1.我國脫硫石膏的現(xiàn)狀

隨著環(huán)保意識的增強和《中華人民共和國大氣污染防治法》的頒布實施，電廠煙氣脫硫已經(jīng)在全國逐步展開。電力煙氣脫硫的裝機容量在2000年底時約500萬千瓦，2005年底約5000萬千瓦，2006年底約1.6億千瓦，到2007年上半年將達到約２億千瓦。預(yù)計到2010年末，全國投運及建成的煙氣脫硫機組容量將達2.3億千瓦。由于國內(nèi)的脫硫工程絕大多數(shù)采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝，照此推算，在這些濕法脫硫裝置全部投運后，預(yù)計在2010年將年產(chǎn)脫硫石膏約3000萬噸。而我國在2004年天然石膏的開采總量就高達4500萬噸。

據(jù)估計，2006年底全國已投運的火電廠脫硫裝機產(chǎn)出約800萬噸煙氣脫硫石膏。其中已開展脫硫石膏利用或正在建設(shè)脫硫石膏利用裝置的不到lO％，脫硫石膏外賣給石膏建材制品企業(yè)的約占5O％，其余約4O％采用暫時拋棄。

脫硫石膏實際上是一種工業(yè)副產(chǎn)品，同樣具有利用價值。如果脫硫石膏被充分利用，則相當(dāng)于解決了全國石膏年需求量的絕大部分。脫硫石膏的綜合利用完全符合國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的國策，既保護了生態(tài)環(huán)境與礦產(chǎn)資源，也解決了火電廠脫硫的后顧之憂，并將給電廠帶來一定的經(jīng)濟效益。

2.脫硫石膏的品質(zhì)

脫硫石膏作為石膏的一種，其主要成分和天然石膏一樣，都是二水硫酸鈣(CaSO₄.2H₂0)。脫硫石膏和天然石膏經(jīng)過煅燒后得到的熟石膏粉和石膏制品在水化動力學(xué)、凝結(jié)特性、物理性能上無顯著的差別。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，和天然石膏有一定的差異。

脫硫石膏的外觀：含有10％～20％左右游離水的潮濕，松散的細小顆粒，脫硫正常時其產(chǎn)出的脫硫石膏顏色近乎白色微黃，有時脫硫不穩(wěn)定帶進較多的煤灰等雜質(zhì)時顏色發(fā)黑。脫硫石膏的水化動力學(xué)、凝結(jié)特征、產(chǎn)出過程與天然石膏相同，只是速度快；脫硫石膏轉(zhuǎn)化后的5種形態(tài)、7種變體，物化性能與天然石膏一致，可以替代天然石膏作建材；脫硫石膏無放射性，不污染和危害健康。

天然石膏與脫硫石膏的不同點是在原始狀態(tài)下天然石膏粘合在一起；脫硫石膏以單獨的結(jié)晶顆粒存在。脫硫石膏主要礦物相為二水硫酸鈣，主要雜質(zhì)為碳酸鈣、氧化鋁和氧化硅，其他成份有方解石或α石英、α氧化鋁、氧化鐵和長石、方美石等。煙氣脫硫石膏部分晶體內(nèi)部有壓力存在，而天然石膏主要以勻態(tài)存在，脫硫石膏雜質(zhì)與石膏之間的易磨性相差較大，天然石膏經(jīng)過粉磨后的粗顆粒多為雜質(zhì)，而脫硫石膏其顆粒多的卻為石膏，細顆粒為雜質(zhì)，其特征與天然石膏正好相反。顆粒大小與級配：煙氣脫硫石膏的顆粒大小較為平均，其分布帶很窄，顆粒主要集中在3O－6Oμm之間，級配遠遠差于天然石膏磨細后的石膏粉。脫硫石膏呈細粉狀，其中二水硫酸鈣含量高達95％，脫硫石膏的純度在75～9O之間，是一種純度較高的化學(xué)石膏。

3.國外脫硫石膏的應(yīng)用

在20世紀(jì)80年代末90年代初，隨著脫硫石膏大量產(chǎn)出，德國和日本及其他歐洲國家對脫硫石膏展開了大量研究，實現(xiàn)了脫硫石膏資源化利用。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、α石膏粉、石膏制品、石膏砂漿、水泥添加劑等各種建筑材料之中，取得了良好的經(jīng)濟、社會及環(huán)境效益。

