【正文】 美。 在未來 5 年，由于存在合成石膏應(yīng)用于石膏板的競爭，天然石膏的消費顯示較低的增長速度。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(chǎn)生作為產(chǎn)品銷售的銷售額，綜合效益十分顯署。脫硫石膏在國外的成功的應(yīng)用歷史證明了其環(huán)境可接受性。 燃煤電廠提供了我國 75%以上的電力，同時也生產(chǎn)多種煤燃燒產(chǎn)品，這些產(chǎn)物既是資源同時也帶來廢物處理難題。 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(yīng)量也在增長。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。其他領(lǐng)域應(yīng)用約 800 萬噸 (占 %)[58〕 。天然石膏的主要市場是用作生產(chǎn)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(chǎn)鍛燒石膏產(chǎn)品，同發(fā)達經(jīng)濟體 相比要少的多。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 脫硫石膏產(chǎn)量的上升將給電力公司帶來兩方面的影響： (1)引導(dǎo) 20 世紀 80 年代的環(huán)境立法； (2)煤燃燒產(chǎn)品處理費用的上升。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(zhì)含量以及地域限制影響其需求。 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)。這種轉(zhuǎn)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(xué)物質(zhì)，分解的石膏粉末被風(fēng)帶入空氣中形成懸浮微粒，經(jīng)雨水沖刷流入農(nóng)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。 在未來十年內(nèi)， .我國燃煤電廠約有三億千瓦裝機的煙氣脫硫裝置要建設(shè)和投運，目前國內(nèi)燃煤電廠二氧化硫污染防治的主體技術(shù)是濕式“石灰石 /石膏法”，脫硫石膏的產(chǎn)量將隨著煙氣脫硫裝置的建設(shè)和投運而快速增長。 危害 目前，我國每年產(chǎn)生并排到 人 氣 中的二氧化硫已達 2020 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。 （ 1） 水泥緩凝劑及水泥制品 （ 2） 紙面石膏板 （ 3） 石膏灰泥及粉刷石膏 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 （ 4） 纖維石膏板 包括木頭及玻璃纖維加強石膏板。 2H2O 【 4】 工藝流程示意圖見圖 26。 2H2O+H2SO4 【 3】 CaCO3 l/2H2O+CO2 【 1】 CaSO3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(yīng)所致，石膏顆粒的中心部位為 CaCO3。 FGO 石膏的雜質(zhì)主要是碳酸鈣和可溶性鹽。天然石膏是在緩慢、近乎平衡的條件下沉積而成，因此雜質(zhì)基本上分布于晶體表面，以粘土類礦物為主，晶體結(jié)構(gòu)完整而且發(fā)育良好。這樣得到的濕的、細顆粒的、結(jié)晶的、高純度的結(jié)晶硫酸鈣二水化合物，生成像天然石膏那樣性質(zhì)的脫硫石膏。分離出來的結(jié)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(zhì)。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。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 5100μm 的 粒子。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 3070μm。 l/2H2O+O2+3H2O→ 2CaSO4 （ 2）氧化 把亞硫酸鈣轉(zhuǎn)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。 l/2H2O 在吸收塔中是以亞硫酸鈣泥漿形式存在的。這個化學(xué)反應(yīng)以下面的方程式表示： SO2+CaCO3+l/2H2O→ CaCO3在這個過程中石灰石 (CaCO3)與煙氣中的 502 化合產(chǎn)生 CaCO3煙氣脫硫石膏是通過以下 4 個步驟產(chǎn)生的。脫硫石膏的體積密度值決定于脫硫的工藝方法。 脫硫石膏的顏色偏深 質(zhì)量優(yōu)良的脫硫石膏是純白顏色的，但相當(dāng)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(zhì)等雜質(zhì)。 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(yīng)進行特殊處理，改善晶體結(jié)構(gòu)。 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(jié)晶體為柱體，其結(jié)構(gòu)緊密，致密的結(jié)品結(jié)構(gòu)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(chǎn)物多為針狀、片狀結(jié)晶，而晶體接觸點間壓力較大，晶體結(jié)構(gòu)較疏松故硬化體強度較低。