浅析安徽省工业副产石膏现状与综合利用

日期: 2017-12-20 来源:www.efful.com 作者:石膏粉厂家
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一、概 述

    近年来,我国经济发展所面临的资源短缺和环境污染的矛盾日趋严重。大量的工业副产石膏的排放,已对我国的生态环境造成了巨大影响,这种影响随着它的排放量增加而日趋严重。

    例如:安徽铜陵某厂的磷石膏堆场正好处于长江岸边,有机磷和无机磷渗人地下,对铜陵市水源造成危害,并严重影响当地植被生长,一遇大雨,磷石膏随河水冲进长江,对长江下游水源造成严重污染。

浅析安徽省工业副产石膏现状与综合利用

    又如:安徽庐江某公司每年排出的磷石膏,早已堆积如山,占地数百亩,村民指着新中远慢慢“长高起来的废渣山”称,像巨石一样压得喘不过气来,担心自己的家园随时会被摧毁,随风而起的粉尘严重摧残一步之遥的学校,谈毒色变的孩子们身心蒙受阴影,怎能安心学习?类似现象很多,不一一赘述。

浅析安徽省工业副产石膏现状与综合利用

    工业副产石膏的露天堆放已对当地的生态环境造成了严重污染。它已到了非处理不可的地步,如再不重视处理,将直接影响人、环境、社会的和谐,并对国土保护造成严重危害,也直接给企业的生存和发展带来可估量的损失。

二、我国工业副产石膏的现状

    工业副产石膏的来源丰富,可以是在工业化生产进程中烟气脱硫或中和酸性废水所排出的工业固体废弃物(主要成分为二水硫酸钙CaSO4·2H2O),也可以是氟化工企业生产氢氟酸时浓硫酸与萤石(CaF2)反应后的工业废渣(主要成分为Ⅱ型无水硫酸钙CaSO4)。目前绝大部分未被利用,占用大量土地而露天堆放,已成为严重污染环境的工业废渣。

    目前我国的工业副产石膏,按产出行业和品种分类共有十余种。如:烟气脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、氟石膏、钛石膏、镍石膏、铬石膏、硼石膏、芒硝石膏、酒石酸石膏、乳酸石膏等。相当于目前全国天然石膏开采量的40%,如此巨大的工业副产石膏,如果能很好地开发利用,变废为宝,对人类将是一笔可贵的资源,如果不能很好地利用,将对环境造成严重污染,并对电力、化工等工业的可持续发展带来严重的影响。

    坚持科学发展观,保护环境,可持续发展是我国加速工业化进程的基本国策。国家环保相关法规和政策的处罚条款也越来越严。我们必须变废为宝,将大量的工业废渣——石膏当做资源来加以开发和利用。2013年我国工业副产石膏产生量为1.84亿吨,其中磷石膏约7000万吨,火力发电厂产生的脱硫石膏约7550万吨,其他工业附产石膏3808万吨,综合利用率达到47%。工业绿色发展规划(2016-2020年) 中明确指出,“十三五”时期工业绿色发展主要指标之一——工业副产石膏综合利用率至2020年应不低于60%。如果将其全部利用,就相当于我国增加了年产500万吨石膏矿井37个,等于每年节约了1.84亿吨天然石膏矿产资源,对于我国石膏工业的可持续发展,对于子孙后代都具有极其深远的意义。

三、工业副产石膏应用概况

    国外工业副产石膏的应用于建材行业已有100多年历史,最好的国家是日本,其次是美国和欧洲。由于日本是一个矿产资源极其贫乏的国家,无天然石膏资源,所以,日本工业副产石膏(主要是脱硫石膏和磷石膏)已全部利用,基本上全部用于石膏砌块、各种石膏板、抹灰石膏等建筑制品还不能满足使用要求,它每年还要从泰国进口大量天然石膏。

    欧美在工业副产石膏利用方面做得也很好,脱硫石膏占到90%,几乎所有的脱硫石膏、磷石膏也全部或部分用于建筑制品。德国,他们电厂产生的脱硫石膏主要用于纸面石膏板,石膏砌块,粉刷石膏等行业,它已基本消除对环境的污染,转变成为可利用再生资源。

    它除了脱硫石膏、磷石膏外,其它类型的工业废渣石膏很少,资源的综合利用的压力相对于中国较小。

    我国工业副产石膏数量如此之大,其综合利用生产能力零打碎敲,不成规模,解决不了根本问题,纵观我国天然石膏应用领域及国外工业副产石膏的广泛应用的经验,可以看出,综合利用于建材工业及新型墙材行业是最为广泛、其用量也最大,是一种解决工业副产石膏的根本出路。

它们的主要用途有以下几个方面:

(1) 水泥工业缓凝剂;

(2) 用于生产普通β型建筑石膏粉,石膏砌块、板材、建筑石膏粉等石膏制品;

(3) α高强石膏;

(4) 直接用于农业,做土壤的改良剂;

(5) 直接用于筑路的路基材料;

