脱硫石膏综合利用（脱硫石膏在建材领域的综合利用）

国外脱硫石膏利用情况

国外对脱硫石膏的研究始于上世纪70年代末80 年代初，到现在已形成较为完善的研究、开发和应用体系。了解和学习国外的脱硫石膏综合利用技术和经验，对我国的脱硫石膏综合利用技术的研发和应用推广有借鉴作用，表1列出几个国家脱硫石膏的利用量及利用率。

日本的脱硫石膏主要用于水泥和石膏板的生产，由于石膏中含二个结晶水，在火灾发生时对高温的阻隔和燃烧有很好的抑制作用，石膏板作为住宅内墙隔火板有很大发展。欧盟的脱硫石膏利用方向有石膏板、自流平石膏、浇筑石膏、缓凝剂和石膏砌块，其中主要是用于制作石膏板。美国脱硫石膏利用方向有石膏板、水泥和混凝土、填充材料和路基材料、采矿、废物稳定和固化、农业等，主要也是石膏板的制作。国外在脱硫石膏应用方面所取得发展主要归结于良好的环保意识、配套的政策引导、高附加值开发。

国内脱硫石膏利用

国内对脱硫石膏的研究较晚，脱硫石膏利用主要用于作为水泥调凝剂，制备建设石膏粉、肥料，改造苏打盐碱地等方面；随脱硫石膏量增加，其应用范围有待拓展，利用的附加值有待提高。目前人们大多针对火电厂排出的脱硫石膏进行大量的研发，而实际上脱硫石膏的质量受火电厂燃煤品种、脱硫剂、脱硫工艺与设备及其控制参数等因素影响。目前国内很少进行此方面的系统研究，这需要观念转变、政策的推动和全社会的参与。

1. 在水泥和混凝土中运用

（1）作为水泥调凝剂

脱硫石膏作为水泥调凝剂是其目前最主要的用途。多年的运用结果表明脱硫石膏可替代或部分替代天然石膏作为水泥调凝剂，同时其所含的CaCO3、可溶性钾盐、钠盐可促进水泥水化，激发混合材的活性。

谭平、王海云等进行了水泥中掺入不同掺量脱硫石膏的试验，发现脱硫石膏除一部分与水泥水化反应生成钙矾石外，其余微细颗粒起微集料的填充作用，改善浆体的孔结构，提高胶砂的密实度，揭示了脱硫石膏在水化浆体中的新作用。

（2）制酸联产水泥

山东某企业集团建设了一条(40kt/a,60kt/a)脱硫石膏制硫酸联产水泥的研究中试装置，脱硫石膏烘干后与其它原料一起配成水泥生料，生料中脱硫石膏所含CaSO4在预热分解窑中加热分解成CaO 和SO2，CaO与生料中Si、Fe、Al反应生成水泥熟料的矿物C3S、C2S、C3A、C4AF，而SO2随烟气经除尘洗涤进吸收塔制取硫酸。经过半年运行，中试装置分别生产了硫酸41591t和水泥64978t，硫酸质量符合GB/T 534-2002要求，熟料强度>57MPa。利用工业副产石膏制酸联产水泥可从根本上解决脱硫石膏的问题，促进循环经济的发展，具有很好的应用前景。

（3）制取硫铝酸钙水泥熟料

陈文娟等人利用脱硫石膏、铝矾土和石灰石配制生料，在1400℃煅烧的熟料经XRD和扫描电镜测试，发现熟料中已生成C4A3S、β-C2S和少量的铁相等矿物，熟料的净浆试块3d抗折强度/抗压强度：11.8MPa/79.2MPa，7d抗折强度/抗压强度：12.3MPa/80.5MPa，试验论证了脱硫石膏制取硫铝酸钙水泥熟料的可行性。但硫铝酸钙水泥为特种水泥，用量有限，脱硫石膏的消耗量也有限。

（4）制取阿利特- 硫铝酸盐水泥熟料

冉斌利用脱硫石膏和煤矸石烧制阿利特- 硫铝酸盐水泥熟料，在2000t/d预分解窑中煅烧用脱硫石膏配制的生料（KH=0.92±0.2，n=2.1±0.1,P=3.6±0.1,Pm=0.73）烧制出SO3含量达4.17%的熟料，3d 抗压强度平均值36.7MPa，28d抗压强度平均值达63.8MPa，与生产通用硅酸盐熟料的技术经济指标比对如表2。该熟料包含C3S和C4A3S矿物，复合了两种水泥熟料的特点，实现了通用硅酸盐水泥熟料的改性，为研发高性能水泥作出了有效的探讨。但目前没有改性通用硅酸盐水泥的产品标准，这类水泥熟料的SO3较高，易超出3.5%的要求。