日本是生產(chǎn)脫硫石膏最早的國家，目前它的脫硫石膏幾乎100％得到應(yīng)用。其脫硫石膏再利用的類型主要有：墻板、建筑熟石膏、工業(yè)灰泥、粘接劑、石膏天花板等產(chǎn)品，其中超過90％的脫硫石膏主要用于水泥添加劑和墻板原料。另外，日本將脫硫石膏與粉煤灰及少量石灰混合，形成煙灰材料，利用這種材料在凝結(jié)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的強度，作為路基、路面下基層或平整土地所需砂土。

德國在脫硫石膏資源化利用方面具有豐富的經(jīng)驗，大部分脫硫石膏被資源化利用，剩余部分漿液經(jīng)飛灰穩(wěn)定后拋棄處置，主要用于填埋露天礦。德國脫硫石膏主要在建筑工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，約占德國石膏需求總量的50％，脫硫石膏逐漸代替天然石膏的趨勢在德國已經(jīng)形成，因此估計脫硫石膏將來會100％取代天然石膏用于生產(chǎn)膠凝性墻板和水泥。另外，脫硫石膏還用于生產(chǎn)地板襯里和礦物性灰泥，其份額可占該領(lǐng)域的5O％。

歐洲第二個脫硫石膏生產(chǎn)基地是英國。英國制定了必須使用脫硫石膏的法規(guī)，同時對現(xiàn)有石膏廠進行必要投資，生產(chǎn)脫硫石膏。在英國，脫硫石膏主要用于生產(chǎn)石膏板，另外還生產(chǎn)一些專用石膏和石膏涂料，保證盎格魯－撒克遜石膏工業(yè)產(chǎn)品品種十分齊全。荷蘭和丹麥的脫硫石膏總產(chǎn)量是70萬噸/年，由于荷蘭和斯堪的維亞沒有天然石膏礦，天然石膏主要從西班牙等歐洲國家購買，因此存在脫硫石膏應(yīng)用的潛在市場。盡管如此，丹麥在2O世紀(jì)9O年代以后才在脫硫石膏生產(chǎn)工藝方面有所突破。在美國，脫硫石膏在農(nóng)業(yè)中有兩個應(yīng)用范例：一是在花生生長過程中應(yīng)用，通過增大花生顆粒而增加產(chǎn)量；另一例是對缺乏硒元素的土壤進行改良。

另外，在歐洲和日本，還有一種以脫硫石膏制得的自流平材料進入工業(yè)化商品生產(chǎn)階段。地面自流平材料是一種無機膠凝型功能材料，具有良好的流動性和穩(wěn)定性，在未來的混凝土自流平層及舊地面、起砂地面的修補方面具有廣闊的前景。

4.我國脫硫石膏的應(yīng)用

國內(nèi)脫硫石膏產(chǎn)生的歷史很短，綜合利用也是剛剛起步，對其應(yīng)用價值和市場競爭力普遍認識不夠。天然石膏的處理工藝和設(shè)備也并不完全適合脫硫石膏，更增加了應(yīng)用上的難度，導(dǎo)致國內(nèi)現(xiàn)在還沒有很好地展開應(yīng)用。我國現(xiàn)階段脫硫石膏僅在少數(shù)領(lǐng)域中有應(yīng)用，如技術(shù)含量低的建材石膏、水泥輔助料、路基填埋料，且尚未形成工業(yè)規(guī)模。

隨著全國電廠大規(guī)模啟動煙氣脫硫工程，特別是大多數(shù)燃煤電廠采用了石灰石－石膏的濕法脫硫新工藝之后，脫硫石膏的應(yīng)用必定有一個飛躍式發(fā)展。預(yù)計，建材行業(yè)依舊是消化脫硫石膏的主力軍，農(nóng)業(yè)也可以有所作為。