(6) 用石膏做原料,生产硫酸和水泥。

四、安徽省工业副产石膏的排放现状

    初步统计,安徽省工业副产石膏现状是:脱硫石膏340万吨/年,磷石膏1400万吨/年,其它石膏250~280万吨/年,全省年产工业副产石膏约1990~2020万吨/年,现已堆放未处理的各类工业副产石膏量达2000万吨。主要是脱硫石膏、磷石膏、镍石膏、柠檬酸石膏、氟石膏、钛石膏、铜石膏等。

    脱硫石膏主要来自火电厂、炼钢厂或大型化工企业锅炉燃烧时排出的SO2采用传统湿法脱硫工艺,经过强制氧化石灰石烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization.简称FGD),将SO2与氧化钙化合产生的工业副产物,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,火力发电厂每生产1万kw电能就产生脱硫石膏800吨,目前我省脱硫石膏每年排放为190~210万吨,约占安徽省工业副产石膏排放总量的17%,其综合利用率为30~50%。

    磷石膏是我国磷化工中最主要的工业副产品,是磷肥企业在生产磷胺化肥时排出的以二水硫酸钙为主要成分的沉淀物。目前,我国80%以上的磷酸都采用湿法磷酸二水法流程生产。二水法流程具有工艺简单、技术成熟、对矿石种类适应性强的特点,特别适用于中低品位矿石,在湿法磷酸生产中居于统治地位。但是,二水法流程产生大量的磷石膏废料,造成严重的污染和浪费。用多数商品磷矿(P2O530~34%,CaO48~52%)制取磷酸时,每生产1tP2O5,消耗2.6~2.8吨硫酸,产生4.8~5吨主要成分为二水硫酸钙的石膏。颜色呈灰色或微黄色,pH值在2至4之间,化学成分比较复杂,含有残留有机磷、无机磷、氟和其它物质。目前我省磷石膏每年排放为1400万吨左右,约占安徽省工业副产石膏排放总量的68%,其综合利用率约为20%。

    柠檬酸石膏(又称钙泥)是用钙盐沉淀法生产柠檬酸时产生的以二水硫酸钙为主的工业废渣。理论上每生产1吨柠檬酸可得1.34吨柠檬酸石膏,但是由于杂质和水分的存在,实际经验数据为每吨柠檬酸产生1.5吨柠檬酸石膏。柠檬酸石膏因生产工艺不同而呈现不同的颜色,有白灰色、白色等。据统计安徽年生产柠檬酸22万吨(蚌埠丰原化工、安徽华源生物药业有限公司)柠檬酸石膏排放量33~52.6万吨,约占安徽省工业副产石膏排放总量的2%,其综合利用率约为60%以上。

    氟石膏是氟化盐厂采用回转窑生产氟化氢技术利用萤石和浓硫酸制取氢氟酸后的废渣,呈灰白色粉末状,绝大部分为无水石膏,含有一定量的氟化钙及少量二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁和微量的钾、钠等杂质。理论上生产每吨氟化氢可副产3.4吨无水硫酸钙,实际经验为每生产1吨氢氟酸就有约3.6吨氟石膏(CaSO4)产生。安徽年产氟石膏约63.4万吨,主要为以下化工企业:安徽锦洋氟化学有限公司、东至天孚化工有限公司、宣城亨元化工有限公司,约占安徽省工业副产石膏排放总量的3%,其综合利用率约为10~15%。

    钛石膏(又称红泥、黄石膏、红石膏)是采用硫酸酸解钛铁矿(FeTiO3)生产钛白粉时,加入石灰(或电石渣)以中和大量的酸性废水所产生的以二水石膏为主要成分的废渣。安徽钛石膏每年产量约为70万吨,主要的钛白粉生产企业有铜陵安钠达钛白粉有限公司、马鞍山金星化工集团,由于硫酸法钛白粉生产技术能耗大,污染严重,所以我国正在改进钛白粉生产技术、压缩硫酸法钛白粉产量,因此钛石膏的年排放量有望下降。

    此外,安徽省每年还有较多的镍石膏、铜石膏等其他工业副产石膏排放,在此就不做一一赘述。

浅析安徽省工业副产石膏现状与综合利用

五、安徽省工业副产石膏的应用概况

    安徽省工业副产石膏的应用与全国相比,起步较晚,它们应用量非常少,绝大部分以挖坑占地的现状。

安徽工业副产石膏的来源及应用情况

石膏来源

应用情况

火力电厂、炼钢厂脱硫石膏

水泥缓凝剂,极少量用于生产β建筑石膏粉

合肥四方磷得肥有限公司

除已积压的500万吨左右,每年生产的磷石膏50~60万吨/年,只消耗5万吨左右/年

安徽六国化工有限公司

有一条10万吨/年β建筑石膏粉生产线,年消耗磷石膏10万吨左右/年

安徽新中远化工有限公司

外销浙江等地做水泥缓凝剂

宣城司尔特有限公司

外销浙江等地做水泥缓凝剂等,用量极少

蚌埠丰原化工股份有限公司

有一条4.5万吨/年建筑石膏粉生产线,年消耗柠檬酸石膏8~9万吨/年

东至天孚化工有限公司

外销浙江等地做水泥缓凝剂,市场需求不稳定

安徽锦洋氟化学有限公司

外销浙江等地做水泥缓凝剂,市场需求不稳定

宣城亨元化工有限公司

外销浙江等地做水泥缓凝剂,市场需求不稳定

铜陵安纳达钛白粉有限公司

未用

    从我省的工业副产石膏的使用情况看,主要用在水泥缓凝剂和建材方面,只有极少量的用于生产β建筑石膏粉、石膏砌块。随着城市化发展和墙材革新的举措向前抓进和发展,一种符合循环经济,大量堆积的工业副产石膏是一种很重要的胶凝材料,是低碳低能耗的可持续发展的源材料。

