摘 要：
文中通過對脫硫石膏的產(chǎn)生途徑、特點、并將之與天然石膏的化學(xué)成分進(jìn)行對比分析，得出脫硫石膏是一種品質(zhì)較好的再生石膏;依據(jù)國內(nèi)外對脫硫石膏的綜合利用現(xiàn)狀，以及對使用脫硫石膏制備粉刷石膏做出可行性分析，并對脫硫石膏仍然存在的一些問題進(jìn)行探討和闡述。
關(guān)鍵詞：
煙氣脫硫;脫硫石膏;粉刷石膏;應(yīng)用分析；石膏專用纖維素
1. 引言
伴隨著工業(yè)的發(fā)展、社會的進(jìn)步，各種污染也是越來越嚴(yán)重。燃煤電廠、玻璃廠及大型的焚化設(shè)施等每天排放到空氣中的有害氣體，特別是SO2，已經(jīng)對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。SO2形成酸雨后，使建筑物、戶外設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，甚至還威脅到人類和生物的安全。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的增強，美國、德國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家都相繼制定了環(huán)境保護(hù)法，以法律的形式來限制和消除SO2對環(huán)境的污染，我國也制訂了相關(guān)法律來制 約SO2的排放。，
對燃煤煙氣進(jìn)行脫硫處理已是大勢所趨，而且這也將對改善我國的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重大的影響，我國對此已有強制性規(guī)定，但與此同時產(chǎn)生的大量的副產(chǎn)石膏，其處置和利用也將成為資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)的新課題，對脫硫石膏的有效應(yīng)用，也成為迫切需要研究解決的問題。
2. 脫硫石膏的特點
煙氣脫硫石膏，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，主要來源于燃煤電廠的煙氣脫硫(flue gas desulphurization, FGD)工藝。這也是目前世界各國燃煤廠普遍采用的煙氣脫硫技術(shù)，其脫硫效率高、技術(shù)成熟，而且所得的脫硫石膏具有較高的利用價值。其生產(chǎn)工藝過程為：煙氣經(jīng)鍋爐空氣預(yù)熱器出來后，進(jìn)入電除塵器除掉大部分粉煤灰煙塵，再經(jīng)過專門的熱交換器，然后進(jìn)入吸收塔，煙氣中的SO2與含有石灰石的漿液進(jìn)行氣液接觸，生成CaSO3 ，通入空氣將CaSO3 氧化生成石膏晶體。
脫硫石膏的主要成分是結(jié)晶硫酸鈣(CaSO4·2H2O)，顏色微黃，其酸堿度與天然石膏相當(dāng)，顆粒較細(xì)，一般為30~50μm，呈中性或微堿性。表1中對比了天然石膏與幾種地區(qū)電廠的脫硫石膏的成分[1，2]，結(jié)果顯示，脫硫石膏與天然石膏的化學(xué)成分極為相近，主要成分均為二水硫酸鈣，且含量可高達(dá)95%以上，有害雜質(zhì)含量少，是一種品質(zhì)較好的再生石膏。
脫硫石膏和天然石膏經(jīng)過鍛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、物理性能上無顯著差別，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，與天然石膏在原始狀態(tài)、機械性能和化學(xué)成分上有一定的差異，導(dǎo)致其脫水特性、煅燒后石膏粉在力學(xué)性能、流變性能等宏觀特性上與天然石膏有所不同。
