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免煅燒脫硫石膏技術的應用研究
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日期:2011年12月30日 16:37
免煅燒技術產生背景:
隨著國家強制火電廠濕法脫硫后,便隨之而來的派生出了脫硫石膏。它是時代的烙印,是火電廠脫硫后的工業副產物。目前,全國年排放脫硫石膏已達到5000萬噸,并有遞增的趨勢。眼前,利用率僅能達到56%。其中絕大部分仍使用傳統的煅燒工藝而獲得半水石膏,應用于紙面石膏板、粉刷石膏等建材行業,只有少部分不經煅燒工藝用于水泥緩凝劑。這種傳統的煅燒工藝,前期投資大,又帶來耗能、污染,成本高,產品質量不穩定,初凝時間不易控制、強度低、耐水性差等弊端。大大影響了擴大使用范圍,和對水泥替代率,以及大面積的使用推廣;也影響對脫硫石膏的大量消納。
70%(含堆存的一億噸)的副產脫硫石膏,仍被購地堆放,靜靜地躺在那里被閑置著,污染著土壤、水源和大氣,占據著土地和企業的購地資金,不被消化和利用,人們又在開采著天然資源,破壞著自然生態,攫取著用一點、少一點,不會再生的天然資源。面對這種窘境,業界吶喊著新的技術的誕生。
免煅燒脫硫石膏技術,在國家循環經濟、低碳技術,節能減排政策的感召下問世了!它改變了人的傳統觀念和傳統思維方式,是石膏領域的一次大變革、大創新,必將大大推動石膏產業的繁榮和發展,對大量消納固體廢棄物——脫硫石膏,以及其他工業付產石膏,作出不可估量的貢獻。
免煅燒與煅燒優劣勢之我見:
免煅燒與煅燒是一字之差,但從投資、成本、環保、產品性能上有不少差異。
1、投資省。
免煅燒技術與煅燒工藝相比,節省千萬元的烘干、煅燒、粉磨等設備及場地、廠房的投資,降低了成本,提升了競爭優勢。
2、成本低。
免煅燒技術省去了煅燒工藝,節煤40kg/t、節電25度/t,綜合成本(含人工費)節省90-120.0元/t。加上煅燒設備折舊費,成本會更低一點。
3、環保好。
免煅燒技術省去了煅燒環節,減少了煅燒污染,名符其實的低碳經濟;大量的消耗脫硫石膏,又減少大量堆積,造成的水源,大氣的污染。保護了天然資源,保護了生態。
4、質量高。
免煅燒技術的產品與煅燒工藝的產品相比,首先,耐水性好,強度高:可以做干粉砂漿,也可做墻體材料;可以用于室內,也可用在室外;可以用在干燥地方,也可用在潮濕部位;可以做一般的粉墻材料,也可做承重材料。其次,可操作時間長。免煅燒技術的干粉砂漿產品,不加緩凝劑,初凝時間慢,可操作時間長,工人易于操作和接受,更易推廣。
免煅燒技術生產墻體材料系列產品
《蒸壓脫硫石膏磚》,又名《蒸壓硅酸鹽石膏基磚》。《蒸壓磷石膏磚》已在貴州省落戶,年產10億塊《蒸壓磷石膏磚》生產線,投資2.9億,2009年投入生產。而《蒸壓脫硫石膏磚》報道極少,現處于中試階段。
筆者已在上海、福建、湖北粉煤灰磚廠中試《蒸壓脫硫石膏磚》,經上海建科院檢測,其理化指標為:抗壓強度:23.5-25.0mpa、吸水率:9.2%、干收縮值:0.64mm/m、軟化系數:0.91、抗凍融強度損失11%、抗凍融質量損失0.8%。
