吸收塔；9-吸收漿槽；11-清潔煙氣；13、19、23、30、35、43、50-閥門；15-循環(huán)吸收漿液管線；17-進料管；21、28-支線；22-壓縮機；24-循環(huán)漿儲槽；25-pH調節(jié)罐；29-氧化塔；31、33、39、47、51、55、56、61-管線；37-緊急泄料槽；41、59-泵；45-石膏濃縮罐；49-廢水處置設備；53-離心機；57、91-儲罐圖2-6石灰石一石膏煙氣脫硫工藝流程示意圖2、相關處置工藝脫硫石膏經(jīng)過廠業(yè)處理之后，與天然石膏性能類似，可以應用于下列領域。水泥緩凝劑及水泥制品紙面石膏板石膏灰泥及粉刷石膏纖維石膏板包括木頭及玻璃纖維加強石膏板。α—高強石膏石膏礦渣板石膏砌塊石膏空心條板及絕熱面板自流平石膏改良鹽、堿土壤及酸性土壤美國專利涉及脫硫石膏的專利達200多篇，從美國專利分析可知，利用脫硫石膏可開發(fā)的產品土要有:石膏灰泥、石膏墻板、木頭及玻璃纖維加強纖維石膏板、aαα一半水石膏、建筑砌塊、石膏墻板、水泥及其制品、防水石膏材料、農業(yè)土壤改良劑、不燃石膏板等。2.2.3危害目前，我國每年產生并排到人氣中的二氧化硫已達2000萬噸/年(其中燃煤電廠為826萬噸/年)，平均到國土面積上約為2噸/平方公里年。石灰石/石膏法脫硫設備每處理一噸二氧化硫就產生脫硫石膏2.7噸，隨著我國的火電廠裝機容量的逐年遞增，到2010年，每年的脫硫石膏達數(shù)千萬噸，數(shù)量相當驚人。在未來十年內，.我國燃煤電廠約有三億千瓦裝機的煙氣脫硫裝置要建設和投運，目前國內燃煤電廠二氧化硫污染防治的主體技術是濕式“石灰石/石膏法”，脫硫石膏的產量將隨著煙氣脫硫裝置的建設和投運而快速增長。脫硫石膏若得不到合理利用，已經(jīng)并將進一步成為繼二氧化硫、氮氧化物后的又一大污染源。這種轉換了形態(tài)的污染源含有重金屬、酸性氧化物、有機污染物等化學物質，分解的石膏粉末被風帶入空氣中形成懸浮微粒，經(jīng)雨水沖刷流入農田、滲入土壤，污染地表水和地下水，會嚴重損害接觸者的健康。脫硫石膏如果得不到充分合理的利用，不僅要占用大量的土地堆放，對地下水資源造成污染，成為轉換了形態(tài)的污染源一固體廢棄物再次污染環(huán)境，陷入治污又生污的惡性循環(huán)。2.3脫硫石膏的資源化利用趨勢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費正在快速增長，特別是在歐洲和北美地區(qū)。最常用的合成石膏是由燃煤發(fā)電廠的煙氣脫硫裝置生產的脫硫石膏。其他類型的合成石膏如欽石膏、氟石膏和磷石膏等也能被利用，然而天然石膏的雜質含量以及地域限制影響其需求。合成石膏，特別是煙氣脫硫石膏的產量，20世紀90年代在發(fā)達國家的利用開始上升，預期將進一步上升。脫硫石膏產量的上升將給電力公司帶來兩方面的影響：(1)引導20世紀80年代的環(huán)境立法；(2)煤燃燒產品處理費用的上升。2003年，全球所有種類的石膏的消費量估計為1.49億噸。天然石膏的主要市場是用作生產波特蘭水泥的緩凝劑，特別是在工業(yè)化經(jīng)濟體用作生產鍛燒石膏產品，同發(fā)達經(jīng)濟體相比要少的多。2003年，水泥生產所消耗的石膏估計為7600萬噸(占51.0%)，石膏板和石膏灰泥生產耗用石膏量估計為5850萬噸(占39.3%)；使用石膏的另一個主要領域是農業(yè)，估計為650萬噸(占49%);其他領域應用約800萬噸(占5.3%)[58〕。