【交流探讨】关于脱硫石膏的深度开发与产业价值探讨

脱硫石膏是石灰石烟气脱硫的副产物，我国从2004年就已经颁布实施了《大气污染物排放标准》，燃煤锅炉必须要安装脱硫装置来去除煤中的硫，以保护环境。

但是，安装脱硫装置后产生的二次污染物脱硫石膏的利用方法多半停留在纸面上。2015年我国脱硫石膏已达8000万吨，国内从安装脱硫装置至今已有几十年的时间。德国在用煤开始发电就意识到煤中的二氧化硫会对大气造成污染，六十年代末就已安装烟气脱硫装置来去除二氧化硫，后来各国都开始使用，这时大量的烟气废弃物脱硫石膏不断的增加，后来他们发现脱硫石膏成份和天然石膏内成份相同，可以替代天然石膏，节省自然资源（天然石膏）。70年代至今脱硫石膏利用在各国发展比较快的是德国、日本、美国石膏公司和法国拉法基石膏公司，他们认为脱硫石膏是天然石膏的良好替代品。目前，欧美国家已形成较为完善的开发、研究、应用体系，日本脱硫石膏利用率近100%，德国所有的建材企业均以脱硫石膏为原料，美国脱硫石膏年产1200万吨，利用率75%。而应用最多、最广的也是纸面石膏板。

脱硫石膏可以用作水泥缓凝剂，水泥强度增加，浆料更细，凝结时间正常。用量不是很大。

经试验发现，脱硫石膏中的碳酸钙远远高于天然石膏，可把二水硫酸钙生成无水硫酸钙。这样可大大提高石膏的应用范围和应用层次，使石膏进入更宽阔的使用范围。

通过对脱硫石膏进行资源调查和理化分析，实验室小试及基础试验研究。在实验室小试阶段，通过对脱硫石膏附着水含量的测定、二水硫酸钙含量的测定、化学组成的测定、放射性化学成分分析，经过充分的讨论，几百次的实验，课题组决定把脱硫石膏用辐射法多次改性合成使它成为高强度的新型环保材料，我们称为“聚U 复合材料”。

简介项目前先介绍两个概念：α－半水石膏：生石膏化学式为CaSO₄·2H₂O，加热会发生反应，2CaSO₄·2H₂O= 2CaSO₄·H₂O+ 2H₂O(加热)，生成物2CaSO₄·H₂O就叫半水硫酸钙，因为其组成是2molCaSO₄与1molH₂O结晶，相当于CaSO₄·0.5H₂O，所以叫半水硫酸钙。β－半水石膏：熟石膏片状并有裂纹的晶体，结晶很细，比表面积比α型半水石膏大得多。

本研究研发而成的“聚U复合材料”是既不在α－半水石膏范围内，也不再β－半水石膏范围内，是一种介于两者之间的新型材料，优点：可钉、可刨、可钻、可漆，高强度、防火、防潮、无甲醛；应用替代范围涉及木材类产品、石材类产品及塑料类部分产品。已于2016年3月－8月期间申请国家两项发明专利。

1  项目简述

由于环境压力和循环经济的双重驱动，使工业废渣石膏：脱硫石膏、磷石膏的深层次加工和高档化利用被广泛关注。目前国内使用沸腾炉加球磨机生产的β型半水石膏在应用上存在两大缺陷：

（1）成型工艺拌合水参量大使石膏结晶体密度不足，表现出成品强度低、吸水率高，这就制约了应用行业和应用范围。

（2）这种β型半水石膏结晶时很难与骨料、筋料等改善物理性能的填料形成粘合或握裹，物理性能也就难以提高，更局限了应用层次和应用范围。

脱硫石膏在国际、国内应用最多的是建筑行业内墙腻子和纸面石膏板。而以脱硫石膏为主原料生产的聚U复合材料突破了这种局限，可应用在工艺品、包装材料、装修材料等行业，可轻可重，解决了强度低、吸水率高的难题，聚U复合材料还具有很高的抗冲击能力，内部粘接牢固抗折强度高韧性好，在防火、防水、握钉力等方面具有更好的性能，其保温隔热方面也优于纸面石膏板，由于去除了护纸面，它的应用范围会更加广泛灵活，并且更加环保。同时具有天然浑厚的色彩与质感。燃烧等级可以达到A 级。是替代塑料、木材、石材的理想材料。

