浅析脱硫石膏的综合利用

浅析脱硫石膏的综合利用脱硫石膏得到有效利用是推动各电厂脱硫装置正常运行的前提条件。

脱硫石膏可作为天然石膏替代品，用作水泥缓凝剂或用于制作石膏制品、改良土壤与路基回填等。

从技术层面考虑，上述综合利用途径在国内外均有了一定实践经验，存在的技术难点也能得到较好的解决，从而为电厂烟气脱硫的实施提供了支持。

关键词电厂烟气脱硫脱硫石膏综合利用一、脱硫石膏的基本性能脱硫石膏外观特征1.脱硫石膏的含水率脱硫石膏含吸附水〔游离水〕约9－18％，电厂生产附着水也一直处于变动之中甚至高于18％，附着水含量受电厂运行、燃煤含硫量、石灰石碳酸钙含量及脱硫设备等多种因素影响。

〔2〕脱硫石膏颗粒级配分析石灰石－石膏湿法烟气脱硫系统中，石灰石浆液中的石灰石粒度基本有两种：250目90％通过及325目90％通过。

因此所产生的脱硫石膏颗粒也是很细的且比较集中。

大都在30－60μm之间。

〔3〕脱硫石膏与天然石膏颗粒形状显微观察脱硫石膏电子图象天然石膏电子图象由上图可以看出，脱硫石膏与天然石膏的晶型有明显的不同。

天然石膏细粒较多，粗细颗粒差别明显，晶型呈板状，晶体粗大，不规则；脱硫石膏颗粒比较均齐，晶体成短柱状，长径比较小，外观规整。

2. 脱硫石膏化学成份整体颗粒成分能谱定性分析主要元素有O、K、Al、Si、S、Ca、Fe、Mg Cl。

杂质多含Mg、Al、Na、K、Fe、Si和少量的氯元素。

可溶性杂质及其危害: Cl、Na、K等影响与纸的粘结；Na、K产生析晶使制品出现返霜现象。

K、Na可使制品出现返霜，影响石膏的凝结性能，因此，超量时须增设水洗、分级、中和等净化、脱水设施，对脱硫石膏进行净化处理。

不溶性杂质及其危害CaCO3，MgCO3煅烧后产生CaO、MgO，使石膏碱度加大。

在不利条件下会析出盐类，使制品出现返霜现象，影响产品外观和粘结；颗粒较小的Fe 和未完全燃烧的煤粉颗粒影响产品的白度和粘结性能。

原矿带入的Si将对设备产生磨损；有机质、粉尘等将使产品呈灰色影响外观。

二、我国脱硫石膏利用现状可作为建筑石膏（生产纸面石膏板和石膏砌块）、模具石膏和水泥缓凝剂等建材领域。

其中：建筑石膏（可生产纸面石膏板和石膏切块）项目，对脱硫石膏消耗量大是其优势所在。

做纸面石膏板是大量综合利用脱硫石膏的最佳途径之一，但其投资金额，技术含量高。

石膏砌块是新型墙体材料，是国家环保政策鼓励的发展方向。

我国石膏总量的4～7％用于制作石膏墙体，而其它发达国家石膏总量的45％制作石膏墙体。

模具石膏，对电厂产生脱硫石膏的品质要求较高，并且，耗用量一般不大，很难形成规模效应。

水泥缓凝剂，石膏添加量为水泥总量的3～5％，可消耗大量的脱硫石膏。

脱硫石膏的主要成分是CaSO4·2H2O,化学成分和天然石膏相近似，是二水硫酸钙，有自身品位高、石膏制成品性能好的优点，而且对水泥性能不会造成不利的影响。

脱硫石膏制水泥缓凝剂在国外和国内均有先例。

该项目具有用量最大，相对投资较小的特点。

脱硫石膏经我国权威部门多次化验，证明其品位高、杂质少,不含对水泥性能有负影响的杂质,适宜替代天然石膏作水泥缓凝剂。

与天然石膏相似，脱硫石膏能正常调节水泥凝结时间,掺入3％～5％的脱硫石膏，各品种的水泥凝结时间均能满足国家标准的要求。

脱硫石膏中含有CaCO3和少量可溶性盐,对促进水泥强度发展,激发混合材活性发挥是有利的。

据有关资料显示，用脱硫石膏作缓凝剂的水泥强度与用天然石膏的水泥相当,部分品种水泥的强度有一定幅度的提高。

同时，脱硫石膏中天然放射性符合我国建材安全性GB 6566－2001《建筑材料放射性核素限量》要求。

尽管烟气脱硫石膏是非常好的石膏原料，但它与天然石膏性能不同之处也有很多，利用它生产建材产品时，就要把握烟气脱硫石膏的本质特性，对工艺环节应进行优化调整，才能获得最优的产品性能。

