脱硫石膏的应用研究

脱硫石膏的应用研究进展

摘要：分析了脱硫石膏的产生、性能和危害，介绍了脱硫石膏的国内外应用情况和研究进展。详细阐述了脱硫石膏在建筑行业、农业和其他行业的应用研究，并对脱硫石膏的应用前景进行了展望。

关键词：脱硫石膏，建筑材料，水泥辅料，肥料

前言

大气中的SO2危及人类健康,使植物叶面产生枯萎脱落、坏死，给国民经济带来损失。在环保要求日益严格的今天，为减少对环境的污染，很多企业特别是产生二氧化硫较多的企业，如火力发电厂，均在寻找有效方法脱除二氧化硫。湿法脱硫就是其中的一种[1]。

烟气脱硫石膏是对含硫燃料(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，主要来源于燃煤电厂的烟气脱硫工艺。据统计，我国火电厂的燃煤量约占全国煤炭产量的三分之一，因电厂燃煤每年向大气中排放的二氧化硫高达1200万t，占我国二氧化硫排放总量的50%，占工业二氧化硫排放的75%左右，因此烟气脱硫势在必行。目前，世界上约有20个国家和地区应用了排烟脱硫工艺。

近些年来，我国二氧化硫我国烟气脱硫情况已经有了重大变化。仅在2007年全国就新投入10万千万瓦及以上火电厂烟气脱硫机组1.1亿千瓦。截止2007年底，全国火电厂烟气脱硫装置投运容量超过2.7亿千瓦，占全国火电机组容量的50%左右，与“十一五”末相比，火电厂烟气脱硫机组增加了53倍以上。据相关数据显示2010年，我国脱硫石膏总产量达到2000万吨，相当于目前全国天然石膏开采量的40%。如果脱硫石膏采用堆积、填埋法处理，不加以利用的话，将对土地、地下水和大气环境造成严重的污染。因此在建材工业中充分利用脱硫石膏，是建设资源节约型社会的重要任务，也是落实国家节能减排政策的重要措施，对促进建材工业的技术进步将起到重要的推动作用[2]。

1 脱硫石膏的介绍

1.1 脱硫石膏的产生

石灰石-石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种燃煤电厂湿法脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺，在我国这种工业化比较成熟的工艺也占据了电厂脱硫的统治地位。

石灰石—石膏湿法工艺进行烟气脱硫是采用石灰石粉加水制成的浆液作为吸收剂，泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度，结晶形成二水石膏后排出吸收塔，经浓缩、脱水，输送至石膏仓堆放。脱硫后的烟气经除雾器除去雾滴，通过换热器加热升温后，由烟囱排人大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，脱硫效率可大于95%。

我国燃煤电厂脱硫石膏是随烟气脱硫同步产生的。国家发改委从2003年起审批的新建燃煤电厂，如燃煤含硫达0.7%以上，就必须安装烟气脱硫装置；并规定已建成的燃煤电厂也必须要逐步安装烟气脱硫装置。到2010年我国有4.6亿kW的燃煤发电机组安装烟气脱硫装置。山西省在2008年10月率先在全国完成了燃煤电厂脱硫改造，成为我国第一个省内火电厂全部配套脱硫设施的省份。

1.2 脱硫石膏的性质

脱硫石膏的主要成分和天然石膏是一样的，都是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)，颜色微黄，

呈中性或略偏碱性。与天然石膏的物理、化学性能具有相同的规律。但作为一种工业副产品，脱硫石膏与天然石膏相比又具有自身的特性，主要表现在外观形态、化学成分特别是杂质、颗粒形貌等性能与天然石膏有明显的差异。此外，脱硫石膏品位比天然石膏略高，所含杂质

较少，是一种质量较好的化学石膏。

1.2.1 脱硫石膏的物理性质

脱硫石膏颗粒特征和物理状态与天然石膏也有较大的差别。脱硫石膏含有10%～15%附

着水，呈湿粉状。正常脱硫石膏的外观颜色近乎白色，随杂质含量变化呈黄白色或灰褐色。脱硫石膏较天然石膏细，粒径一般不超过90μm，且85%以上的粒径在30μm~60μm之间，

级配不如天然石膏磨细后的石膏粉。天然石膏经过粉磨后粗颗粒多为杂质，细颗粒多为石膏，而脱硫石膏却粗颗粒多为石膏，细颗粒多为杂质。基于以上原因，脱硫石膏虽细，但其比表

面积却不如天然石膏。

1.2.2 脱硫石膏的化学性质

在化学成分上，脱硫石膏与天然石膏的主要成分均为二水硫酸钙。脱硫石膏中二水硫

酸钙含量均高于90%，比天然石膏中的70%~80%还高。从表1可以看出，脱硫石膏游离水

含量一般在10%左右，还含飞灰、有机碳、碳酸钙、亚硫酸钙及由钠、钾、镁的硫酸盐或

氯化物组成的可溶性盐等杂质。由表1可知，两者的化学成分十分相似。在脱硫石膏使用过

程中必须严格控制一些可溶性盐类浓度，如钾、钠、氯离子等。

表1 脱硫石膏与天然石膏的化学成分比较

成分 CaO SiO2 Al2O3 SO3 Fe2O3 MgO 损失量天然石膏/% 31.5 4.3 1.73 41.1 1.15 1.30 17.2

31.6 2.7 0.7 42.4 0.5 1.0 19.2

脱硫石膏/%

1.2.3 脱硫石膏的特性

1、颗粒过细：天然石膏经粉碎后，细度约140μm，而脱硫石膏颗粒直径小于60μm(30~ 50μm)，由于颗粒过细而带来流动性和触变性问题。

2、有一定的含水率：一般达到10%~15%，由于其含水率高、粘性强，在装载、提升、输送的生产过程中极易粘附在各种设备上，造成积料堵塞，影响生产过程的正常进行。

3、颜色偏深：质地优良的脱硫石膏是纯白色的，但常见的呈深灰色或带黄色，作为粉

刷石膏和装饰石膏将影响外观。主要原因是烟气除尘系统效率不高，致使脱硫石膏含有较多

的粉煤灰，其次是由于石灰不纯含有铁等杂质的影响。

4、堆密度大：达到1kg/cm3左右。堆密度大，对其贮存、生产和产品的性能有重要影响。脱硫石膏与天然石膏的最大不同，在于脱硫石膏含有某些杂质，而这些杂质对石膏制品

的性能造成不同程度的危害[1]。

1.3 脱硫石膏的危害

在石灰石一石膏湿法脱硫过程中，每吸收l t二氧化硫就要产生2.7 t脱硫石膏，结果就

是产生大量脱硫石膏，其堆放、分解造成了二次污染，对气候、土壤、植物和人类健康形

成危害。

脱硫石膏引起严重的环境问题就是大气污染，其中最主要的问题之一就是“环境酸化”。“环境酸化”与SO2，NO x排人大气中有密切的关系，一般它们以两种方式进入地面：一种是

湿沉降。大气中的SO2，NO x被雨水带到地面，经太阳暴晒，挥发出“酸性物质”，加重“酸雨”的威胁。到雨天，堆积的脱硫石膏“山”随时都会下塌、冲击道路和村舍。脱硫石膏经雨

水冲刷渗入土地农田，污染地表水和地下水，造成大面积污染。另一种方式是干沉降。大气

中的SO2，NO x直接落到植物或潮湿的地表面，这些微粒布满植物表面，影响光合作用，导

致植物死苗、黄叶、烂叶或落花落果。石膏粉末被分解释放的有害物质对长期户外作业的人