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山东兰杜为您讲解天然石膏与脱硫石膏、磷石膏等副石膏的不同之处

 2020-09-24 山东兰杜新材料有限公司

 

天然石膏和脱硫石膏(及其他工业副产石膏)的主要化学成分都是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O),但是由于来源不同,性质也有许多不同。

天然石膏是自然界中蕴藏的石膏石(含石膏和硬石膏),它是一种重要的非金属矿产资源。从古至今石膏用做中医药,早被人们所熟知。明代李时珍在《本草纲目》中记载,石膏主治“中风寒热,心下逆气惊喘,口干舌燥,不能息,……”,生活中石膏可用于制作豆腐的凝结剂。我国天然石膏矿蕴藏丰富,品味高,没有放射性污染。天然石膏矿石经开采、选矿、煅烧、球磨、陈化成为建筑石膏,为国际通用的绿色环保建材,在发达国家应用非常普及。

脱硫石膏又称排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏,主要成分也是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)。烟气脱硫是国际公约《京都议定书》中为减少大气中酸雨的危害而采取的一种减排措施,燃煤烟气中的硫组分与脱硫剂–石粉(主要成分是CaCO3)反应生成的石膏,人们称它为脱硫石膏(同样,用磷矿石与硫酸反应生产磷肥或磷酸而产生的石膏人们叫它磷石膏)。

脱硫石膏呈较细颗粒状,平均粒径约40~60μm,呈短柱状,径长比在1.5~2.5之间,颜色呈灰黄或土黄色,二水硫酸钙含量较高的在90%以上,含游离水一般在10%~15%,其中还含重金属、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。

烟气脱硫虽然对减轻大气中SO2的污染起到了一定的作用,但产生脱硫石膏这样的副产物,而这些脱硫石膏含有大量杂质,松如豆腐渣,呈弱酸性,PH值为3.0~5.5,主要污染因子是石灰石、亚硫酸钙、石膏及煤中的重金属及F、Cl、Cd、Hg、Pb、Ni、As、Se、Cr等,其中煤中的这些元素在炉膛内高温条件下进行一系列的化学反应,生成了多种不同的化合物。一部分化合物随炉渣排出炉膛,另外一部分随烟气进入脱硫装置吸收塔,杂质不断浓缩,从而使脱硫石膏中的杂质含量很高。杂质主要包括悬浮物、过饱和亚硫酸盐、硫酸盐以及重金属。其中部分重金属离子是国家环保标准中要求控制的第一类污染物,对环境有很强的污染性。其抗压强度、抗拉强度等都无法与天然石膏相比,再利用的价值不大。最终不得不作抛弃处理,堆积如山。占用大量土地,而这些被抛弃的脱硫石膏天长日久、风吹日晒后散发出阵阵硫酸味。

脱硫石膏作为一种工业副产石膏,与天然石膏在颗粒大小、杂质成分、晶体形状、脱水性、易磨性及熟粉的力学性能、流变性能等特征方面与天然石膏存在巨大差异。通过X射线仪器分析,脱硫石膏的晶体结构比天然石膏要差得多,这种现象就是因部分碳酸钙颗粒存在于石膏颗粒当中的缘故。天然石膏经粉磨后的粗颗粒多为杂质,由于脱硫石膏与天然石膏的形成过程不同,其粗颗粒多为二水硫酸钙,而细颗粒多为杂质,其特征与天然石膏正好相反。天然石膏在加工建筑石膏时,颗粒一般不超过200目,结晶水含量随粒度的增大而减小;脱硫石膏的粒度大小范围较为集中,并没有大量的细粉存在,颗粒分布很窄,主要集中在20~60μm之间,级配远远差于天然建筑石膏。脱硫石膏煅烧后的晶体形态类似于二水脱硫石膏,只是颗粒变小,其分布特征并没有多大改变,级配依然不是很好,颗粒比表面积较天然建筑石膏要小得多,因此脱硫建筑石膏的流变性和触变性不如天然建筑石膏。脱硫建筑石膏应用时易产生颗粒离析分层、粘结性能不好、制品容重偏大的问题。

在一定细度范围内,脱硫建筑石膏制品的强度随细度的提高而提高,但超过一定值后,强度反而会下降。标准稠度用水量增大,使脱硫石膏在水化过程中的饱和度增大,饱和度超过一定值后,石膏硬化体就会产生较大的结晶应力,导致制品易开裂。过细的颗粒也会增加石膏制品的溶解速度,对耐水性产生不利影响。

脱硫石膏不能保证石膏砌块生产所必须的石膏纯度保持恒定,尤其是飞灰和氯离子的含量,这样会使砌块经夏天吸潮后泛碱,腻子脱落;

脱硫石膏中的另一杂质——重金属离子会破坏石膏的晶体结构,使石膏砌块丧失80%以上的强度,使墙体成为“豆腐渣”。

脱硫石膏富集了燃煤中的放射性物质,一般都有较大的放射性,很难通过工业方法消除,非常不适合做建材应用。

以上是理论状态下合格脱硫石膏与天然石膏的不同之处,但是在实际脱硫操作过程中电厂不把脱硫石膏作为产品控制质量,在烟气检查时会多投放石粉使烟气脱硫完善,则脱硫产物里石粉含量增大,脱硫石膏的硫含量大大降低,使脱硫石膏制品后期强度大大降低,状如豆腐渣;烟气检查不严格时,又为了降低脱硫成本少投放石粉,使脱硫石膏中二氧化硫、三氧化硫、亚硫酸含量加大,使石膏制品酸大,腐蚀石膏晶体结构,使墙体成为“豆腐渣”,并严重腐蚀钢筋。冬天房间密闭干燥时会有刺鼻的硫磺气味。因为脱硫石膏中的重金属杂质会使催化剂中毒,在生产石膏砌块时不能添加水泥、耐水粉等添加剂,其制品的强度及耐水性受很大的制约,不能满足墙体的使用性能要求。在石家庄卓达某项目、保定某小学教学楼项目、衡水景县某办公楼项目等个别项目使用了脱硫石膏砌块,经过夏天潮湿天气都出现了腻子脱落,石家庄科大某项目使用脱硫石膏砌块致瓷砖脱落。

纯天然石膏的强度和耐水性能也不是很好,只适合做一些装饰材料如天花板、纸面石膏板等,作为墙体材料生产石膏砌块也存在一些强度低、耐水性差等特点而不能大面积的推广应用。

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