煙氣脫硫副產(chǎn)物資源化利用現(xiàn)狀與發(fā)展方向
摘要:簡述了我國燃煤電廠濕法、 半干法煙氣脫硫副產(chǎn)物——脫硫石膏、 脫硫灰渣的利用現(xiàn)狀 ,針對利用過程中所遇到的問題 ,提出了煙氣脫硫副產(chǎn)物資源化利用的新技術(shù)方向 ,并對新技術(shù)的可行性進行了論證。
關(guān)鍵詞:煙氣脫硫副產(chǎn)物,資源化,現(xiàn)狀,發(fā)展
煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展有效地遏制了SO2污染態(tài)勢 ,同時也產(chǎn)生了大量的脫硫副產(chǎn)物。根據(jù)脫硫工藝的不同 ,脫硫副產(chǎn)物大致可分為兩類:濕法脫硫石膏、 半干法脫硫灰渣。另據(jù)預(yù)計 ,至 2010年 ,我國每年將分別排出脫硫石膏、 脫硫灰渣 1 500、 140 余萬噸。目前 ,針對煙氣脫硫副產(chǎn)物的綜合利用研究較少 ,大量的副產(chǎn)物仍然以露天堆放為主 ,不僅占用土地資源 ,還會對環(huán)境造成二次污染。此外 , 脫硫副產(chǎn)物未有效利用 ,會造成資源浪費。對脫硫渣進行資源化利用研究 ,既是一個處于國際學(xué)術(shù)前沿的熱點研究課題 ,也是我國現(xiàn)階段處置燃煤電站脫硫副產(chǎn)物所需要解決的關(guān)鍵問題之一。
1 脫硫副產(chǎn)物的特性
脫硫石膏是石灰石 — 石膏濕法脫硫得到的副產(chǎn)物;脫硫石膏顆粒較細 ,平均粒徑在 40～60μm,呈灰、 黃色;其中含二水硫酸鈣 90% ～95% ,游離水 10%～15% ,此外還含有少量飛灰、 有機碳、 碳酸鈣、亞硫酸鈣以及微量鈉、 鉀、 鎂的硫酸鹽或氯化物組成的可溶性鹽等雜質(zhì)。
脫硫灰渣是干法、 半干法脫硫工藝產(chǎn)生的副產(chǎn)物;它是脫硫產(chǎn)物和粉煤灰的混合物 ,平均粒徑 10 ～20μm,呈青、 灰色;一般由亞硫酸鈣、 硫酸鈣、 碳酸鈣、 氫氧化鈣、 氯化鈣、 氟化鈣以及飛灰組成 ,其中 , CaSO3· 1 /2H2O在 600℃ 或者酸性條件下能夠分解; 因為含有 Ca (OH) 2 ,脫硫灰渣呈堿性;在與潮濕空氣接觸時 ,其中的 CaSO3·1 /2H2O和 Ca (OH) 2可分別轉(zhuǎn)變?yōu)?CaSO4·2H2O和 CaCO3。
2 脫硫副產(chǎn)物資源化利用現(xiàn)狀
2.1 研究現(xiàn)狀
發(fā)達國家在采用煙氣脫硫技術(shù)減排 SO2 的初期 ,就開始了脫硫副產(chǎn)物的資源化研究。我國引進煙氣脫硫技術(shù)的時間不長 ,針對煙氣脫硫副產(chǎn)物資源化利用的研究剛剛起步。但是 ,通過研究人員的努力 ,我國在脫硫副產(chǎn)物資源化利用方面也取得了大批的研究成果。如脫硫石膏制備紙面石膏板、 粉刷石膏、 水泥緩凝劑以及其他石膏制品,目前, 已經(jīng)有脫硫石膏的產(chǎn)業(yè)化項目在運行。脫硫灰渣因其成分復(fù)雜 ,利用不當(dāng)則會造成二次污染 ,因此 ,其資源化利用方向受到限制 ,主要應(yīng)用于筑路回填、 土壤改良、 水泥建材,尚未形成產(chǎn)業(yè)化。
2.2 利用過程中遇到的問題
(1)脫硫石膏應(yīng)用中存在的主要問題:由于飛灰等雜質(zhì)含量較高、 顏色偏深 ,從而影響石膏品質(zhì), 有必要制定相應(yīng)的行業(yè)技術(shù)標準保證石膏的品質(zhì); 一般脫硫石膏水分為 10%～15% ,具有一定的黏結(jié)性 ,為生產(chǎn)合格石膏需要添加烘干、 煅燒、 拌料設(shè)備這需要增加投入。脫硫石膏加工企業(yè)為了自身的經(jīng)濟效益 ,主動將生產(chǎn)線建造在電廠附近 ,但是 ,企業(yè)卻面臨著脫硫石膏品質(zhì)不能滿足生產(chǎn)技術(shù)要求 ,必須投資進行設(shè)備改造以對脫硫石膏進行深加工使其符合生產(chǎn)要求的問題 ,在一定程度上影響了脫硫石膏加工企業(yè)的經(jīng)濟效益。