粉刷石膏也稱石膏粉刷材料，是一種材料性能、施工性能和使用功能較好的墻體抹灰材料。在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，其用量已占粉刷石膏總量的50%，有的甚至高達(dá)70%，其研究、生產(chǎn)、設(shè)備制造及施工等已形成完整體系。
我國粉刷石膏的研究、應(yīng)用較晚，曾作為國家建材局的“七五”攻關(guān)項目。20世紀(jì)90年代初，《石膏基粉刷材料成套技術(shù)》被列為原建設(shè)部“八五”重點項目，重點研究脫硫石膏、天然石膏和氟石膏制取粉刷石膏工藝、配方、性能及施工工藝。
與普通水泥砂漿和水泥石灰砂漿抹灰材料相比，粉刷石膏性能特征明顯。表2列舉了粉刷石膏了普通水泥砂漿的一些技術(shù)性能，從中我們可以看出粉刷石膏是一種施工性能好綠色無污染的環(huán)保建材，并且粉刷石膏抹灰工程質(zhì)量好，表面光滑細(xì)膩、不空鼓、無裂縫、不掉灰，可提高抹灰檔次。
3. 國內(nèi)外脫硫石膏的綜合利用現(xiàn)狀
3.1國外脫硫石膏的應(yīng)用
國外，特別是歐洲，幾乎所有的脫硫石膏都被應(yīng)用在建材行業(yè)，廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)熟石膏粉、а石膏粉、石膏制品、石膏砂漿、水泥緩凝劑等各種建筑材料之中，脫硫石膏的應(yīng)用技術(shù)非常成熟。因為已經(jīng)很好的解決了脫硫石膏的運輸、成塊、干燥、煅燒等問題，脫硫石膏利用的工業(yè)設(shè)備已經(jīng)專業(yè)化、系列化。世界上脫硫石膏應(yīng)用最早且最好的是日本，其次是德國、法國等歐洲國家。
日本從1977年開始幾乎全部使用工業(yè)副產(chǎn)石膏生產(chǎn)紙面石膏板和纖維石膏板，在水泥工業(yè)中應(yīng)用量也非常大。脫硫石膏幾乎100%得到了應(yīng)用[3，4]。
在德國，因為石膏新型建筑材料和新的生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，石膏的需求量很大，脫硫石膏已全部得到利用，幾乎所有石膏企業(yè)都部分或全部使用脫硫石膏作原料。很多電廠和石膏企業(yè)在電廠附近建廠，專門處理電廠排出的脫硫石膏生產(chǎn)石膏制品[5-7]。
在英國，制訂了強制使用脫硫石膏的法令，就是脫硫石膏必須優(yōu)先于天然石膏使用。在荷蘭和丹麥，脫硫石膏的年總產(chǎn)量在70萬噸左右，由于荷蘭沒有天然石膏礦，因此存在脫硫石膏應(yīng)用的潛在市場。荷蘭還利用脫硫石膏生產(chǎn)自流平砂漿和水泥緩凝劑。丹麥在20世紀(jì)90年代在利用脫硫石膏的工藝方面有所突破。
3.2 我國脫硫石膏的應(yīng)用現(xiàn)狀
我國脫硫石膏產(chǎn)生的歷史很短，綜合利用也剛剛起步，對其應(yīng)用價值和市場競爭力普遍認(rèn)識不足，對脫硫石膏的綜合處理和應(yīng)用的發(fā)展緩慢，我國相當(dāng)一部分脫硫石膏還是以堆貯為主，已成為火電廠第二大固體廢棄物，不僅占用土地資源，而且對環(huán)境不利。如果不能很好的處理和綜合利用，不僅要占用大量的填埋土地，而且對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的污染，很可能要超過煙氣未脫硫的污染程度。
天然石膏的處理工藝和設(shè)備也并不完全適合脫硫石膏，增加了應(yīng)用上的難度，導(dǎo)致國內(nèi)現(xiàn)在還沒有很好的展開應(yīng)用。我國現(xiàn)階段脫硫石膏僅在少數(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用，如技術(shù)含量低的建材石膏、水泥輔助劑、陸基天脈料、且尚未形成工業(yè)規(guī)模。如能將其充分利用，代替一部分天然石膏，不僅節(jié)約自然資源，而且能使電廠的固體廢棄物資源化。脫硫石膏的生產(chǎn)與應(yīng)用有著很大的市場機遇，在將來可能會有大量的脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)建材制品，對天然石膏匱乏而脫硫石膏資源豐富的經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)尤其如此。