（5）在混凝土中运用

研究人员研究了脱硫石膏在混凝土中运用，大量的试验结果表明适量的脱硫石膏的加入有利于混凝土工作性能的改善，掺脱硫石膏的混凝土可用于一般建筑工程和道路工程。

2. 脱硫石膏制取胶凝材料

（1）β- 半水石膏

脱硫石膏可在150～200℃脱水成β-半水石膏，加水后生成二水石膏而具有胶凝性，可制备模具石膏、建筑石膏或生产石膏制品，如石膏砌块和石膏板等。与天然石膏制取的β-半水石膏相比，β-半水石膏粉颗粒细，粒度分布窄，杂质多，制约了脱硫石膏在制备模具石膏中的应用。研究人员对由脱硫石膏煅烧成的β-半水石膏粉进行改性，取得一定的效果，但在品种、质量稳定性、价格等方面均不具优势。

（2）α-半水石膏

α-半水石膏具有更高的强度、更低的需水性，比β-半水石膏具有更广泛的用途，所以吸引不少技术人员的兴趣。北京建筑材料科学研究总院利用脱硫石膏研制出α-半水石膏，绝干抗压强度达61.3MPa，达到超高强石膏的要求。目前α-半水石膏较成熟制备方法有蒸压法、高压水热合成法（盐溶液法），尽管常压水热合成法在实验室研究取得一定的进展，但国内均未见有一定规模工业化生产的报道。

制取α-半水石膏的技术对石膏品位要求高，常用的方法从脱硫石膏中挑选品质优良的石膏进行α-半水石膏的制备，产量和效益受到影响。作者认为脱硫石膏制取α-半水石膏，综合利用附加值高；掺入β-半水石膏中，也可拓展β-半水石膏应用范围。

（3）建筑石膏制品

利用脱硫石膏制取的胶凝材料可生产石膏板、石膏砌块，在北方地区已广泛运用这些产品；受南方气侯环境的影响，其应用受到限制。研究人员为改善石膏制品的防水性作了不少尝试，如对砌块表面进行防水处理、掺入防水剂、改良配方（粉煤灰或矿粉、外加剂）、脱硫石膏特殊处理等，提高了制品的软化系数，但实际使用效果有待验证。

（4）粉刷石膏

粉刷石膏是以建筑石膏为主要成分，掺入少量工业废渣、外加剂制成的气硬性胶凝材料，是一种新型抹灰材料。丁宁等研究开发了以脱硫石膏为主的粉刷石膏，克服了建筑石膏凝结速度过快、抹灰操作不便的缺点，各项指标均符合国家标准的要求，应用效果良好。

（5）石膏砂浆

徐亚玲等以α-半水石膏为基材，掺加石英砂、各种外加剂，成功研制出一种石膏基自流平砂浆，30min流动度损失＜3mm，抗折、抗压强度达成协议10.4MPa、32.2MPa，拉伸粘结强度达10.5MPa，主要技术性能指标均达到JC/T 1023-2007《石膏基自流平砂浆》标准要求，可代替传统的水泥砂浆找平层，用于建筑物室内地面的找平。

沈志明等以硬脂酸丁酯为相变材料，膨胀珍珠岩为载体，采用减压吸附法制备定型相变材料，然后加入脱硫石膏和外加剂制成相变砂浆，作为内粉材料，具有自调温功能和提高建筑节能效果。脱硫石膏用于保温砂浆的研制是热点之一，但福建省墙体保温系统多采用外墙保温，脱硫石膏不耐水的缺点会制约石膏砂浆的运用推广，这还需深一步的研究。

3. 新型石膏基复合胶凝材料

应俊等以脱硫石膏、氟石膏为主材，加入矿渣、水泥和少量的激发剂、保水剂等，制成新型胶凝材料，性能如表3所示。该胶凝材料属轻质材料，具有粘结强度高、水化浆体干缩率低、耐水性好（吸水率4.2%，软化系数0.92）等特点，有较好的推广价值。

研究人员利用火电厂排放的两大固废脱硫石膏和粉煤灰，加入水泥、石灰和激发剂等物质，制成一种新型复合胶凝材料，分析其水化机理；或再引进矿渣粉提高胶凝材料的强度。这种利用工业废弃物制取的无或低水泥的胶凝材料，可促进节能减排政策的落实，也是今后研发工作的一个方向。