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中国工业副产石膏现状及应用对策

中国工业副产石膏现状及应用对策
段庆奎
1.前言
工业副产石膏是指在工业化生产过程中排出的副产品石膏,包括各个行业所排出的如:脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、盐石膏、氟石膏、铜石膏等。
所有工业行业排出的各种工业废渣,今后应统称为“工业副产石膏”,这种称谓是比较科学的,一是大部分工业副产石膏都能利用,不再是废渣,二是它的确是各工业行业主产品以外的副产品,副产品也是产品,有利用价值。随着科学技术的发展,社会文明的进步,在以前被认为不能利用的“废渣”现都成为对社会有用的材料,我们的观念也与时俱进,不再称谓“化学石膏”“废渣石膏”等名称。
我国是一个以大量消耗能源、自然资源发展经济的国家,虽然我国经济高速增长,但环境污染也越来越严重,人居环境也越来越恶劣,已经阻碍了我国经济的可持续发展。中央提出了“循环经济、可持续发展”的战略方针。影响环境的固体废弃物,其中包括各种工业副产石膏,对环境的影响以及可治理办法,是我们要密切注意和研究的重要课题,本文就我国目前工业副产石膏的现状及应用对策,提出个人的一些看法,供大家参考。
2.工业副产石膏的现状
2.1脱硫石膏
脱硫石膏是指燃烧锅炉(主要是火电厂和大型化工企业)燃烧时排出的SO2,经干法或湿法脱硫装置,将S02与碳酸钙化合,生产以二水硫酸钙为主体的二水石膏,其化学成分与天然石膏基本一致,但在外观及状态上有较大区别。
据国家环保局统计,我国2000年新燃烧S02排放量已达660多万吨,2005年已达到2549万吨,五年间已翻了4倍,我国是一个以烧煤为主要能源的国家,S02排放量居全世界第一是不足为奇的。根据计算,每一吨S02可生成二水石膏2.7吨,仅以2005年S02总量2549万吨计,如全部回收,可生成脱硫石膏6882万吨。将超过我国2004年天然石膏开采总量的4500多万吨的1. 53倍,数量是巨大的。
根据国家环保总局等部委文件(26 (2002)、102号(2003)、159号(2003》规定,新建电厂必须配备脱硫装置,老电厂必须技改完成脱硫配套装置,这是硬性规定,否则将实行一票否决不允许上马。
目前,全国新老电厂都动起来,配套脱硫装置据电力协会统计,全国共有大小电厂250余座,总装机容量已达10亿千瓦,烧煤约亿吨,火电厂在2010年前全部安装脱硫装置,每年可排出脱硫石膏5000余万吨,也超过2005年全国天然石膏可采量。
目前,全国脱硫石膏约60余万吨,预计从2007年起每年将增加150万-200万吨脱硫石膏。
2.2磷石膏
磷石膏是磷肥企业在生产磷胺化肥时排出的一个工业副产石膏,主要成分也是二水硫酸钙,颜色黑或微黄,PH 2-4之间,化学成分比较复杂,含有残留有机磷和无机磷、氟、有害成分及其它无机物。
每生产1吨磷胺要排出3-5吨磷石膏,一个中型磷肥企业一年要排出磷石膏10-20万吨,大型企业每年要排出磷石膏80-300万吨,我国有名的磷肥企业如:云南普天化工集团、龙蟒集团、荆门洋丰、宜昌化工等十几个大型磷肥企业,每年磷石膏的排出量都在超过100万吨以上,个别的达到500万吨,产量十分惊人,磷石膏中有害成分氟化物渗入地下水中,对城市和农村饮用水造成了严重污染,国家环保总局已将磷石膏列入危险排放物,这将对磷肥企业造成更大的压力,加大了处理的成本。除极少量应用外,绝大部分采取堆埋方式处理,愈积愈多,据中国磷肥工业协会2006年统计,全国磷肥企业已堆放1亿吨磷石膏.每年新增磷石膏约在2000万吨左右,现已超过全国经济对天然石膏的需求量的60%。