4. 脫硫石膏用于制備粉刷石膏的可行性分析
4.1 技術(shù)可行性
根據(jù)重慶大學(xué)對重慶珞璜電廠產(chǎn)出的脫硫石膏進(jìn)行取樣分析，結(jié)果表明，其品位已達(dá)到天然優(yōu)質(zhì)二水石膏的品位[2]，是制作粉刷石膏的理想原料。脫硫石膏生產(chǎn)的建筑石膏性能優(yōu)異，強度比國家規(guī)定的優(yōu)等品的強度值高40~45%(見表3)，這為脫硫石膏的大量使用奠定了基礎(chǔ)。
用脫硫石膏生產(chǎn)的建筑石膏粉具有粒度細(xì)、強度高的特點，完全能滿足生產(chǎn)粉刷石膏的要求。在建筑石膏粉中加入砂子或膨脹珍珠巖以及各種化學(xué)添加劑，組合制成的新型抹灰材料，這種新型石膏砂漿與傳統(tǒng)水泥砂漿相比，具有輕質(zhì)、高強、節(jié)能等特點，且粘結(jié)性能較好，不易起殼和開裂，并可有效解決混凝土剪力墻等各類墻體的保溫問題。
4.2 經(jīng)濟優(yōu)勢
對于缺乏天然石膏的地區(qū)，如從外地購置天然石膏，其運費就是無法消減的成本，而且脫硫石膏的價格比天然石膏的價格要低很多，如果企業(yè)能就近采用本地電廠的脫硫石膏，將使生產(chǎn)成本大大降低。目前天然石膏生產(chǎn)的粉刷石膏價格為380元/噸，而目前我國利用脫硫石膏制造的粉刷石膏的價格大約在180~230元/噸，比前者低了很多，且各項指標(biāo)均達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用效果良好。
另外，根據(jù)《國務(wù)院批轉(zhuǎn)經(jīng)貿(mào)委等部門關(guān)于進(jìn)一步開展資源綜合利用意見的通知》(國發(fā)[1996]36號)和財政部、國家稅務(wù)總局財稅字(1996)20號通知精神，“以廢渣為原料生產(chǎn)的建材產(chǎn)品免征增值稅”，本產(chǎn)品將享受免稅政策。因此，綜合利用脫硫石膏在經(jīng)濟上具有很大的優(yōu)勢。
5. 亟待解決的問題
5.1 影響脫硫石膏品質(zhì)的主要因素
[8]
a) 石灰石品質(zhì)
石灰石品質(zhì)的好壞直接影響到脫硫效率和石膏漿液中硫酸鹽和亞硫酸鹽的含量。石灰石的化學(xué)成分、粒徑、表面積、活性等直接決定最終脫硫石膏的品質(zhì)。
b) 漿液的pH值
脫硫塔內(nèi)漿液的pH值對石膏的生成、石灰石的溶解和亞硫酸鈣的氧化都有不同的影響。侯慶偉[9]等利用物理化學(xué)方法，對25℃下的石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)進(jìn)行分析，給出了脫硫系統(tǒng)pH值宜控制在2.233~5.493。
c) 石膏排出時間
晶體形成空間，以及漿液在吸收塔形成晶體及停留總時間取決于漿池容積與石膏排出時間。漿池容積越大，石膏排出時間長，亞硫酸鈣更容易氧化，利于晶體長大。但若排出時間過長，則會造成循環(huán)泵對已有晶體的破壞。
d) 氧化風(fēng)量
應(yīng)保證足夠的氧化風(fēng)量，使?jié){液中的亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，否則石膏中的亞硫酸鈣含量過高將會影響其品質(zhì)。
e) 雜質(zhì)