建筑石膏与水泥、石灰在生产中的能耗与CO2比较表

材料

耗煤(kg/吨)

电耗(度/吨)

CO2排量(kg/吨)

水泥

110

105

923.7

石灰

130

30

817.5

石膏

60

25

129.4

从上表的三种胶凝材料可以看出建筑石膏吨耗煤是水泥的54%,电耗是水泥的24%,CO2排量是水泥的13.96%。

    如果安徽省年生产的工业副产石膏1000万吨(含年消耗历年积压的130万吨)用于石膏粉、纸面石膏板、石膏砂浆和石膏空心砌块等,可省煤46万吨,省电800万千瓦时,CO2排量减少794万吨。由此可见它的发展对我省墙材革新工业发展会作出较大贡献。

除此之外,建筑石膏制品它不仅是节能、环保、绿色建材。还有以下优良性能:

1、由于收缩系数极低,制备的墙体材料用于墙上不开裂、不起鼓、优于其他墙材。

2、硬化时,体积膨胀小。β-半水石膏硬化膨胀率0.1~0.2%,其制作自流平地砂浆或墙面抹灰材料具有突出的性能优势。

3、轻质。石膏制品本身密度小,容重轻,其重量是同等厚度砖墙的1/5左右,有利抗震,减少主体结构和基础的造价,它对于高层建筑具有实在的经济意义。

4、良好的保温隔热性能。容重为900kg/m3的石膏制品其导热系数为0.16W/m·k,是符合建筑节能50%的新型墙材。

5、良好的耐火性能。石膏水化产物是含有二个结晶水的二水石膏,它遇火时逐渐脱去结晶水,同进还吸收大量的热,延迟周围环境温度的升高,因此它具有良好的防火阻燃性能。

6、良好的装饰功能。石膏制品尺寸稳定性好,四季气候变化时不会发生外观缩胀变开形,可成为无缝表面。

7、舒适的居住功能。它的制品有大量的微孔。因而具有独特的“呼吸”功能。即在温度高、湿度小时,逐渐释放微孔中的水分,当温度低、湿度大时,能吸收空气中水分,这样可在一定范围内调节室内湿度,使居住环境更为舒适。

六、总 结

    近年来,尽管工业副产石膏的利用途径不断拓宽、规模不断扩大、技术水平不断提高,但随着工业副产石膏产生量的逐年增大,综合利用仍存在一些问题。

一、磷石膏综合利用长期处于较低水平。使用量大的地区供不应求,而产生量集中的地区却大量堆存。

二、工业副产石膏品质不稳定。同时,由于当前我国天然石膏开采成本(包括资源成本和开采成本)较低,也不利于工业副产石膏替代天然石膏。

三、标准体系不完善。一方面缺乏用于生产不同建材的工业副产石膏标准,不利于工业副产石膏在不同建材领域的应用。另一方面缺乏工业副产石膏综合利用产品相关标准,只能参照其他同类标准,市场认可度低,造成工业副产石膏难以被大规模利用。

四、缺乏共性关键技术。由于缺乏先进的在线质量控制技术、低成本预处理技术及大规模、高附加值利用关键共性技术,制约了工业副产石膏综合利用产业发展。现有的一些成熟的先进适用技术,如副产石膏生产纸面石膏板、石膏砖、石膏砌块、水泥缓凝剂技术等,在部分地区也没有得到很好的推广应用。

五、副产石膏产品的市场需求不足。虽然副产石膏产量巨大,但是由于副产石膏产品的品种较少,品质差等原因,没有形成足够的市场需求,影响了投资者对其的投资和石膏产品的研发等。

    对于这些存在的问题,一是加大对副产石膏产业化技术研发力度、集约化生产;二是加强关键共性技术研发,大力拓展工业副产石膏应用领域。如研发脱硫石膏质量在线监测技术和低成本在线调整技术,改进、优化操作工艺,提高脱硫石膏品质的稳定性;加快利用余热余压对工业副产石膏进行烘干、煅烧的先进工艺及大型成套装备的科技攻关;开发低能耗磷石膏制硫酸联产水泥、制硫酸钾副产氯化铵等技术;开发低成本、高性能、环保型磷石膏净化技术;加快研发磷石膏转化法生产硫酸钾技术工艺;开发利用工业副产石膏改良土壤的关键技术;开发工业副产石膏基保温砂浆、石膏复合墙板、石膏砌块等。


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