2  技术难点

（1）脱离石膏由于其含水量高达20%左右，而且脱硫石膏极易吸潮，因此，脱硫石膏的应用受气候的影响较大。

（2）在开发利用脱硫石膏时最大的难点是其含水率一般20%左右，怎样才能脱去其中的水，以最佳掺量和最佳配比亦难以确定。

（3）脱硫石膏的SO₃含量大约在35%～40%，而天然石膏SO₃含量大约30%，脱硫石膏相比于天然石膏掺加量的变化，将直接影响出产品合格率。

3  项目创新点

（1）技术创新：我们采用辐射法，使脱硫石膏生成聚丙烯基无水硫酸钙。

（2）工艺创新：由沸腾炉煅烧改为热辐射，达到无尘、低碳、低能耗。

（3）设备创新；流水线上植入智能和远程模块，可加入3D打印，达到无尘、自动化的准工业4.0标准；在生产过程中没有任何污染（无废物、废水、废渣排放），产品无甲醛释放。

4  聚U复合材料的应用范围

（1）建筑材料行业可用于外墙装饰墙板、外墙挂板等、一次性模板、各种构件组合出亭台、围栏、桟道等，不仅耐水防火还具有50年不退色不变质容易打理的优点。

（2）装饰装修行业可以开发出内墙装饰板材、线条、建筑模板、门窗等，材料不但色彩、质感极佳同时还具有A级材料的阻燃特性。

（3）家具家私行业可以开发各种天然石材、木材纹理的家具板，是人造板材的升级产品。

（4）饰品工艺品行业也可以广泛的作为原料使用。

（5）包装行业可以开发包装箱、盒（酒盒、礼盒）等。

（6）军工等特殊行业。

聚U可以替代木材、石材、塑料，同时还具有他们的共同优点，通过工艺上的提升，使材料可产生木纹、亚光、仿大理石花纹等不同的纹理，使材料外观更自然，色彩更浑厚。它的物理指标已经接近甚至超过高分子材料，突破法国拉法基石膏公司及美国石膏公司产品的极限指标，石膏最难解决的是它的脆性和防水问题，聚U在这两点上指标远远高于法国拉法基石膏公司及美国石膏公司，因此，我们大幅度提高了石膏的应用范围和应用层次。

表1  聚U和其它材料对比

	抗压强度/MPa	抗折强度/MPa	吸水率/%
拉法基（法）	5.5	8	25
美国石膏公司	5.5	7.5	15
聚U	5.5	32	3

5  聚U复合材料的用途及市场

具有相当大的广泛性和灵活性，可做外墙板、内墙板、立柱、橱柜板、天花板、地板以及特殊用途，如室外保温装饰板、包装材料等。还可像木质板机加工，由于不含甲醛，由全天然材料制成，无毒无害是一种绿色建材，并可替代珍贵的森林资源。2014年，我国木质人造板产销量已达30212万个立方（来源于网络资料），其中使用了大量的甲醛类胶粘剂，其危害不可忽视；如果聚U复合材料取代木质人造板的十分之一，每年可消化4千万吨的脱硫石膏。

表2  聚U和人造板材料对比

	强度	耐水性	耐火性	毒性	价格
中纤板	中	极差	C级	甲醛	75~83
木工板	中	中	C级	甲醛	60~80
橱柜板	好	中	C级	甲醛	120
木塑板	好	好	C级	微毒	200
聚U	好	好	A级	无	60

 

6  社会效益及经济效益

（1）采用废弃物脱硫石膏为主原料，研发新型环保材料，使电厂二次污染物脱硫石膏得以利用，解决电厂对废物废渣无法处理问题，达到节能减排、变废为宝。保护了国家的自然资源（木材、石材、天然石膏）。

（2）新的材料带动新的产业，因其涉及众多行业可生产众多产品，在涉及到行业可产生巨大经济效益，增加税收。复合国家供给侧的政策。

（3）可带动相关产业的发展及万人就业。脱硫石膏这十年来在纸面石膏板的引领下，已进入成熟行业，预计下一个十年还是石膏行业迅速发展的黄金时期，随着，国家十三五规划的步伐，充分利用新疆的地利资源优势，将是石膏作为高强度的胶凝材料发展的最迅猛阶段。聚U复合材料现在已经通过实验室小试，即将进入中试及产业化阶段，希望能得到社会各界资源的支持，踏着这个契机迅速市场化、规模化。如果人造板的2014全年销量是30212万个立方，我们以聚U复合材料来替代它，以最小的市场份额10%，也是过亿元的份额；而且随着产品的深加工，其设备也有数十亿的市场额。