脱硫石膏现浇式墙体材料性能的研究与优化

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1、河北工业大学硕士学位论文第一章绪论1.1脱硫石膏综述石膏作为一种建筑材料，在建筑行业的应用由来已久，人类对于石膏的认识也已经趋于成熟。我国是石膏生产大国，目前已探明的石膏总存储量有570亿吨，居世界之首[3]。随着城市化进程的加快，施工现场比比皆是，也意味着大量石膏材料的需求。一味开采并不是解决问题的方法，过度开采带来的恶果也只能由后代人替我们品尝，因此，能否有一种建材可以替代建筑石膏成为了我国近年来重点研究的课题。脱硫石膏，作为一种工业废料，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[1]。因其性质与建筑石膏相似而得到人们的重

2、视，经过三十几年的研究与改进，脱硫石膏已在建筑领域崭露头角，并越来越多的代替建筑石膏在城市化建设的道路上发挥着重要作用。1.1.1脱硫石膏的产生我国是燃煤大国，能源消耗占世界的8～9%,一次能源组成中燃煤占75%，而SO[5]2排放量的90%来自于燃煤。上世纪八九十年代，由于过于追求经济的发展，忽视了对环境的保护，SO2的过度排放导致酸雨污染。仅仅不到十年时间，我国酸雨的覆盖城市由86年的重庆、贵阳两地扩大到我国江南川、贵、湘、鄂、赣、粤、闽、浙在内的大部分地区，并开始向江北发展[6]。为应对SO2为我们生存环境带来的威胁，我国于“十五”规划纲要中提出二氧化硫排

3、放总量削减10%的目标，“纲要”指出，从2003年起，国家发改委审批的新建燃煤电厂，如果燃煤含硫达0.7%以上，就必须安装烟气脱硫装置；已建成的燃煤电厂也必须要逐步安装烟气脱硫装置[4]。由于国家政策的导向与政府的支持，截止到2010年底，我国已有4.6亿千瓦燃煤发电机组安装了烟气脱硫装置[4]，这样可以减少SO2排放量约1100万吨。脱硫石膏是电厂产生的副产品，伴随着SO2的治理的逐步推行，导致我国脱硫石膏产量的逐年攀升，据统计，截止到“十一五”末全国每年将产生脱硫石5000万吨（6000万立方米）以上，几乎与我国天然石膏产量持平。如此数量庞大的1万方数据河北

4、工业大学硕士学位论文脱硫石膏，堆积起来不仅占用土地资源，如果处理不当还会对环境造成进一步污染，因此，寻找一条脱硫石膏的应用途径势在必行。近年来，我国多次举办研讨会，2009年举办的“2009燃煤电厂烟气脱硫石膏粉煤灰综合利用技术交流会”；昆明举办的“2009全国脱硫技术及脱硫石膏、脱硫灰(渣)处理与利用大会”；2013年9月朔州举办的“2013亚洲粉煤灰及脱硫石膏综合利用技术国际交流大会”等，这些会议都为脱硫石膏应用进行了深入探讨，也推动我国脱硫石膏的应用做出了巨大的贡献。1.1.2脱硫技术及流程目前的脱硫技术按脱硫时间可分为燃烧前脱硫，燃烧中脱硫和燃烧后脱硫[

5、5]，其中燃烧后脱硫又称烟气脱硫（FGD），是应用最广泛的脱硫技术。迄今为止,世界各国研究开发的FGD技术估计超过了200种,目前技术上成熟、经济上可行的FGD技术约有十几种[7]。烟气脱硫按吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态，可分为湿法、干法、半干（半湿）法。我国应用最广泛的石灰石-石膏法烟气脱硫工艺就是属于燃烧后湿法脱硫技术。这种脱硫工艺反应速度快、脱硫效率高、设备简单。其工艺流程如图1.1所示：图1.1湿法脱硫工艺流程图Fig.1.1Wetdesulfurizationprocessflowdiagram湿法脱硫的基本过程为：煤炭燃烧后的烟气导入热交换

6、器降温除尘，除尘后含有SO2的烟气导入吸收塔，在吸收塔的洗涤区内与石灰石浆液（CaCO3）反应、脱硫并被冷却，生成半水亚硫酸钙（CaSO3•1H2O）；与此同时向吸收塔2内吹入强氧化空气，半水亚硫酸钙氧化后便生成了二水硫酸钙（CaSO4•2H2O）；2万方数据河北工业大学硕士学位论文经过此过程的不断循环，便生成了石膏晶体，后期对石膏晶体进行除杂、水洗处理，便得到了高品位的脱硫石膏。其反应方程式为：脱硫：CaCO3+SO2+H2O→CaSO3•12H2O+CO2(1.1)氧化：CaSO3•12H2O+O2→CaSO4•2H2O(1.2)1.1.3脱硫石膏的性质脱硫

7、石膏与天然石膏的主要化学成分相似（CaSO4•2H2O），且具有一致的的凝结时间及水化动力学特性[15]；而与天然石膏相比，脱硫石膏的品位更高、细度更好、在相同含水量时表现出来的力学性能也更为优异[9]。经过几代人的研究，脱硫石膏的物理化学特性已基本明朗，其特点如下：（1）化学组成脱硫石膏多为淡黄色，有的在脱硫过程中由于飞灰引入、石灰石中的杂质等原因导致一些脱硫石膏呈现出灰色或灰黑色，也有少数处理较好的脱硫石膏呈现出白色。脱硫石膏呈粉末状，粒径较细，大部分集中在40μm—110μm之间。其化学组成如表1.1所示，本数据由中国地质大学分析室得出[10]，此处只列出

8、三组数据供参考：表1.1