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变废为宝,从“成本中心”到“价值中心”

点击量:507发表时间:2020-11-13 09:34:48

我国是硫酸生产和消费大国,钛白粉、芳烃硝化、染料、石油加工和钢铁酸洗等行业都会用到硫酸,相应地产生大量的含硫酸废水。随着生产规模的扩大,工业含硫酸废水的量也在逐年增加。处理含硫酸废水成为摆在相关企业面前的难题。


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常见的含硫酸废水处理工艺主要有浓缩、化学氧化、萃取、结晶、生产化肥和中和处理等工艺,大部分处理工艺的运行成本较高,成为了企业的负担。

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这就需要跳出单纯的废水处理达标排放的概念,另辟蹊径,寻求在治理含硫酸废水的同时创造效益的新模式。根据硫酸的化学特性,在含硫酸废水中投加特定药剂并控制反应条件,可生成石膏,生成的石膏通称为工业副产石膏,

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根据废水的性质不同,副产的石膏又可分为磷石膏、脱硫石膏、钛石膏、氟石膏、柠檬酸石膏等,可用作建筑材料和石膏制品,如水泥缓凝剂、纸面石膏板、石膏砌块、石膏砂浆、抹灰石膏等,该工艺可将废酸变废为宝,创造价值。

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我国2016-2019年平均市场石膏需求量约为22000万吨,其中水泥缓凝剂、石膏砂浆、自流平地坪、纸面石膏板、石膏墙板的需求量较多,占据总需求量的96%左右。近年来石膏粉加工市场非常受欢迎,普通建筑石膏价格400 元/吨,部分白度较好的工业副产高强石膏价格已升至2200 元/吨。

磷石膏在我国工业副产石膏中占有很大的比例,2018年,我国磷石膏产量为7800万吨,综合利用率仅为39.7%[1]。

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目前,我国磷石膏多用于建材、农业和化工行业。在国外,德国Salzgitter公司、日本日产化学工业公司利用磷石膏做水泥缓凝剂的工艺较为成熟,据统计,日本生产的水泥缓凝剂有75%使用的是磷石膏[3],相比天然石膏,用磷石膏生产水泥缓凝剂,在提高了水泥强度的同时降低了生产成本。

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从20世纪90年代起,我国电厂开始逐渐使用湿法石灰石-石膏法脱硫工艺,脱硫石膏产量逐年增加。早在2010年,我国脱硫石膏的产量已居世界第一[4],但我国对脱硫石膏的利用还远不及一些发达国家,在日本、德国等国家脱硫石膏的利用率可达100%,而我国的利用率仅为80%左右[5]。

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目前,我国脱硫石膏主要用于水泥缓凝剂的制作,也应用于石膏砌块、纸面石膏板、建筑石膏、抹灰石膏和高强石膏的生产,还有一些应用于农业的生产。国外脱硫石膏在材料领域的应用主要有普通墙体材料及防水墙体材料的生产,混凝土、水泥和沥青生产,碳酸钙和硫酸钙的生产。在农业方面的应用主要有用作土壤改良剂,减少土壤侵蚀和富营养化、用做肥料、矿物回收利用等。还有将脱硫石膏应用于一些国内少见的水处理领域,例如用脱硫石膏处理水中的可溶性有机质,去除水中的金属离子以及一些氟化物等。

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我国工业副产石膏的利用率较低,主要是因为含硫酸废水的杂质成分不同,以及中和反应时的条件不同,导致生成的石膏品质参差不齐,达不到使用要求,往往作为固废处理。因此,改进含硫酸废水制石膏工艺,在保证出水水质达标的前提下提高副产物石膏的品质,对于生态环境的经济发展具有重要意义。


目前有几种较为经济且技术可行的含硫酸废水处理并制取石膏的方法。一种方法是通过把控废水处理工艺条件来提高石膏品质,如选用合适的药剂,控制温度、pH、停留时间、返浆比等因素来提高石膏品质,达到相应的石膏制品及建筑原材料的标准,从而加大在建筑石膏领域中的应用。


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另一种方法是将药剂反应生成的石膏进行二次优化,通过控制石膏各晶相转化条件,制备优质的高强石膏,高强石膏的优点在于强度高、纯度好,可用于陶瓷模具石膏、自流平石膏的配制以及吸塑模具等的制作。


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由于不同废酸产出的工业副产石膏的品质差距很大,市场上对于不同工业副产石膏的标准没有统一和完善,这就加大了工业副产石膏综合利用的难度。因此加快建立健全工业副产石膏应用的要求与标准,成为当下亟待解决的问题。对于石膏行业未来的发展方向还需着重关注[2]:

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提升石膏建材工艺和装备的发展。工业规模化生产首先要解决原料的均匀性和稳定性,工艺和装备是保证石膏建材质量的重要环节。要以“中国制造2025”行动纲要为指引,推动石膏建材装备的现代化、高端化和智能化。

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加快工业副产石膏的无害化处理研究应用。工业副产石膏含有的碱金属盐、有机物等各种有害杂质,已经严重影响了石膏建材制品的推广应用,应加快工业副产石膏的无害化处理研究应用,特别是排放端无害化处理。


[1] 叶学东 .2018年我国磷石膏利用现状、问题及建议 年我国磷石膏利用现状、问题及建议 [J].磷肥 与复磷肥 与复,2019,34(07):1-4.

[2]李逸晨.石膏行业的发展现状及趋势[J].硫酸工业,2019(11):1-7+13.

[3]李光明,李霞,贾磊,吴金玲.国内外磷石膏处理和处置概况[J].无机盐工业,2012,44(10):11-13.

[3] 沈荣熹.评发达国家用FGD石膏与废石膏制石膏板的历程与经验[C]//中国建筑材料联合会石膏建材分会、《石膏建材》编辑部.2011中国建筑材料联合会石膏建材分会第二届年会暨第六届全国石膏技术交流大会及展览会论文集.北京:中国建筑材料联合会石膏建材分会、《石膏建材》编辑部,2011:9.

 [5] 杨冬蕾 ,杨再银 .我国脱硫石膏的综合利用现状 [J].硫酸工业 ,2018(09):4-8.












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