2.3柠檬酸石膏
位于第三的是柠檬酸石膏,是在生产柠檬酸过程中由碳酸钙中和硫酸而成,生产工艺不同,柠檬酸石膏颜色也不同,有白灰色、白色二种。全国约有柠檬酸厂家20余家,柠檬酸产量约50余万吨左右,产石膏废渣约100余万吨左右。废渣中含有残留酸,影响到半水石膏的物理性能。
2.4其它工业副产石膏
除以上三种排渣量最大的工业副产石膏外,还有其它几种排放量较少的工业副产石膏,也必须引起我们的注意,它们是:
氟石膏:生产氟化盐后排出的废渣,灰白,绝大部分为无水石膏,给开发利用带来了困难,全国排放量约50余万吨左右。
盐石膏:在生产海盐时排出的一种副产品,大部分为二水硫酸钙,含有少量盐及其它杂质,因二水硫酸钙含量较低,故较难利用。全国目前每年约有50余万吨左右产量,如加上以前堆积,总量也有上千万吨。
以上五种工业副产石膏每年排放量接近3000万吨左右,这一数量随着我国工业化进程的发展,这一数字肯定还会向上增长。目前这一数字已经接近我国每年对天然石膏需求量的70%,就是全部利用也用不完,更何况每年还在大量增加,对建材行业压力是巨大的。
3.工业副产石膏应用途径和办法
建材行业是“吃渣”量最大的行业,被有人誉为工业化的“清道夫”,是对固体废弃物实现循环经济的主力军。在建工、建材行业主要产品有以下几个方面:
水泥缓凝剂:代替天然石膏用于水泥缓凝剂,如果目前全国水泥产量10.2亿吨计,消耗4000万吨左右,但不可能全部使用工业副产石膏。
粉刷石膏:粉刷石膏包括各种腻子、粘结石膏在内,是消耗工业副产石膏的主导产品,使用面积大、用量多,按全国竣工面积2.4亿M2计算,折成墙面为6亿M2,每平米使用6Kg,每年将消耗工业副产石膏200万吨左右。
各种石膏制品;包括石膏砌块、条板、石膏砖等。石膏墙体材料是利用工业副产石膏的重要组成部分,今后我国将实行更加严格的“禁粘”政策,国家政策大务支持发展“非粘”制品,粘土制品逐步退出市场,高层建筑越来越多,给各种石膏墙体材料带来非常大的机遇和空间。
纸面石膏板:纸面石膏板现在主要用于装饰装修工程。我国目前纸面石膏板仅有10亿平米,年消耗天然石膏70万吨左右,可以全部用工业副产石膏替代(现已有部分企业使用脱硫石膏)。目前我国纸面石膏板人均占有量只有0.77M2,距发达国家美国人均10.2M2,还相差很远。如果过若干年后达到美国水平,那么纸面石膏板行业消耗工业副产石膏可达到250万吨左右。
自流平石膏:自流平石膏目前在我国尚未得到大规模应用,但自流平石膏是一种非常具有发展前途的新型建筑材料,如果完全使用工业副产石膏、采用新技术,将生产成本降到250-350元/吨,自流平石膏可大规模在建筑工程中使用,年使用量可达到300多万吨规模。
陶模粉:利用脱硫石膏,采用新技术生产陶筑用模具粉完全是可能的,有关科研单位已在做这方面的研究开发,如果这一目标实现,将可替代40%的天然石膏,用量也将达到60余万吨左右。
4、技术研究支撑
4.1加大研发投入力度
工业副产石膏的循环,必须要一定程度的技术研发作为支撑,才能更好,更快实行循环。
工业副产石膏本身有许多特性与天然石膏大不一样,例如:工业副产石膏高细度、高含水分,成分波动大,含有有害物质等,特别需要去研究和处理。要研究就要有投入,加大研发投资力度是非常重要的,可以通过政府各相关部门(科技部门、环保部门等)争取资金支持,也可自筹和与排渣企业(如电厂、磷化工企业)合作,争取企业的支持,加大投入力度,使工业副产石膏的研究开发得到充分的资金支持。