(2)脫硫灰渣的特性對其綜合利用產(chǎn)生較大的影響。首先 ,過高的硫含量使其在用作水泥混和材和混凝土摻和料時受到限制 ,因為在普通水泥的國家標準中規(guī)定 ,水泥中 SO3不能超過 3 . 5% ,所以一般脫硫灰渣不能直接作為水泥混和材料使用 ,只能少量摻加;其次 ,如果利用得不合理 ,脫硫灰渣中亞硫酸鈣可能釋放出 SO2 ,造成二次污染;再者 ,脫硫灰中游離氧化鈣含量較高 ,會在長期水化過程中不斷生成 Ca (OH) 2 ,致使含脫硫灰渣材料的制品體積不斷膨脹 ,以至于開裂 ,這是脫硫灰渣在建材領(lǐng)域中應(yīng)用的一個障礙。
3 脫硫副產(chǎn)物資源化利用新技術(shù)
3.1 脫硫石膏利用新技術(shù)
3.1.1 自流平石膏砂漿
自流平石膏砂漿是由脫硫石膏制得的無水石膏粉、 骨料及添加劑組成的 ,在攪拌狀態(tài)下具有良好的流動性 ,是一種能夠自動流平的地面找平材料, 適合用于室內(nèi)地面的精度找平 ,可作為室內(nèi)地坪鋪設(shè)瓷磚、 PVC地板、 地毯、 各種地板和環(huán)氧自流平等薄層裝飾材料的預(yù)澆找平基層 ,也可用于舊地面、 起砂地面和施工不合格地面的修補。自流平石膏砂漿的特點是:具有自流平性和自愈性能 ,可精度找平; 體積穩(wěn)定性好 ,早期強度高 ,與基層粘結(jié)緊密、 牢固、不易空鼓、 開裂;還具有一定的降噪、 調(diào)濕功能 ,保溫性能好 ,有利于建筑節(jié)能;使用方便 ,施工速度快 ,效率高 ,可降低單項工程造價。
3.1.2 模具石膏
模具石膏是陶瓷生產(chǎn)中常用的重要原料 ,用于制作石膏模型使陶瓷成型。半水石膏經(jīng)水化、 硬化形成二水石膏 ,干燥后成為具有吸水性和一定強度的石膏模型。目前 ,用于制作模具石膏的半水石膏有α型半水石膏和β型半水石膏兩種。由于二者制作條件不同 ,其制品功能與性能有明顯差異；鞊絻煞N半水石膏可以克服單獨使用β型半水石膏做模具石膏時軟化系數(shù)低、壽命短和單獨使用α型半水石膏時吸水率低的缺陷。利用脫硫石膏制備 α、 β型半水石膏的工藝簡單 ,投入不大。
3.2 脫硫灰渣利用新技術(shù)
3.2.1 制貧水泥控制性低強度材料
控制性低強度材料 (CLS M)的開發(fā)是工業(yè)固體廢物資源化利用的一個主要途徑。CLS M的典型組成為水泥、 粗細集料、 水和以粉煤灰為代表的其他工業(yè)廢棄物。CLS M不需要養(yǎng)護或壓實 ,雖然其強度比混凝土低得多 ,但與壓實回填料相當(dāng); CLS M通常具有低強度、 高流動性、 大量消耗工業(yè)固體廢物等特點 ,且對抗凍融性、 抗磨蝕、 抗化學(xué)侵蝕能力要求不高; CLS M比土質(zhì)或者砂；靥畈牧腺F ,但比傳統(tǒng)的回填材料性能優(yōu)越。美國混凝土協(xié)會定義 CLS M的使用范圍廣泛 ,包括開放式涵洞、 露天礦山、 橋梁底部、 涵箱及排水渠或者排水管的內(nèi)外部、 其他回填應(yīng)用等。
脫硫灰渣制貧水泥 CLS M的研究可分為兩個技術(shù)層面 ,首先是利用脫硫灰渣的潛在膠凝活性 ,配合礦渣復(fù)合料、 化學(xué)激發(fā)劑等外摻材料制備灰渣膠凝材料以替代水泥;其次 ,以未活化的脫硫灰渣、 粉煤灰作為細集料 ,以破碎鋼渣、 廢舊混凝土、 磚石等為粗集料 ,加入適量的水和外加劑制備貧水泥 CLS M 材料。筆者對脫硫灰渣制貧水泥 CLS M的可行性進行了探討 ,認為該技術(shù)的優(yōu)點在于回填過程中無需夯擊搗實 ,施工工作量小、 噪音低;回填區(qū)管構(gòu)受力小、 變形均勻 ,施工面沉降小;強度低 ,方便回填區(qū)的二次開挖。因此 ,適合在市政工程中大量應(yīng)用。
