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摘要：脱硫石膏是我国大型热电企业烟气脱硫装置产生的工业废料，如何正确的处置这些脱硫石膏成为一大环境问题。大量研究结果表明，脱硫石膏可用于建筑、建材、化学化工及农业生产等众多领域，是一种重要的工业原材料。特别是就其用于水泥基建筑材料的应用已有广泛报道，是其处置利用的有效方式和适宜途径。基于此，本文主要对脱硫石膏理化性质及其在水泥基建材中的应用进行了简要的分析，希望可以为相关的工作人员提供一定的参考。
关键词：脱硫石膏；理化性质；水泥基建材；应用
引言
在系统分析了脱硫石膏理化性质的基础上，重点针对其应用于水泥基建筑材料的研究进展进行了归纳总结，以期为我国工业脱硫石膏的建材化利用提供一定的技术指导。
1脱硫石膏概述以及物理性质
脱硫石膏（英文名称desulfurationgypsum）又称排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏，主要成分和天然石膏一样，为二水硫酸钙CaSO4·2H2O，含量≥93%。脱硫石膏是FGD过程的副产品，FGD过程是一项采用石灰-石灰石回收燃煤或油的烟气中的二氧化硫的技术。该技术是把石灰-石灰石磨碎制成浆液，使经过除尘后的含SO2的烟气通过浆液洗涤器而除去SO2。石灰浆液与SO2反应生成硫酸钙及亚硫酸钙，亚硫酸钙经氧化转化成硫酸钙，得到工业副产石膏，称为脱硫石膏，广泛用于建材等行业。其加工利用的意义非常重大。它不仅有力地促进了国家环保循环经济的进一步发展，而且还大大降低了矿石膏的开采量，保护了资源。
脱硫石膏颗粒特征和物理状态与天然石膏相比有较大的差异。脱硫石膏含有10%~25%附着水，呈湿粉状。正常脱硫石膏的外观颜色近乎白色，随杂质含量变化呈黄白色或灰褐色。脱硫石膏较天然石膏细，粒径一般不超过92μm，且80%以上的粒径在30μm~60μm之间，级配不如天然石膏磨细后的石膏粉。天然石膏经过磨细后粗颗粒多为杂质，细颗粒多为石膏，而脱硫石膏粗颗粒多为石膏，细颗粒多为杂质。基于以上原因，脱硫石膏虽细，但其比表面积却不如天然石膏。
2工业脱硫石膏用于水泥基建筑材料
将工业脱硫石膏用在水泥基建筑材料中，其作用主要表现在两个方面：1）脱硫石膏作为烧制水泥熟料矿物的掺合料以及某些混合材料的激发剂。2）脱硫石膏以硫酸盐的形式使用，用于水泥水化产物Ca（OH）2和含铝相反应生产钙矾石，使其不断填充于硬化浆体骨架中，从而提高整体的密实程度，最终改善产品的力学性能。
（1）将工业脱硫石膏掺入矿渣水泥中，不但可以改善水泥产品的力学特性，而且还能达到改善水泥机械强度和调节水泥凝结时间的效果。与添加化学纯石膏所得产品相对比，工业脱硫石膏的添加对矿渣制水泥产品的缓凝效果更显著，在添加同等硫含量的工业脱硫石膏时，水泥产品的凝结时间可延长约20min。（2）将不同电厂所产的工业脱硫石膏用作缓凝剂，同时对其制得水泥产品的物理性能影响进行研究比较，同时探讨了工业脱硫石膏的组分对所制得水泥产品特性的影响。实验结果显示，与添加化学纯石膏相比较，采用工业脱硫石膏对水泥早、后期的机械强度均有一定程度改善，但在水泥凝结时间方面却有所差异。此外，研究还表明，采用亚硫酸钙含量及钙硫比低的工业脱硫石膏作为水泥添加剂，其水泥制品的物理性能均接近或部分优于掺天然石膏所得产品。（3）将不同添加量的硅酸盐水泥和粉煤灰掺入工业脱硫石膏中，形成硅酸盐水泥—粉煤灰—脱硫石膏复合材料，并研究了其力学性能和耐水性能。结果表明：当分别添加16%和8%的硅酸盐水泥和粉煤灰时，复合材料的7d的抗折强度约为5．85MPa、抗压强度约为21．33MPa，吸水率下降达18．19%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆并研究了矿粉、高钙灰及工业脱硫石膏对水泥收缩性能方面的影响。实验结果显示，在水泥—矿物复合材料体系中，自收缩随着复合材料的水化活性增加而增加。同时研究了工业脱硫石膏无熟料钢渣水泥混凝土复合材料的力学强度和耐久性，并对其与同配比条件下所获得的普通硅酸盐水泥混凝土进行对比，从而提出了工业脱硫石膏无熟料钢渣水泥混凝土复合材料的适用领域。