年產1億塊《蒸壓脫硫石膏磚》,估算投資1764萬元,材料成本:0.135-0.15元/塊,年純利潤:1500-1613萬元,投資回收期:1.09-1.18年。
《蒸壓脫硫石膏磚》技術路線:降低孔隙率,提高密實度,合理的溫度、濕度、壓力和時間的養護。采取:原材料合理級配、科學合理的水灰比、科學的工藝匹配、合理有效的配方設計、合理的預養護時間,以及大噸位雙向、排氣液壓成型壓力機、相對匹配的壓力、溫度、時間蒸壓釜反應。
《蒸壓脫硫石膏磚》反應機理,是各種原材料在水和溫度環境參與下,進行水化反應,初期生成鈣礬石(AFt)和水化硅酸鈣( C-S-H-I型)凝膠,使水化產物晶體強度和耐水性能提高。隨著壓力和溫度繼續升高,這時壓力在0.8-1.5mpa,溫度升至180℃-220℃,二水脫硫石膏,轉化為Ⅱ型硬石膏,它的特性變為難溶、穩定的最終產物。這時鈣礬石與Ⅱ型無水硬石膏,交叉搭接,交互錯生,纏繞在一起,形成密實、緊湊骨架結構;而水化硅酸鈣I型凝膠充斥其中,形成緊密的整體結構。再隨著時間延長,而水化硅酸鈣I型(C-S-H),形成強度更高的托勃莫來石和少量的水化石榴石晶相,它屬于結晶良好的C-S-H凝膠,具有良好的物理、力學性能,強度和耐水性能得到明顯的提高。
該技術還可以生產免煅燒《蒸壓耐水脫硫石膏砌塊》,解決半水石膏砌塊不耐水、易爛根和強度低、易損壞、不完整的弱勢,使石膏砌塊一改怕水、易破損面貌,亮相于更高層應用領域。我們呼吁和期待設備生產廠研發擠壓式砌塊機誕生問世。
免煅燒脫硫石膏技術生產耐水干混砂漿系列產品
經煅燒制得的半水脫硫石膏,即建筑石膏,生產的粉刷石膏、粘結石膏、嵌縫石膏等干混砂漿,在北方地區得到了廣泛的認可和使用,但其耐水性差、強度低、可操作時間短,糾結著業內人士的心,也影響了更大范圍和領域推廣、使用。
免煅燒脫硫石膏生產的耐水粉刷石膏、耐水粘結石膏、耐水嵌縫石膏、耐水石膏膩子、耐水砌筑砂漿、耐水抹面砂漿等干混砂漿,克服了半水脫硫石膏等干混砂漿耐水性差、強度低、可操作時間短等弱點。軟化系數達到0.71-0.75,提高了三倍;抗壓強度達到11.0-21.5mpa,提高了2-5倍;抗折強度:3.8-5.8mpa,提高了1倍;粘結強度:0.65-1.0mpa;初凝時間:4H,延長了4倍。免煅燒技術產品,軟化系數的提高,不是添加了防水外加劑,而是產品在水化過程中自發生成的,耐久性、耐候性會更好、更長。
初凝時間慢,可操作時間長,不需要添加緩凝劑,特易推廣、操作,這也是與生俱來的 ,省錢又省工。
免煅燒脫硫石膏生產的耐水底層(增強)粉刷石膏和面層耐水粉刷石膏,經上海建科院檢測,理化指標為:
名 稱 用水量 初凝 抗壓強度 抗折強度 粘結強度 軟化系數
面層耐水
粉刷石膏 1:0.35 4-5:50h 12.4-16.9mpa 3.5-3.8mpa 1.2mpa 0.71-0.74
底層耐水
粉刷石膏 1:0.20 4:5-6:45h 11.9-21.5mpa 3.18-5.8mpa 1.1mpa 0.70-0.80