4.1 脫硫石膏在水泥中的應(yīng)用

脫硫石膏在水泥基材料中的應(yīng)用是大規(guī)模處置利用脫硫石膏的重要途徑。研究表明，脫硫石膏不含對水泥基材料性能有負影響的雜質(zhì)，適宜作水泥基材料添加劑。脫硫石膏中含有部分未反應(yīng)的CaCO3和部分可溶鹽，如K+、Na+鹽，這些雜質(zhì)的存在有利于加速水泥水化，激發(fā)水泥混合材或混凝土摻合料活性的充分發(fā)揮，加之脫硫石膏細度大，在水泥中能與水泥顆粒和混合材顆粒充分接觸，迅速發(fā)生反應(yīng)，能有效調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時間。對于礦渣水泥、粉煤灰水泥和復(fù)合水泥，脫硫石膏既是緩凝劑，同時又是混合材水化時的硫酸鹽激發(fā)劑，其中含有的CaCO3對水泥硬化漿體的結(jié)構(gòu)與性能也有改善作用。只是因為含水率比天然石膏大，故需要將石膏投料口處的設(shè)備作一些調(diào)整，或者將原狀脫硫石膏造粒，即先自然干燥，然后預(yù)熱烘干，最后得粒狀脫硫石膏。試驗表明，這種造粒方式雖然使得脫硫石膏的成本提高了5～10元／噸，但此粒狀脫硫石膏能夠正常調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間，水泥性能正常發(fā)展，水泥強度、凝結(jié)時間等指標(biāo)均達到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

目前我國水泥年產(chǎn)量已達9億多噸，以摻入3～5％的二水石膏作為緩凝劑計算，每年需使用3000多萬噸的石膏，而目前幾乎100％添加天然石膏。當(dāng)然，水泥廠由于設(shè)備、工藝原因不可能全部使用脫硫石膏。即使如此，只要達到30％的份額，就可以年消耗脫硫石膏900萬噸。

4.2脫硫石膏在石膏制品中的應(yīng)用

4.2.1 石膏砌塊

石膏砌塊是以石膏為主要原材料，經(jīng)加水?dāng)嚢琛沧⒊尚秃透稍镏瞥傻膲K狀輕質(zhì)隔墻材料。石膏砌塊的特點可概括為：1、安全——耐火性好；2、舒適——“暖性”和“呼吸功能”；3、快速——石膏建材的生產(chǎn)速度快、施工效率高；4、環(huán)?！?jié)能、利廢、可回收利用、節(jié)材、衛(wèi)生、不污染環(huán)境。由于其生產(chǎn)工藝采用工業(yè)化方法，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量，它適用于工業(yè)和民用建筑中的非承重內(nèi)隔墻。

目前我國石膏砌塊生產(chǎn)企業(yè)不足百家。其中具有一定生產(chǎn)規(guī)模、采用機械化成型機生產(chǎn)的企業(yè)約20家左右。以企業(yè)數(shù)、生產(chǎn)能力劃分，山東省是石膏砌塊生產(chǎn)的第一大省。這與山東省石膏資源比較豐富有關(guān)。以實際應(yīng)用量分析，北京市仍位居第一。根據(jù)測算，我國現(xiàn)有石膏砌塊的年生產(chǎn)能力應(yīng)有600萬m²左右，但這幾年的實際產(chǎn)量約在100萬m²左右。石膏砌塊的面密度約為60～97kg，如果現(xiàn)有的全部企業(yè)采用脫硫石膏，每年可消耗脫硫石膏50萬噸。

目前國內(nèi)的實心粘土磚墻體(雙面抹灰)約為65.4￥/m²，而石膏砌塊墻體在25—65￥/m²。隨著“禁粘”墻改政策的進一步落實，對實心粘土磚的使用將越來越嚴(yán)格限制，我國石膏砌塊的生產(chǎn)規(guī)模將逐漸擴大，成本進一步降低，石膏砌塊的優(yōu)勢將凸現(xiàn)出來。

目前我國年產(chǎn)7千多億塊粘土磚，耗粘土資源達l0多億m³，約毀壞農(nóng)田21～28萬畝。如用石膏墻體材料取代2O％的粘土，則每年可少毀地4～6萬畝，并可以消耗脫硫石膏1700萬噸。

