以白泥作脱硫剂的脱硫石膏净化后资源化利用
表1 脱硫剂白泥成分表
注:①脱硫剂粒度范围一般情况:≤10μm占90%左右;②脱硫剂浆液的浓度控制在(20±5)%。
表2 常规脱硫石膏与白泥脱硫石膏成分比较
1、水泥调凝剂
白泥脱硫石膏经净化处理后,其品质与常规烟气湿法脱硫生产的脱硫石膏品质基本相同甚至优于常规脱硫石膏,可做水泥调凝剂,可生产硫酸联产水泥,亦可生产多种石膏制品,如纸面石膏板、石膏砌块、粉刷石膏、防火涂料、纤维石膏板、自流平石膏、高强石膏、模具石膏、硫酸钙晶须等。
2013年我国水泥产量达24.16亿t,水泥生产过程中需加入3%~5%的石膏作水泥调凝剂,因此每年需石膏1000万t左右,市场潜力巨大,可成为白泥脱硫石膏的最大用户。为解决脱硫石膏含水量高堵料粘料的问题,可将脱硫石膏就地压块造粒制成一定直径且具有一定强度的球状石膏。此外,由于氯离子含量高会大大降低脱硫石膏的脱水性能,因此脱除氯离子也可以有效地降低脱硫石膏含水量。
2、脱硫建筑石膏制品
脱硫石膏通过干燥脱水处理成为熟石膏,其用量最大的是作建筑制品。
(1) 粉刷石膏
粉刷石膏可以代替传统的水泥、石灰抹灰,具有轻质、高强、节能、施工工期短、粘结性能好、表面光洁、硬化快、不易起壳开裂、使用寿命长、呼吸性良好、具有一定的保温性能等特点。目前,脱硫石膏主要用于建筑外墙内保温系统,是一种发展前景很好的保温建材。全国目前的粉刷石膏用量较小,但开发潜力大。
(2)石膏砌块
脱硫石膏砌块具有轻质、强度高、防火、隔热、隔音、美观、易加工等优点,是一种新型的绿色环保建材。但目前脱硫石膏砌块易出现“泛霜”粉化、砌块墙体开裂等现象,存在严重质量问题,需进一步限制脱硫石膏的杂质含量。目前国内脱硫石膏砌块的用量不大,但发展前景可观。
(3) 防火涂料
钢结构的耐火性能比较差,如遇火灾其强度会迅速下降,脱硫石膏用于钢结构的防火涂料具有很好的阻燃性、绝热性及抗裂性,可有效防火保护钢结构。
3、生产石膏板
石膏板种类繁多,包括纸面石膏板、纤维石膏板、石膏矿渣板、自流平石膏等,可用于住宅、公共建筑、商业地产的装修。近年来我国石膏板人均消费量有了快速增长,到2011年人均消费量已达1.5m2,但仍然不及全球的平均水平,未来石膏板还有很大的市场空间。在德国,脱硫石膏板产量占总石膏板产量的40%~50%,因此,国内脱硫石膏板需求潜力巨大。
(1) 纸面石膏板
纸面石膏板具有节能、轻质、强度高、保温、隔热、隔音、美观、可施工性好、绿色环保等优点,已广泛应用于工业、商业和民用建筑,可消化大量脱硫石膏。同样,脱硫石膏纸面石膏板也出现了“泛霜”和粘结性降低等问题。山东泰和东新股份公司通过加入添加剂,严控杂质含量,实现了脱硫石膏对天然石膏的完全替代。实践证明,脱硫石膏用于生产纸面石膏板在技术上完全可行,是脱硫石膏综合利用的有效途径。
(2) 纤维石膏板
纤维石膏板是在石膏粉中加入木材纤维做加强筋生产的一种板材,具有强度高、握裹力强、可钉、可挂等优势,如厚度为12.5mm的纤维石膏板的握裹力达600N/mm2,而纸面石膏板仅为纤维石膏板的1/6。虽然纤维石膏板的成本略高于纸面石膏板,但其综合性能和附加值却远远高于纸面石膏板,因此是一种具有较高经济效益的新型优质建材。
(3) 石膏矿渣板
石膏矿渣板是将二水脱硫石膏和水淬矿渣混合,掺入纤维材料及适量添加剂制成的薄板。石膏矿渣板最大的优势是具有很好的耐水性能,可用于厨房、厕所、浴室等比较潮湿场所的隔墙或天花板。
4、脱硫石膏制硫酸联产水泥
利用脱硫石膏制取硫酸联产水泥,可以回收石膏中的硫资源与钙资源。目前,我国磷石膏制硫酸联产水泥工艺应用较多,其生产的硫酸可循环利用,但脱硫石膏制硫酸联产水泥工艺应用并不多,还存在石膏分解效率低、泥熟料品质不稳定、能耗高等问题。虽然目前脱硫石膏制硫酸联产水泥工艺受到各种因素的制约,但研发推广该工艺对于解决脱硫石膏大量排放堆存的问题具有重要意义。随着相关研究的不断推进,技术问题将逐一解决,脱硫石膏制取硫酸联产水泥工艺可作为脱硫石膏资源化利用的一条重要途径。
5、高附加值脱硫石膏制品
脱硫石膏的应用领域非常广泛,除了生产石膏板、石膏砌块、建筑石膏粉等普通建筑石膏,还应加快模具石膏、硫酸钙晶须等高附加值产品的相关研究,尽快实现工业化,可大幅度提高经济效益。
(1)脱硫高强石膏
高强石膏主要由α半水石膏组成,是一种高附加值的脱硫石膏制品。高强石膏比一般建筑石膏强度高5~7倍,具有密实的结晶结构和较好的防潮性能,适用于高强的抹灰工程、装饰制品和石膏板、胶结剂、DIY石膏制品、工艺饰品、精密模具制作、医疗用品等。目前,脱硫石膏制高强石膏尚没有形成工业化生产,还需要进一步研究。
(2)自流平石膏
自流平石膏是由脱硫石膏经高温煅烧,制成Ⅱ型无水石膏,再加入多种添加剂制成。自流平石膏能在自身重力作用下形成平滑表面,用作房屋地面找平层,具有防潮、隔音、隔热等特点。自流平石膏在日本和西欧国家应用比较普遍,而目前我国基本上仍然使用水泥砂浆,由于自流平石膏的成本较高,其推广应用比较缓慢。近年来我国每年新增建筑面积近20亿m2,如果以自流平石膏替代水泥作找平层,具有很好的节能减排的效果,施工操作简易,同时自流平石膏具有较高的附加值,经济效益非常可观。
(3)模具石膏
模具石膏具有制作方便、原料来源广泛、成本低、吸水性好、轻质、可回收利用、不易污染环境又可灵活复制母模的优点,是陶瓷工业的传统模具,还可应用于金属、塑料、树脂基复合材料的成型。中国模具石膏市场较大,但是目前利用脱硫石膏制造石膏模具还存在技术工艺不成熟和脱硫石膏白度不够等问题,有待进一步研究解决。
(4)硫酸钙晶须
硫酸钙晶须是以单晶形式生长的一种分散良好、结构均匀、尺寸稳定的纤维状硫酸钙,具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒、对人体无害等诸多优良的性能。在所有纤维材料中,硫酸钙晶须的生产工艺最简单、技术最成熟、成本最低,因此,硫酸钙晶须是一种极具发展前途的无机纤维新材料,但其对石膏品质要求很高,杂质含量限制很严格,有待进一步研究开发。
(转自:中国粉煤灰产业联盟)