比如，通过制作成球状水泥缓凝剂来改变其流动性不好的特性，以适应水泥行业使用。

三、脱硫石膏综合利用的技术可行性分析1.脱硫石膏综合利用的基本工艺技术及优点替代天然石膏制备建筑石膏粉用脱硫石膏制备建筑石膏的基本工艺技术路线为：上料→烘干→煅烧→成品包装用脱硫石膏替代天然石膏生产各种石膏建材，不仅可以减少天然石膏的消耗量，减少矿山开采带来的生态破坏等问题，还可形成脱硫石膏制品的新产业和新市场。

根据文献，烟气脱硫石膏与天然二水石膏的化学成分、矿物组成基本相似，主要矿物均为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)。

脱硫石膏的二水硫酸钙含量可达90%左右(天然石膏为80%左右)，品位较高，用其制作的建筑石膏的性能一般优于以天然石膏为原料的产品。

与天然石膏相比，脱硫石膏具有纯度高、粒度细、氯离子含量低等优点，具体体现为：①降低料浆液固比在石膏生产线中，加入一定比例的脱硫石膏可降低料浆液固比，有利于减少干燥机的蒸发水量，提高石膏板产量。

根据生产实践，每降低1%的液固比，可降低1%~2%的干燥机能耗。

②增大料浆流动性工艺配方相同的情况下，在天然石膏中添加一定比例的脱硫石膏，可增加料浆的流动性，便于去除气泡，增加石膏板的整体性能和强度，避免边缘空心板的产生，提高产品质量。

③降低石膏板的重量添加一定比例的脱硫石膏，可使石膏的平均纯度提高，在不影响石膏板质量的前提下降低板重和耗材，减少石膏板破损率，降低成本。

④改善石膏板的质量石膏粉的纯度、粒度、杂质(特别是Cl-的含量)将影响石膏板的机械强度和干粘合。

在天然石膏中添加一定比例的脱硫石膏能提高石膏板的机械强度、边缘硬度，增强纸面与石膏芯之间的干粘合，提高纸面石膏板的可加工性能及美观性能。

⑤革除破碎、球磨工序，减少对设备的磨损脱硫石膏本身是粉末，无需破碎和锤磨，因此可减少设备磨损，延长设备寿命，降低维修费用和能耗。

(2)用作水泥缓凝剂研究表明，原状湿式脱硫石膏自然干燥或在140℃以下预烘干的脱硫石膏能够正常调节水泥的凝结时间，水泥性能正常发挥，水泥强度、凝结时间及安定性等指标均达到国家有关标准。

从信阳金龙水泥厂、信阳天瑞水泥厂、驻马店豫南同力水泥厂等应用实践来看，水泥厂一般采用块状天然石膏作缓凝剂，其生产设备是为适应块状物料而设计的，因此使用脱硫石膏的水泥生产线需增加储存仓、带皮带秤(计量设备)的堆棚、配料库及喂料机等设备，并对投料口处的设备进行一定改造，或者使用造粒脱硫石膏，但可省去破碎工艺。

此外不需其他工艺改变，因此从工艺技术角度而言不存在问题。

在水泥行业使用脱硫石膏的优点在于：①纯度(CaSO4·2H2O)高，二水硫酸钙的含量可调节，与天然石膏相比杂质少、品质高；②经试验，脱硫石膏的微观结构使其需水少、水分蒸发后形成孔洞少，力学上有优势，且含氯离子等有腐蚀性杂质少，从而可提高钢筋混凝土的强度和耐久性；③脱硫石膏是电厂三废产品之一，成本比天然石膏低，并符合国家环保政策。

(3)用作肥料、改良土壤石膏能明显降低土壤pH值，所含的钙离子(Ca2+)可以置换土壤中的可代换性钠(Na+)，从而达到改良碱土的作用。

烟气脱硫石膏的主要成分是二水硫酸钙，并含有丰富的S、Ca、Si等植物必需或有益的矿物质营养素，其中的钙化合物有利于植物生长，Ca2+能加速盐碱土中的Na+释放，并对土壤起中和、疏松等调节作用。