反應機理為:水化反應生成水化硫鋁酸鈣,即鈣礬石(AFt)和水化硅酸鈣(C-S-H)Ⅰ型凝膠。鈣礬石包裹著二水脫硫石膏形成密實、緊湊、均勻的骨架結構。而水化硅酸鈣凝膠材料,交叉搭接、充填其中、交互錯生,形成較合理晶體形狀水化產物。使強度、耐水性得到較大提高。這時水化產物晶體水硬性材料特點表現更為突出。
免煅燒脫硫石膏干混砂漿,明顯的特點:耐水性好、強度高、可操作時間長。由于這些優勢的存在,免煅燒干混砂漿,可以由室內延伸到室外使用。成本優勢略低于煅燒成本150-180.0元/T。
投資十萬噸特種干混砂漿生產線,預估投資1298萬元,年純利潤:1583萬元,投資回收期:0.8年。
免煅燒脫硫石膏技術生產耐水外墻外保溫系列產品
煅燒脫硫石膏,生產的保溫層粉刷石膏,只適用于室內使用。而免煅燒脫硫石膏耐水無機保溫砂漿,可以用于室內和室外。上海同濟大學已將此技術應用于上海崇明島某工地外保溫。
免煅燒脫硫石膏耐水無機保溫砂漿,經上海建科院檢測,其理化性能指標為:
名稱 干表觀密度 導熱系數 抗壓強度 壓剪粘結強度 軟化系數 燃燒性能
免煅燒技術 285kg/m3 0.07 0.35mpa 0.069mpa 0.72 A級
JG/T283-2010 ≤300kg/m3 ≤0.07 ≥0.20mpa ≥0.05mpa ≥0.60 A級
無機保溫砂漿是目前國家繼EPS、XPS外墻外保溫系列產品后,深受生產商、客戶歡迎的產品。防火性能達到A級、施工性好、操作簡便、整體性好,粘結強度高、成本低,與建筑物同壽命。尤其適用于夏熱冬冷、夏熱冬暖地區,受到特別的推崇。免煅燒脫硫石膏無機保溫砂漿的出世,它的防火性能、抗裂性能和成本,優于水泥基的無機保溫砂漿,會很快得到市場的認可和推廣。免煅燒技術成本約低140-460.0元/m3。
免煅燒脫硫石膏技術,還可以生產《蒸壓脫硫石膏耐水加氣砌塊》、抗裂砂漿、抹面砂漿等外墻外保溫系列產品。
從長遠講,發展的最終趨勢是自保溫。因此,目前《蒸壓砂加氣混凝土砌塊》、《蒸壓粉煤灰混凝土加氣砌塊》,作為自保溫得到了重視、應用和推廣,不少企業看到了這個前景,紛紛建廠上馬。而我們免煅燒《蒸壓脫硫石膏加氣砌塊》會很快介入到這個自保溫領域,展現它的活力和優勢。
無機耐水·高強脫硫石膏粉系列產品
半水脫硫石膏,是氣硬性材料,是怕水的,這是它的最大弱點。傳統的解決辦法,是添加有機防水材料,諸如石蠟、硬脂酸鹽、有機硅、聚乙烯醇等,但它只能形成一層薄膜狀,覆蓋表面或封閉毛細孔,防止水的滲入,憎水效果較明顯;但它會隨著時間的推移,氣候的變化而衰減甚至完全喪失功能。同時,又使產品的抗壓、抗折強度下降10%。
耐水·高強脫硫石膏粉,是摻合活性無機材料,促其水化改性,生成鈣礬石和水化硅酸鈣水硬性材料,耐水性和強度得到明顯提高。耐久性、耐候性、抗凍融也有明顯改變和提高。
它可以用來生產耐水石膏砌塊、耐水石膏硅鈣板、耐水石膏GRG板、耐水石膏模合,以及各種耐水干混砂漿產品。
耐水·高強脫硫石膏粉,適合于石膏粉建材廠接產,是調整產業結構和轉變增長方式的最佳方案。由賣原材料,轉變和升華為利潤空間更高的賣技術、賣專利產品,不再會是算術級數的增長。當然,也更適用于石膏砌塊廠、石膏板廠接產生產,更有產品優勢和市場占有率。
脫硫石膏與耐水、高強石膏性能比較
名 稱 用水量 初凝 抗壓強度 抗折強度 軟化系數 吸水率