4.2.2 紙面石膏板

研究證明，排除脫硫石膏雜質(zhì)對紙面石膏板的影響后，可以用脫硫石膏部分或全部代替天然石膏制作紙面石膏板是可行的。石膏在干燥狀態(tài)下流動性和運輸性很難控制，而且同水拌合后有沉淀的趨勢，這將導(dǎo)致墻板表面硬度有所不同，產(chǎn)生紙面石膏板紙板的粘結(jié)問題，這可以通過特殊的粉磨措施來解決。華能珞璜電廠、太原第一熱電廠、北京京能熱電股份有限公司、杭州半山電力開發(fā)實業(yè)有限公司等均有大量的內(nèi)含10％游離水的副產(chǎn)煙氣脫硫石膏，這些脫硫石膏須經(jīng)干燥、煅燒而生成。紙面石膏板的生產(chǎn)是以脫硫建筑石膏為基材，摻入以紙纖維等外加劑和水混合成石膏料漿，擠壓成型紙面石膏板帶，經(jīng)切割干燥而成，干燥溫度均勻，效率高，能耗低。

我國目前紙面石膏板的生產(chǎn)能力僅有10億平米，年消耗天然石膏70萬噸，可以全部使用脫硫石膏代替。如果紙面石膏板的人均占有量達到發(fā)達國家水平，那么將消耗脫硫石膏250萬噸左右。

4.2.3 粉刷石膏

由于煙氣脫硫石膏比天然石膏的品位高，生產(chǎn)出的建筑石膏強度也高，比國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的優(yōu)等品強度值高40％～45％，是目前國內(nèi)建筑石膏強度最高的品種。脫硫石膏的自由水含量雖要求小于10％，但仍遠高于天然石膏；脫硫石膏的細度較為平均，顆粒主要集中在40～60μm，因此，處理脫硫石膏只需要烘干，不需要再經(jīng)破碎和細磨，其生產(chǎn)電耗比天然石膏低40％～60％，生產(chǎn)成本則為天然石膏成本的70％～80％。

粉刷石膏是以建筑石膏為主要成分，摻入少量工業(yè)廢渣、多種外加劑和集料制成的氣硬性膠凝材料。作為新型抹灰材料，它既具有建筑石膏快硬早強、粘結(jié)力強、體積穩(wěn)定性好、吸濕、防火、輕質(zhì)等優(yōu)點，又克服了建筑石膏凝結(jié)速度過快、粘性大和抹灰操作不便等缺點。以脫硫石膏為主的粉刷石膏，各項指標(biāo)均達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)用效果良好，價格大幅下降。

粉刷石膏的使用面積大、用量多。按全國房屋每年竣工面積2.4億m²計算，折合墻面為6億m²。如果每平方使用3公斤，每年將消耗脫硫石膏200萬噸左右。

4.2.4 自流平石膏

自流平石膏目前在我國尚未得到大規(guī)模應(yīng)用，但是自流平石膏是一種非常具有發(fā)展前途的新型建筑材料。如果完全使用脫硫石膏，采用新技術(shù)，將生產(chǎn)成本降到每噸250-350元，自流平石膏就可以大規(guī)模在建筑工程中使用，年使用量可達到300萬噸規(guī)模。

4.3脫硫石膏在膠結(jié)尾砂充填的應(yīng)用

利用脫硫石膏的膠凝性能，將之與火電廠廢棄物按一定比例混合后，能產(chǎn)生與水泥水化產(chǎn)物相似的成分。在保證充填體抗壓強度的情況下，脫硫石膏能取代10％～12％的水泥以膠結(jié)尾砂充填，從而降低充填成本。這既降低了尾砂膠結(jié)充填的成本，又實現(xiàn)了脫硫石膏的“變廢為寶”；同時還能促進礦山膠結(jié)充填采礦工藝和濕式煙氣脫硫工藝的發(fā)展，為充填膠凝材料的研究開辟了新的思路。

4.4 脫硫石膏在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

脫硫石膏的主要成分與天然石膏相似，含有豐富的S、Ca、Si等植物必需或有益的礦物營養(yǎng)，因而在土壤改良上有很好的前景。脫硫石膏的工業(yè)應(yīng)用研究比較多，并在實際中得到了大量應(yīng)用，但是農(nóng)業(yè)應(yīng)用目前還處于實驗室研究水平，田間大規(guī)模的應(yīng)用還比較少，但毫無疑問這也是今后脫硫石膏應(yīng)用的一個重點方向。

