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。 附着水月平均含量 2011 年 1 2011 年 2 2011 年 3 月 月 月

大唐信阳华豫电厂 14.8% 13.4% 9.6%

大唐信阳电厂 15.8% 12.1% 10.2%

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 － 60 μm 之间。

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

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 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 1 μm~100 μm 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

140 μm 左右，而脱 硫石膏粒径一般为 30 μm~60 μm ，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