3.2.2 作填埋場防滲材料
封閉型垃圾填埋場要求人工改性防滲材料具有良好的空隙結(jié)構(gòu)、 能吸附滲濾液中的污染物質(zhì) ,能與滲濾液中的部分物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。同時,大多數(shù)重金屬在堿性環(huán)境中不易析出 ,另外 ,防滲材料的自膠凝特性可以使襯層底部防滲透特性大為改善。因此 ,筆者認為脫硫灰渣用作填埋場防滲材料具有可行性。一方面 ,脫硫灰渣中含有相當(dāng)一部分飛灰 ,而飛灰已被證明具有極強的吸附重金屬能力;脫硫灰中的游離 CaO、 Ca (OH) 2 及 CaCO3 等成分都可以直接與酸性垃圾滲濾液發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 具有較強的酸中和能力;經(jīng)過適當(dāng)改性后 ,脫硫灰渣具有自膠凝特性。另一方面 ,填埋場考慮的首要問題是滲濾液中的有毒、 有害污染物質(zhì)的去除與穩(wěn)定化。筆者曾利用脫硫灰渣作為吸附材料 ,對模擬垃圾滲濾液中的屬于優(yōu)先需要控制的污染物如重金屬、 CODCr、 BOD5、 總磷和氨氮、 以及濾液 pH值進行了室內(nèi)吸附試驗 ,結(jié)果表明:吸附后的濾液中污染物濃度滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準 》 (GB 16889 - 2008)的限值要求;以脫硫灰渣摻合天然黏土材料以及一定比例的石灰、 粉煤灰合成的人工改性防滲材料可以滿足滲透率不大于 1 ×10 - 7 cm / s,抗壓強度大于 0 . 6MPa的要求。
3.2.3 脫硫灰渣淤泥固化
淤泥是一種流變性很強的飽和軟粘土 ,次固結(jié)變形在總變形中占有很大的比重 ,經(jīng)過固化處理的淤泥 ,物理、 力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化可形成土工材料 ,并可廣泛應(yīng)用于市政建設(shè)中。脫硫灰渣改性淤泥一是可在制備灰渣膠凝材料中作為膠結(jié)料使用; 其次 ,由于脫硫灰渣自身具有很強的親水性以及微集料效應(yīng) ,可以作為淤泥固化改性的摻合料。利用正交試驗 ,根據(jù)固化后材料的含水率、 干密度、 干縮性和抗壓強度等指標確定最佳配合比 ,脫硫灰渣改性淤泥的抗剪強度達到:粘聚力 C ≥30 kPa、 內(nèi)摩擦角φ > 25° 、 滲透系數(shù)為 1 × 10 - 6 cm / s？梢詽M足市政工程中對回填土方性能的要求。
4 結(jié)語
利用對燃煤電廠而言 ,煙氣脫硫副產(chǎn)物的資源化可以增加其經(jīng)濟效益 ,降低廢物處置成本 ,延長灰場使用年限 ,降低環(huán)境污染風(fēng)險;對其他以脫硫副產(chǎn)物為原材料的企業(yè)而言 ,可以降低產(chǎn)品的成本 ,部分提高產(chǎn)品的使用性能 ,增強產(chǎn)品的競爭力。因此 ,要結(jié)合產(chǎn)品的“性價比 ” 來評價脫硫副產(chǎn)物的綜合利用 ,對性能好但成本高的產(chǎn)品考慮用含脫硫副產(chǎn)物等低成本產(chǎn)品替代。在脫硫副產(chǎn)物應(yīng)用的傳統(tǒng)領(lǐng)域 ,應(yīng)繼續(xù)加大推廣力度 ,使其產(chǎn)品迅速形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模;對于某些資源化新領(lǐng)域 ,研究成果要能夠有針對性地切實解決經(jīng)濟發(fā)展中遇到的問題 ,這樣才能形成產(chǎn)業(yè)化。
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