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。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 從表 28 可以看出，兩者標準稠度相差不大，凝結(jié)時間非常接近，但抗壓強度相差較大。 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 28。 煙氣脫硫石膏與天然石膏在化學(xué)組成上相差不大，品位相當(dāng)，而天然石膏的雜質(zhì)以粘土礦物為主，在磨細后顆粒較人，一般在 140μm 左右。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(xué)組成與天然石膏蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 基本相似，天然石膏與煙氣脫硫石膏的化學(xué)成分及細度見表 26 及表 27。 脫硫石膏與建筑用天然石膏比較如下。 煙氣脫硫石膏呈較細顆粒狀，平均粒徑約 4060μm，顆粒呈短柱狀，徑長比在 ~之間。它們的目標就是要使煤燃燒產(chǎn)生的二氧化硫氣體同吸收劑進行化學(xué)結(jié)合，所用的吸收劑有：石灰石、石灰或者氨氣。 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(xué)過程。 從中國專利數(shù)據(jù)庫檢索結(jié)果分析可知 :我國有關(guān)脫硫石膏的專利申請人主要有上海市建筑科學(xué)研究院、浙江大學(xué)、四川建筑材料工業(yè)學(xué)院以及部分個人。 國內(nèi)對脫硫石膏的綜合處理和應(yīng)用己開始起步，但發(fā)展卻比較緩慢，形成工業(yè)化、規(guī)模 化和專業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)不多。 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。試驗結(jié)果表明 。 副產(chǎn)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2125MW 機組煙氣脫硫工程進入試生產(chǎn) 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(chǎn)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。石膏空心砌塊，避免了脫硫后 的二次污染。 與脫硫工程配套的石膏制板廠，利用煙氣脫硫石膏生產(chǎn)新型建材，年產(chǎn) 30010179。 石膏純度 85%以上，石膏產(chǎn)量 6 萬 t/a， 脫硫石膏用作生產(chǎn)建筑石膏、粉刷石膏。 3 太原第一熱電廠，從300MW 機組上抽 60 萬Nm179。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(chǎn)品。 2 重慶電廠 2202MW 機組，兩臺 670t/h 鍋爐，采用德國Bischoff濕式石灰石 /石膏空塔技術(shù)。 （ 2） 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。 表 25 我國火電廠 煙氣脫硫示范項目脫硫石膏質(zhì)量及利用情況 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 序號 項目名稱 脫硫石膏質(zhì)量及利用情況 1 珞磺電廠兩期 4360MW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(shù) （ 1） 石膏純度 90%以上。 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 25 所示。單位面積的石膏板重量按 10Kg/m179。 泰和集團利用脫硫石膏建設(shè)年產(chǎn) 6000 萬 m178。 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(shù)和設(shè)備，年產(chǎn)石膏板 億平方米； 重慶西部石膏建材有限公司成立于 2020 年 4 月 ，設(shè)計年生產(chǎn)能力為 500 萬平方米，于 2020 年 12 月投產(chǎn)，生產(chǎn)的石膏板產(chǎn)品，土要覆蓋中國西南地區(qū)市場。重慶地區(qū)石膏制品企業(yè)現(xiàn)己初具規(guī)模，市售產(chǎn)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(chǎn)品如纖維石膏板科技含量較高。珞磺電廠兩期 4360MW 機組年產(chǎn)生 80 萬噸脫硫石膏，重慶電廠 2202MW 機組年產(chǎn)生 20萬噸脫硫石膏，共計 100 萬噸。 1992 年以來，重慶人學(xué)、重慶市建筑科學(xué)研究院等單位研究開發(fā)出許多脫硫石膏產(chǎn)品，并形成了一定的市場份額。例如泰和集團在江蘇省江陰市投資 億元人民幣，百分之百利用電廠煙氣脫硫石膏為原料生產(chǎn)石膏板，建設(shè)年產(chǎn) 6000 萬 m178。 