耐水高強石膏粉 1:0.6 5-7min 11.6mpa 0.95mpa 0.96 13.7%
脫硫石膏粉 1:0.6 6-7min 6.9mpa 2.5mpa 0.25 27.5%
耐水、高強石膏產品性能
名 稱 用水量 初凝 抗壓強度 抗折強度 軟化系數
耐水石膏砌塊 1:0.69 14min 15.1mpa 1.6mpa 0.67(折)/0.67(壓)
底層耐水粉刷石膏 1:0.20 1.5h 23.4mpa 4.8mpa 0.83(折)/0.79(壓)
石膏廠、砌塊廠預估投資:20-50萬元。耐水脫硫石膏粉材料成本價:150-280.0元/T。
固體廢棄物,生產A級防火泡沫保溫板。
幾年來,在墻體圍護結構保溫材料的實踐中,唱主角的保溫材料,絕大部分都是有機材料,諸如EPS、XPS、PU板、酚醛板等,它的優點突出,導熱系數低,但同時缺點或致命的不足十分明顯,防火性能差,燃燒時放出有害氣體。最近一年中,全國發生六起大火災,給生命和財產造成巨大的損失,值得人們認真吸取教訓和經驗。
針對全國保溫材料存在的上述問題,國家公安部和住房建設部發文明確指出,在外墻外保溫和外墻內保溫材料中,必須使用A級防火保溫材料。目前,無機保溫材料,諸如:水泥泡沫板、陶瓷泡沫板都是A級防火保溫材料,便應運而生,大行其道,市場前景十分看好。
在以上二種板的市場運作中發現,原料不足、采購受限,價格偏高和高能耗。制約著它的大面積推廣、應用。水泥泡沫保溫板,主要原料是快凝硫鋁酸水泥,價格800-1000元/T,全國僅2-3家生產;而陶瓷泡沫保溫板,原料僅限于陶瓷粉,礙于大面積擴廣,而且原料都是高能耗產品。
生產A級防火泡沫保溫板,原料取之于固體廢棄物:粉煤灰、脫硫灰、爐渣、礦渣、鋼渣、脫硫石膏渣,消耗了大量的廢棄物,又保護了天然資源,減少了污染,減少了能耗,加上成本低廉,價格優勢,物理力學性能突出,在安徽省晉馬環保節能科技有限公司已試生產。
產品檢測結果
絕干密度 抗壓強度 軟化系數 導熱系數
207kg/m3 0.40mpa 0.73 0.058w/m·k
225kg/m3 0.45mpa 0.75 0.060w/m·k
具體優勢:
原料充足。就地取材,就地利用。原料與市場同一城市,運輸半徑小,綜合成本低。
成本低廉。純材料成本價:發泡固體廢棄物保溫板90-100.0元/m3,而發泡混凝土板180-220.0元/m3。
節能環保。固體廢棄物利用率達到92%以上,屬低碳產品。
密度低、強度高。絕干密度在184-207kg/m3之間,抗壓強度:0.39-0.40mpa。
軟化系數高。不需加任何防水劑,耐候性好,與建筑物同壽命,浸水24h,不軟化,不溶蝕。
導熱系數低。0.058-0.060w/m·k。
八、結語:
免煅燒脫硫石膏技術,同樣適用于其他工業副產品石膏;耐水·高強脫硫石膏粉技術,同樣也適用于其它工業副產石膏、天然建筑石膏。免煅燒工藝技術,是石膏家族中的新成員,煅燒與免煅燒技術,共存共榮、互為補充,必將帶來石膏產業的繁榮和昌盛;必將推動副產石膏朝陽產業的發展,將對消納固體廢棄物、保護資源、保護耕地、保護生態、低碳經濟、循環經濟作出不可估量的貢獻。