3脱硫石膏在建筑材料中的资源化利用
脱硫石膏中的杂质会影响其在石膏建筑材料制品中的应用。比如：随着水分的蒸发，Na+、Mg2+会迁移到脱硫石膏产品的表面，呈现“泛霜”的盐析现象；而脱硫石膏中Cl-含量过高，会使石膏制品无法完成干燥，导致石膏板等失去强度。通过改善措施，品质提高的脱硫石膏在建材领域综合利用途径主要包括：水泥缓凝剂、纸面石膏板、高强石膏等。
3.1水泥缓凝剂
脱硫石膏用作水泥生产调节凝结时间，是其消纳量最大的利用方式，约占脱硫石膏综合利用总量的70%。脱硫石膏与天然石膏组成相似，掺入2%～5%的脱硫石膏，能够正常调节水泥凝结时间，且不对水泥性能产生负面影响，水泥强度、安定性等指标均可以相应满足国家标准要求。
3.2纸面石膏板
纸面石膏板是以建筑石膏粉为原料，掺入适量纤维增强材料和外加剂等，与水一同搅拌成均匀料浆，浇注在护面纸的面纸与背纸之间，并与护面纸牢固地粘结在一起的建筑板材。其中建筑石膏又称β-半水石膏，是脱硫石膏经过高温煅烧、破碎而成。纸面石膏板具有轻质、耐火、保温隔热等优势已被广泛应用于工业和民用装饰墙体材料。按其功能可分为：普通纸面石膏板（P）、耐水纸面石膏板（S）、耐火纸面石膏板（H）、耐水耐火纸面石膏板（SH）。
3.3高强石膏
高强石膏又称α-半水石膏，是二水石膏在加压水蒸气条件，或者在酸、盐的水溶液中加热，一定条件下转化所得。α-半水石膏是致密、粗大的原生颗粒晶体，具有完整的晶体表面，分散度低，拥有优良性能的石膏，具有水化热低、水化速度慢、胶凝强度高等优点，比建筑石膏（β-半水石膏）应用领域更为广泛，如在陶瓷模具、铸造模具、医疗材料、粉刷材料、功能材料等领域。
3.4自流平石膏
自流平石膏是以半水石膏/硬石膏为原料，添加一定比例的骨料、填料和外加剂所组成的在搅拌状态下具有一定流动性的石膏基地面用找平材料，又称石膏基自流平砂浆。石膏基自流平胶凝材料主要分为α-半水石膏基自流平材料、建筑石膏基自流平材料和硬石膏（Ⅲ型无水硫酸钙）基自流平材料。自流平石膏具有施工简便，水平度高、不开裂、密度低，隔声保温效果等优势，是新型绿色节能环保材料。
3.5硫酸钙晶须
硫酸钙晶须是纤维状的石膏晶体，结构均匀完整、其平均长径比一般为50～100。硫酸钙晶须具有耐高温、抗腐蚀、强度高、韧性好，与高分子聚合物的亲和能力强等优点，可显著提高复合材料的机械强度、弹性率、摩擦系数稳定性和热变形温度等，适合用于橡胶塑料、金属等材料的增强组元，在机械制造、仪器仪表和航空航天领域具有广阔的应用前景。
3.6石膏砌块
石膏砌块是以建筑石膏或者高强石膏为主要原料，加水搅拌、浇注成型，经自然或人工干燥而制成的新型环保墙体材料。根据生产性能要求，可加入无机改性材料、轻集料、纤维增强材料、高分子聚合物等辅助材料，制成具有耐火、隔声、保温、防水防腐、轻质高强等功能的石膏砌块产品。
结束语
利用脱硫石膏作为水泥基建筑材料的原料，从成本上能为企业创造更大的利润。但因其本身的物理特性和化学特性对建材生产可能造成一定的影响。特别是不同电厂、不同燃烧和脱硫工艺对所产生脱硫石膏的理化性质具有较大影响。如若水泥基建筑材料生产过程中采用工业脱硫石膏作为原料，还需结合电厂的实际情况，通过系统的实验来确定工业脱硫石膏的最佳掺量以及生产条件，在此基础上才有可能获得理想的技术经济指标。
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论文作者:国学德
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/17
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