盡管近幾年石膏板產量在北美、歐洲和亞洲得到增長，水泥行業(yè)仍將延續(xù)作為石膏的主要市場。在未來五年，同其他種類的石膏相比，煙氣脫硫石膏的消費將以更快的速度上升。由于大量的人口以及目前人均石膏板的消費很低，東歐和亞洲的石膏板市場看來由于投資建設新的生產裝置有潛力成為重要的石膏板市場。由于石膏廢料的回收利用更為普遍，發(fā)達經(jīng)濟體的石膏供應量也在增長。據(jù)估計，美國年回收石膏達400萬噸；在歐共體和日本，回收石膏的數(shù)量也顯得日益重要。燃煤電廠提供了我國75%以上的電力，同時也生產多種煤燃燒產品，這些產物既是資源同時也帶來廢物處理難題。脫硫石膏的利用提供了重大的環(huán)境和經(jīng)濟利益。脫硫石膏在國外的成功的應用歷史證明了其環(huán)境可接受性。當脫硫石膏被利用，天然石膏能夠持續(xù)利用更長的時間，開礦的費用減少。此外脫硫石膏的資源化利用，可以節(jié)省作為脫硫渣的處理費用，節(jié)省作為垃圾的掩埋用地，產生作為產品銷售的銷售額，綜合效益十分顯署。燃煤電廠的脫硫石膏若能得到充分利用，將其轉變?yōu)橘Y源和商品，這既符合國家關于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和資源節(jié)約等國家產業(yè)政策，也符合國家發(fā)改委關于在循環(huán)經(jīng)濟中實現(xiàn)“資源化”的精神，具有良好的發(fā)展前景。在未來5年，由于存在合成石膏應用于石膏板的競爭，天然石膏的消費顯示較低的增長速度。在未來十年，盡管由于中國在建筑業(yè)高速發(fā)展的帶動下，合成石膏消費增長令人矚目，然而合成石膏在其他領域中的應用增長緩和，年增長率為1%一2%。2.3.1美國脫硫石膏的生產和消費美國也日益重視脫硫石膏的開發(fā)和利用，但由于電廠與石膏公司一般相距較遠(數(shù)百英里)，加之該國有豐富便宜的天然石膏資源，故脫硫石膏的應用比例相對較小。2001年，美國煙氣脫硫石膏的生產量為25.90Mt，使用量達7.30Mt，比2000年增加了50%；脫硫石膏的利用率達到28.20%。在美國，石膏墻板制造領域的脫硫石膏的使用量占了脫硫石膏總使用量的大部分，即占了77.4%。水泥和混凝土占了脫硫石膏其他用途的大部分。農業(yè)方面的用途僅占了脫硫石膏總用量的1.5%。然而脫硫石膏在農業(yè)上的應用潛力甚至要超過它在石膏墻板上的應用。這種潛力通過示范工程已經(jīng)得到證實。近年來，美國的脫硫石膏利用率進一步得到提高，進一步取代天然石膏用作生產石膏板，以保護天然石膏資源。另據(jù)USGS/ACAA報道，2002年，美國合成石膏的銷量已達900多萬噸(事實上美國出售的合成石膏全是脫硫石膏)。實際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匯總至USGS。1993年以前，出售的合成石膏量增長緩慢，1986年為59.2萬噸，1993年為70.8萬噸。1993年以后，合成石膏的銷量快速增加，部分是由于其用途的擴大，不僅僅局限于制作石膏板。在隨后的九年時間(1994-2003)，美國出售的合成石膏從85萬噸快速上升至950萬噸，年均增長率為31%。2002-2003年，美國出售的合成石膏(脫硫石膏)依次分別為938萬噸和950萬噸。美國煙氣脫硫石膏生產及應用：圖2-7列出了1997-2001年美國煙氣脫硫石膏的生產量和使用量(Mt)。