國內(nèi)應(yīng)用狀況 2020 年至 2020 年，我國水泥產(chǎn)量從 億噸增加至 億噸， 同比增長 %，增速同比加快 個百分點。具體可參見表 34。 煙氣脫硫產(chǎn)生的副產(chǎn)石膏，用于替代天然石膏生產(chǎn)石膏板等產(chǎn)品，其質(zhì)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。其他來源的合成石膏產(chǎn)量為 100300 萬噸。其次為煙氣脫硫石膏，年產(chǎn)量為 40005000 萬噸 。 全球合成石膏的產(chǎn)量幾乎毫無疑問地己經(jīng)超過天然石膏的產(chǎn)量，然而用于出售加工使用的合成石膏要比實際產(chǎn)量少得多。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。 表 24 中國主要石膏板生產(chǎn)企業(yè) 序號 企業(yè)名稱 石膏板產(chǎn)量 m178。其中 Knauf 公司 2020 年在中國建造了第二家石膏制品生產(chǎn)廠。 圖 24 中國普通天然石膏在各領(lǐng)域所在應(yīng)用比例 圖 25 中國纖維石膏在各領(lǐng)域所占應(yīng)用比例 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 我國主要石膏板生產(chǎn)企業(yè) 我國石膏板生產(chǎn)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)。 圖 23 世界主要石膏板生產(chǎn)國家及其所占比例 (2020 年） 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 石膏在我國各領(lǐng)域所占比例 我國普通大然石膏和纖維石膏在各領(lǐng)域所占的比例見圖 24 和圖 25。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(chǎn)工 廠，將成為最重要的潛在市場。 2020 年，全球石膏板產(chǎn)量估計在 78 億 m178。因此，全球石膏板主要生產(chǎn)企業(yè)為歐、美企業(yè)，這土要原因是歐、美地區(qū)建筑應(yīng)用石膏建材比較普遍以及石膏加工技術(shù)先進。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(chǎn)工廠。 全球石膏板主要生產(chǎn)企業(yè) 全球石膏板產(chǎn)量最大的為英國的 BPB 公 司，其全球石膏板總產(chǎn)量為 143 萬噸左右；其次為美國的 USG 公司，產(chǎn)量為 120 萬噸左右；第三位為德國的 Knauf 公司，產(chǎn)量為100 萬噸左右；第四位為法國的 Laafgre 公司，產(chǎn)量為 90 多萬噸；第五位為美國的NatinoalGypusm 公司，產(chǎn)量為 80 多萬噸；第六位為日本的 Yoshino 公司，產(chǎn)量為 70 萬噸；第七位為美國的 GoergiaPacfic 公司，產(chǎn)量為 50 多萬噸。 俄羅斯 70%用于墻板及其他板材的生產(chǎn) ； 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。 表 23 全球石膏在主要應(yīng)用領(lǐng)域的用量及其所占比例 (2020 年 ) 國家 應(yīng)用領(lǐng)域 美國 90%用于生產(chǎn)石膏墻板、抹 灰制品 （約 1500 萬 t）； 其余 用于水泥生產(chǎn)和農(nóng)業(yè) （約 100 萬 t）。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（ ％），加拿大（ ％），西班牙（ ％），中國（ ％即 690 萬噸） (但根據(jù)中國有關(guān)部門統(tǒng)計為 2900 萬噸，主要用于水泥生產(chǎn) )，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％。）。平均每一個美國的新家庭將花費 噸石膏，或者換句話說，需要 571m178。 國內(nèi)外石膏的生產(chǎn)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(yīng)用最廠廣泛的材料之一。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。在室內(nèi)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(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的“呼吸功能”使人感到舒適。而且石膏在受火時不易產(chǎn)生崩裂。 (4)建筑石膏是不燃材料，在發(fā)生火災(zāi)時其所含的結(jié)晶水分解產(chǎn)生大量水蒸氣，水蒸氣幕阻隔燃燒的蔓延。 (2)建筑石膏的燒成、石膏制品的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中不排放廢渣、廢水和對人體有害的物質(zhì)，僅排出水蒸汽和一定粉塵。水泥、石灰、石膏生成最終產(chǎn)物的焙燒溫度分別為 1450℃、 850 一 950℃、 170℃。 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。間接鍛燒設(shè)備如回轉(zhuǎn)式鍛燒爐、炒鍋 (土炒鍋直