4.2重点研究产业化技术
工业副产石膏的另一特点是量大,每产1吨磷胺,要排出湿渣2.7吨左右,最小年产6万吨磷胺的企业,年排渣都在16-18万吨左右,国内诸多大型磷胺企业每年排渣都超过50万吨,相当一部分在100万吨-300万吨左右,个别的甚至接近千万吨。脱硫石膏每个电厂也都在6 -15万吨左右。对如此巨大的排渣量,小规模的处理技术显然不适合工业副产石膏。目前我国天然石膏为原料的石膏粉生产企业规模一般都在3-6万吨,个别在10万吨。对于工业副产石膏来讲,生产规模应当偏大,初步设定在6-20万吨左右。在这种规模范围内,要研究各种新工艺,新技术,重点研发适合工业副产石膏特性的煅烧脱水设备、粉磨设备、环保设备、自控智能设备等。形成几个不同规模的成熟生产工艺线,这样才能适合发展和要求,规模小了,质量、环保、成本都不易控制。例如:宁夏石膏研究院研发的“闪烧法”专利工艺技术,已成功在宁夏磷肥厂成功应用,建成一条年产10万吨规模的磷石膏粉生产线,产品质量完全并超过国家标准,原料100%使用磷石膏,不用水洗,不用中和,不产生二次污染。
4.3大力拓展工业副产石膏应用领域
工业副产石膏产量太大,如果仅限于目前我国对石膏材料的需求量,这又不能够消耗掉这么多的工业副产石膏,扩大工业副产石膏的应用领域和范围是至关重要的一环,在可能用到的地方尽可能的用上,尽可能多的替代天然石膏,并不断研发工业副产石膏的新产品,重点用于粉刷石膏、自流平石膏、水泥缓凝剂,替代天然石膏生产各种墙体材料,选用优质脱硫石膏用于陶模。在农业上用于改良农田、筑路材料、煤矿防瓦斯材料,石膏微纤维材料等。不可能全部用完,也要做到最大简量化。尽量减少工业副产石膏对环境造成的污染和破坏。我国目前虽有一些新产品,例如:粉刷石膏、石膏墙体材料、自流平石膏,但目前用量不大,推广应用石膏新型建材,扩大用量也将是一项很重要的任务。
最有发展前途及用量巨大的领域有:
( 1)地墙材料:大力发展自流平石膏,根据国外经验,每一平米可消耗4kg自流平石膏,我国每年竣工建筑面积23亿M2(2005年全国经济普查数据),如果全部使用可消耗工业副产石膏160万吨,减少水泥用量200万吨。
采用工业副产石膏作为原料,可大大降低自流平石膏的生产成本,对推广应用大有好处,自流平石膏在我国还未大量使用,如果很好的解决了高流动度、低膨胀率、较好的强度,自流平石膏市场需求是巨大的。
在国家“禁实”政策的限制下,大力推进各种墙体材料的应用的程度,充分利用工业副产石膏成本低,质量好的优势,与其他墙材竞争,以占领更大的市场份额,最大限度的使用工业副产石膏。
(2)粉刷石膏:采用工业副产石膏的基料,使其售价降低到250元/吨以下,就具有与水泥基作为粉刷材料昀竞争优势。粉刷石膏市场用量也是巨大的,目前我国粉刷石膏因生产成本较高,使用仅限于北京地区,其它地区只有少量应用。解决好粉刷石膏收缩裂缝,掌握好凝固硬化时间,采用混合相双组分结构,降低外加剂用量及成本,大规模应用在内墙粉刷上是完全可能的。
结束语
工业副产石膏是我国在向工业化强国前进中必然遇到的一个不可回避的问题,也是一个必须要解决的问题,如果不解决好这些问题,中国经济不可能正常可持发展,在,中央提出的循环经济“节约资源、能源和可持续发展”方针指引下,按照“减量化、资源化、再利用”的原则,我相信,依靠建材行业广大科技人员聪明才智,肯定能够最大可能解决好这些问题,为中国经济腾飞和可持续发展做出应有贡献。

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