圖2-8列出了1997-2001年美國脫硫石膏的利用率(%)。圖2-9列出了2001年美國脫硫石膏的消費領域分布。圖2-71997~2001年美國煙氣脫硫石膏的生產量和使用量(Mt)由圖2-7可知，1997-2001年，美國煙氣脫硫石膏的產星增加不多(2230萬噸-2590萬噸)，然而2001年關國脫硫石膏的使用量卻比2000年明顯增加(198萬噸-730萬噸)。圖2-8美國脫硫石膏利用率(%)(1997-2001年)由圖2-8可知，2001年，美國脫硫石膏的利用率達到28.2%，比2000年提高了50%左右。圖2-9美國脫硫石膏的消費領域分布(2001年)由圖2-9可知，美國脫硫石膏最大消費領域為墻板，占77%;其次為水泥渣磚材料和混凝土水泥漿，均為6.03%。2.3.2歐洲脫硫石膏的生產和消費歐洲特別是德國在煙氣脫硫方面起步早，對脫硫石膏的再利用也非常重視，其經(jīng)驗值得我們借鑒。德國脫硫石膏生產量增長很快。1989年是2500×103t，這幾年已增加到3200×103t到3900×103t。幾乎所有的需用石膏企業(yè)都使用脫硫石膏。其主要用途是建筑制品和水泥緩凝劑。建筑制品主要是紙面石膏板、石膏抹灰、纖維石膏板和礦渣石膏板。由于采用人量的相對便宜的脫硫石膏，德國兩個主要石膏公司(Knauf和Rigips)己將部分生產能力遷至電廠附近。英國的天然石膏資源已接近用完，這為脫硫石膏的應用提供了市場。如Sherbum一Elmet石膏板廠準備年用石膏550×103t。奧地利現(xiàn)在脫硫石膏的利用量己占該國石膏總用量的70%，且這個比例還在不斷上升。荷蘭也正在與德國合作，生產脫硫硬石膏用于自流平地面施土和水泥緩凝劑，年用脫硫石膏370×103t。2001年，歐洲脫硫石膏的生產量為1070萬t，使用量為865.6萬t，煙氣脫硫石膏的利用率為80.90%。2001年歐洲脫硫石膏應用領域分布情況見圖2-10。圖2-102001年歐洲脫硫石膏應用領域分布情況由圖2-10可知，歐洲脫硫石膏最大使用領域為石膏板，2001年歐洲用于制造石膏板的脫硫石膏達到550萬t；其次為自流平地板，用量為133萬t；同時也有部分作為垃圾填理(73.3萬t和暫時庫存(131萬t)。2001歐洲脫硫石膏在各應用領域所占的比例見圖2-11。圖2-11歐洲脫硫石膏應用領域分布情況(2001年)從圖2-11可知，歐洲脫硫石膏最大消費領域為石膏墻板，占了63.54%；其次為白流平地板、水泥緩凝劑和石膏灰泥，分別為15.37%，9.16%和90.0%。2.3.3日本脫硫石膏的生產和消費日本是利用脫硫石膏最多的國家之一。由于該國天然石膏資源匱乏，因此很重視這方面的研究。1975年以前，日本所利用的化學石膏中88%為磷石膏。1975年以后脫硫石膏的利用比例逐年上升，現(xiàn)在脫硫石膏的應用比例己超過磷石膏，其主要的用途是建筑制品和水泥緩凝劑。建筑制品主要是紙面石膏板和石膏礦渣板(又稱“埃特利特”）。埃特利特石膏礦渣板是三菱公司的專利產品，它可以直接利用脫硫石膏來制作礦渣板而不必對脫硫石膏進行任何預處理。日本的脫硫石膏質量很好。1979年對21個脫硫石膏生產源進行了調查，平均石膏純度為97.9%，表面自由水分<10%。2001年，日本脫硫石膏的生產量為1700kt，消費量為1500kt。日本脫硫石膏的利用率為88.24%。日本脫硫石膏的主要應用領域為紙面石膏板和水泥緩凝劑，用于水泥添加劑和石膏板原料的脫硫石膏的比例超過90%。2.