5.我國脫硫石膏利用存在的問題

由于我國建材行業(yè)對石膏的認識不足，對于石膏的應(yīng)用還不是很多，因此市場需求量不大，造成石膏產(chǎn)量在膠凝材料中比例很低。我國對于天然石膏的利用都存在很多問題，那么脫硫石膏的資源化利用的困難就更多。目前主要存在以下幾個突出的問題：

5.1 脫硫石膏的質(zhì)量問題

脫硫石膏能否被利用，實現(xiàn)其資源化，首先取決于石膏的質(zhì)量，影響脫硫石膏質(zhì)量的因素很多，如石膏在漿液中的過飽和度、漿液的pH值、石膏的結(jié)晶溫度、氧化空氣量、漿液攪拌強度以及石膏脫水工序等。此外，為了生產(chǎn)具有商業(yè)價值的石膏，必須使生成的石膏容易脫水，且其顆粒不能過細。在脫硫石膏生成的過程中，如果工藝條件控制不好，往往會生成層狀尤其是針狀晶體，而進一步向塊狀、氈狀結(jié)構(gòu)發(fā)展，使得所生成的石膏極難脫水；細顆粒石膏還容易引起系統(tǒng)結(jié)垢，因此必須控制石膏的結(jié)晶條件，使之生成粗顆粒和棱形結(jié)構(gòu)的石膏晶體。因此，晶體的總表面積以及晶體的生長時間，也會影響脫硫石膏的質(zhì)量，并且，上述諸因素之間會產(chǎn)生相互影響和制約。經(jīng)常性的石膏品質(zhì)波動也給脫硫石膏用戶的生產(chǎn)帶來困難，制約了脫硫石膏的綜合利用．因此，當(dāng)脫硫裝置因外部或內(nèi)部的原因使得FGD本身運行狀況改變時，必然影響副產(chǎn)品石膏的產(chǎn)量和品質(zhì)。另外，漿液中較多過剩的CaCO₃降低了鈣的利用率也影響了副產(chǎn)品石膏的純度。石膏產(chǎn)量和品質(zhì)的穩(wěn)定是開拓利用市場的必要條件。

5.2天然石膏資源非常豐富，分布不均

我國石膏資源十分豐富，已探明天然石膏儲量大約為570億t，居世界首位。但是我國石膏資源分布極不均衡，品質(zhì)差異特別大。在脫硫石膏的豐產(chǎn)區(qū)，如重慶珞璜電廠和太原第一熱電廠，同時也是天然石膏豐產(chǎn)區(qū)，在這些地區(qū)脫硫石膏沒有成本及技術(shù)上的優(yōu)勢，其應(yīng)用受到嚴(yán)重阻礙。

5.3 缺乏相應(yīng)的法規(guī)和政策

在脫硫石膏的主要生產(chǎn)國，均以法律法規(guī)明確規(guī)定了脫硫石膏應(yīng)用的地位，以新技術(shù)和新工藝為保障，實現(xiàn)了以經(jīng)濟和自然環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)決定可贏利的方法，保證脫硫石膏的資源化利用。但我國在這一領(lǐng)域尚缺乏相應(yīng)的對策和措施。

5.4 缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)

脫硫石膏可作為優(yōu)質(zhì)建筑材料在歐洲和日本得到了公認，但在我國沒有與脫硫石膏應(yīng)用相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，因此一些石膏制品生產(chǎn)商和用戶拒絕使用脫硫石膏，是脫硫石膏資源化利用的障礙之一。

5.5 缺乏必要的技術(shù)保障

發(fā)達國家在脫硫石膏資源化利用過程中投入了大量研究，并由此開發(fā)新技術(shù)和新工藝。我國石膏建材行業(yè)只有幾十年的歷史，設(shè)備和工藝落后，缺乏對含水粉狀脫硫石膏進行干燥及高溫煅燒的設(shè)備，無法對脫硫石膏進行深加工和應(yīng)用；此外，缺乏對脫硫石膏的完整認識及相關(guān)的處理處置新技術(shù)、新工藝和應(yīng)用經(jīng)驗，因此無法建立必要的市場、效益觀念和營銷手段，脫硫石膏資源化利用在我國沒有形成一條好的出路。

5.6公眾缺乏脫硫石膏再利用的觀念

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