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 17.231.6 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群健康也产生不良影响，体质弱者甚至可发生并发症导致死亡[3]。

1.4 石膏的主要用途石膏建筑制品和石膏胶结材是重要的建筑材料石膏板墙体重量轻、抗震性能好、隔热性能好。

石膏用作生产硅酸盐水泥的缓凝剂，可调节凝固时间，增强水泥强度。

石膏可用于化学工业生产硫酸、硫酸铵,并可作为油漆、颜料、塑料的填充料。

此外，在造纸、陶瓷、食品、日用化工、医药、农业、文教等行业石膏也都有广泛用途。

一般工业对石膏的质量要求见表2[4]。

表2工业用石膏的质量要求质量要求用途石膏/% 硬石膏/% 白度水泥缓凝剂≥55 ≥55石膏建筑制品≥75模型≥85医用、食品≥95硫酸≥85 ≥85 纸张填料≥952 国内外脱硫石膏应用情况2.1 国外应用情况国外在烟气脱硫方面起步早，对脱硫石膏的利用也非常重视，他们的经验值得我们借鉴。

目前日本和德国是世界上最主要的2个脱硫石膏生产国和利用国，其次为美国、英国、奥地利、荷兰等国。

1975年以前，日本所利用的化学石膏中88%为磷石膏，1975年以后脱硫石膏的利用比例逐年上升，现已超过磷石膏，每年产生脱硫石膏500万吨左右，全部得到利用，生产建筑制品和作水泥缓凝剂。

建筑制品主要是纸面石膏板和石膏矿渣板。

日本传统的建筑结构几乎都是采用木材，近几年已重视使用脱硫石膏板做建筑材料，人均年消耗量达到5.3 m2。

日本规定，凡利用国库补助的住宅建设，其防火材料必须用石膏板做内墙防火板。

德国脱硫石膏产量1989年是250万砘，近年已增到600万吨，几乎所有需用石膏的企业都使用脱硫石膏，主要是生产建筑制品和作水泥缓凝剂。

为便于大量利用脱硫石膏，德国两个主要石膏制品公司已将部分生产厂迁至电厂附近。

德国针对气流干燥、煅烧中设备投资大以及脱硫石膏成分有一定要求等不足，采用常压下盐溶液法制备α半水石膏作了大量的研究，并且已应用于工业化生产。

盐溶液制备α半水石膏为致密的短柱晶体、比容小，水膏比小，胶凝后强度高,俗称高强度石膏，具有较好的经济效益。

脱硫石膏另一个重要用途是用作地面自流平材料，用于自流平材料的主要胶凝材料是α半水石膏和E型无水石膏。

此材料具有良好的流动性，可用泵送浇注法施工，不需要振捣抹面，可得到光洁的楼板地面，具有良好的稳定性，此法在欧洲具有较长的应用历史。

美国已开始重视脱硫石膏利用，但因其多数电厂与石膏公司相距较远(数百英里)，加之该国有丰富便宜的天然石膏资源，故脱硫石膏应用增长比较缓慢。

英国石膏主要来源包括天然石膏、进口石膏和工业副产品石膏。

目前其天然石膏资源已接近枯竭，脱硫石膏的使用量稳步增长，1996年用量达81万吨。

目前已有不少国家制定了建筑法规，提倡将新建住宅或旧房改造成生态建筑，而脱硫石膏的应用就符合这一要求。

2.2 国内应用情况国内脱硫石膏产生的历史很短，综合利用也是刚刚起步，对其应用价值和市场竞争力普遍认识不够。

对烟气脱硫石膏的性能、处理设备等还没有做过系统的研究，从目前脱硫石膏的综合利用情况来看，还存在许多问题要研究解决。

尽管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，就要把握烟气脱硫的本质特性，对工艺环节和操作应进行优化调整，才能获得最优的产品性能。

我围现阶段脱硫石膏仅在少数领域中有应用，如技术含量低的建材石膏、水泥辅助料、路基填埋料等，且尚未形成工业规模。

如重庆大学利用珞璜电厂的脱硫石膏，研制建筑石膏、粉刷石膏、石膏腻子、水泥缓凝剂以及脱硫石膏粉煤灰胶结材，取得良好效果。

3 脱硫石膏在建筑行业的应用3.1 用于水泥生产水泥用石膏中的不纯物是炭、亚硫硫钙、金属离子等。

炭一般在混入水泥、混凝土的时候，易进入浮出表面的浮浆中；活性炭如果吸附性强，易使混凝土质量降低；亚硫酸钙超过一定量与石膏共同存在的时候，易引起凝结时间延长。

水泥用脱硫石膏质量规格要求如表3所示。

表3 水泥用脱硫石膏质量规格项 目CaSO 4·2H 2O /% CaCO 3 /% 灰分 /% 含水率 /% 粒径 /μm 指 标≥90 ≥2 ≤2 ≤12 ≥50(平均)试验证明脱硫石膏用于水泥辅料，在纯度、粒度、微量成分等性能上完全没有问题，在水泥行业中代替天然石膏完全具有可行性。