因此将脱硫石膏作为肥料以一定比例施加到滩涂中，可以改良滩涂，提高滩涂土壤肥力。

这在技术上没有很大问题，因而具有广泛的农业应用前景。

已有的研究结果表明，脱硫副产物用于土壤改良还有以下优势：(1)易于利用，脱硫副产物中CaSO4•2H2O的含量在80%~90%之间，颗粒粒度在1μm~100μm之间，只要稍加处理就能直接施用；(2)调节土壤pH值，改善阳离子交换容量；(3)提供有益的微量元素，解决日益严重的土壤缺硫问题；(4)提高根瘤状物质的生长，促进氨转化物增加。

(5)用于矿井、路基回填等胶结充填采矿法是一种经营费用较高的采矿工艺，其充填成本约占采矿成本的1/3左右，充填成本中充填胶凝材料水泥占80%以上，昂贵的交接充填成本制约了胶结充填采矿法的应用和发展。

将脱硫石膏、火电厂废弃物、尾砂、棒磨砂按一定比例混合后，可得到与普通硅酸盐水泥矿物组成相似的胶结材料。

脱硫石膏水化过程中，会生成大量溶解度低、以胶体微粒析出的硅酸钙凝胶水化产物。

氧化钙含量高、发热量低的脱硫石膏代替水泥，可降低水泥的水化热和充填体的绝热温升，还可推迟水化热峰值出现的时间，从而防止温度裂缝的产生，提高胶结料的强度。

四、脱硫石膏综合利用的技术难点由于脱硫石膏本身的特性，在将其应用于建材行业时存在一定的困难，需要采取一些特殊处理方式。

主要原因如下：1.脱硫石膏有一定的含水量脱硫石膏含水率一般在10%~20%，粘性强，因此在装载、提升、输送的过程中极易粘附在设备上，造成积料、堵塞，影响生产过程的正常进行；同时，含水率高的特点也使其在煅烧设备及工艺的选择上，需考虑干燥与煅烧两方面。

2.脱硫石膏颗粒级配不合理天然石膏经过粉碎后，细度一般在140μm左右，而脱硫石膏粒径一般为30μm~60μm，颗粒过细带来流动性和触变性的问题，需要在工艺中进行特殊处理以改善晶体结构。

这也使脱硫石膏煅烧难于天然石膏，对煅烧工艺参数的控制水平要求较高。

脱硫石膏颗粒比表面积是粉磨后天然石膏的40%~60%，颗粒级配不好。

在煅烧后，其颗粒分布特征没有改变，导致石膏粉加水后的流变性差，颗粒离析、分层现象严重；直接用脱硫石膏粉生产的粉刷石膏饱水性差，生产的石膏制品容重较大、强度不均匀。

故脱硫石膏粉应经过粉磨增加颗粒比表面积后，再用于石膏产品的加工生产。

五、解决上述问题的技术方法脱硫石膏生产线的成功和先进性，关键在于石膏的烘干和煅烧工艺装备技术。

脱硫石膏的烘干可使用闪蒸式的气流烘干工艺、快速转动的双轴桨叶式干燥机、沸腾炉装置、锤式干燥机、管束干燥等。

对于含水量在10%左右、粒度很细的脱硫石膏，选用闪蒸式的热气流直接烘干石膏的效果较好。

脱硫石膏煅烧设备是生产线上的核心设备，一般有间接换热多管式回转窑、连续炒锅、沸腾炉、气流煅烧装置等。

就建筑石膏的质量而言，采用间接换热多管式回转窑和沸腾炉煅烧石膏较为理想。

1.气流干燥、连续炒锅生产β-半水石膏脱硫石膏在气流干燥管内进行干燥（干燥至水分<2%），干燥后直接进入连续炒锅内进行炒制。

连续炒锅在我国应用较多，其投资较少，可完全实现国产化，但占地面积大，能耗较高，对温度控制要求严格，粉尘较难回收。

2.回转窑煅烧β-半水石膏回转窑是生产熟石膏的主要煅烧设备之一。

利用直接加热式回转窑可直接煅烧脱硫石膏，煅烧前不必进行预干燥处理，但窑体需有一定长度的干燥带，存在收尘和排潮较困难、煅烧不均匀、品种单一、不易调整等缺陷，国内应用不多。

3.气流干燥、煅烧一体化生产β-半水石膏气流煅烧磨集干燥、粉磨、煅烧工艺为一体，在德国称风扫磨，是德国沙士基打公司的产品。