脫硫石膏中的雜質(zhì)主要有兩個來源：一是煙氣中的飛灰;二是石灰石中的雜質(zhì)。這些雜志不參與吸收反應(yīng)，但會有一部分進(jìn)入石膏，當(dāng)石膏中雜質(zhì)含量增加時，其脫水性能下降。此外氯離子含量對石膏脫水效果也有重要影響，當(dāng)氯離子含量過高時，石膏脫水性能急劇下降。
5.2 在發(fā)展粉刷石膏時存在的問題
近年來，國內(nèi)粉刷石膏有較快發(fā)展，主要反映在粉刷石膏的用量很少，與它應(yīng)占有的份額差距很遠(yuǎn);雖然傳統(tǒng)粉刷材料易空鼓開裂，影響粉刷工程質(zhì)量，并且和易性、施工文明性差，但粉刷石膏的推廣仍比較困難，難以體現(xiàn)其優(yōu)質(zhì)優(yōu)價;粉刷石膏雖可顯著提高粉刷工程質(zhì)量，但受工程驗收制度及水泥砂漿用砂比例隨意增大的經(jīng)濟利益驅(qū)動，往往使用砂量低的粉刷石膏砂漿處于不利的競爭地位。
一般，不應(yīng)要求粉砂石膏砂漿的砂率與水泥砂漿相同，它的粘接強度高、體積穩(wěn)定性好、不空鼓開裂，保證了粉刷工程的質(zhì)量優(yōu)良，單位粉刷工程面積的造價略高于水泥砂漿是合理的。
以建筑石膏為基礎(chǔ)的單相型粉刷石膏的質(zhì)量受國產(chǎn)炒制設(shè)備及工藝控制的影響而波動;粉刷石膏品種漸增，它們在材料性能和施工性方面呈現(xiàn)一定差異，雖然有施工技術(shù)研究，但缺乏粉刷石膏施工及驗收規(guī)程來確保施工質(zhì)量等。
5.3 粉刷石膏的發(fā)展方向
1) 發(fā)展多品種粉刷石膏 為提高我國粉刷石膏用量及工廠經(jīng)濟效益，應(yīng)抓住材料特性及功能，在不同工程中發(fā)展面層、底層和保溫層粉刷石膏。面層為粉刷層的外層，可以后續(xù)噴涂料或貼墻紙，也可以不再后續(xù)裝飾。底層粉刷的作用是找平和過渡，一般用砂漿，其用量約為面層的10倍，故應(yīng)加強粉刷石膏砂漿的配制及施工技術(shù)研究，重點推廣底層粉刷石膏。
2) 發(fā)展復(fù)相及復(fù)合粉刷石膏 我國生產(chǎn)的粉刷石膏以β型單相為多，它雖有工藝簡單、投資少的優(yōu)點，但質(zhì)量易波動，強度較低。因而應(yīng)發(fā)展復(fù)相及粉刷石膏。發(fā)展復(fù)相及復(fù)合粉刷石膏有多種方法。
3) 加強粉刷石膏外加劑研究 粉刷石膏是各種石膏材料與外加劑的均勻混合物，外加劑對其性能和成本的影響很大。與高強混凝土、超高強混凝土、泵送混凝土及大波動性混凝土等相比較，粉刷石膏外加劑的研制開發(fā)相對滯后的多。
6. 結(jié)語
隨著石膏資源的匱乏和人們環(huán)保意識的增強，過去被人們視為廢棄物的煙氣脫硫石膏正越來越廣泛的用作工業(yè)原料。
1) 脫硫石膏的化學(xué)成分與天然石膏極為相近，且具有純度高、有害雜質(zhì)含量少，是一種品位較好的石膏，處理后可代替天然石膏生產(chǎn)建筑石膏和其他石膏制品。
2) 煙氣脫硫石膏在性能和價格上比天然石膏具有競爭優(yōu)勢，并可克服天然石膏資源分布的不均勻性。
3) 粉刷石膏本身具有很多優(yōu)異的性能，利用煙氣脫硫石膏來生產(chǎn)制備粉刷石膏，在技術(shù)上和經(jīng)濟上都有很大優(yōu)勢，既降低生產(chǎn)成本，又環(huán)保節(jié)約，是一種應(yīng)用前景很好的建材產(chǎn)品。
4) 我國在應(yīng)用脫硫石膏方面的起步較晚，在認(rèn)識和使用上仍存在很多不足，應(yīng)加強對脫硫石膏的了解，提高石膏的品質(zhì)和性能，加大對脫硫石膏的使用和研究，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。而且脫硫石膏是一種工業(yè)副產(chǎn)石膏，在綜合利用上會得到政府部門的支持，變廢為寶，而且符合現(xiàn)階段我國推行的可持續(xù)發(fā)展方針。
