黨紅明

（貴州磷化（集團）有限責任公司，貴州 貴陽 550003）

工業(yè)副產(chǎn)石膏是指工業(yè)生產(chǎn)中因化學反應生成的以硫酸鈣為主要成分的副產(chǎn)品或廢渣，也稱化學石膏或工業(yè)廢石膏，其主要成分為CaSO4·2H2O，含量在70%（w）以上。按生產(chǎn)工藝來源主要分為脫硫石膏、磷石膏、氟石膏、檸檬酸石膏、鉛石膏和鈦石膏等，其中磷石膏和脫硫石膏產(chǎn)量最大。脫硫石膏產(chǎn)生于火電廠燃煤燃燒后尾氣脫硫過程，含有少量硫化物、亞硫酸鈣等不穩(wěn)定易分解組分，一般情況下呈堿性。磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，含有磷、氟等污染因子，呈酸性，pH為1.5～4.5［1］。脫硫石膏和磷石膏的綜合利用一直是世界性難題，而提高工業(yè)副產(chǎn)石膏的綜合利用水平將促進磷化工等行業(yè)的發(fā)展進程。

本文介紹了脫硫石膏和磷石膏的來源、堆存情況、污染隱患以及綜合利用情況，分析了現(xiàn)有火電廠煙氣脫硫廣泛采用的石灰石法工藝和活性焦脫硫工藝的各自優(yōu)勢，提出火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)采用活性焦脫硫工藝替代石灰石法脫硫工藝的可行性和必要性，為從源頭減少工業(yè)副產(chǎn)石膏產(chǎn)生、解決工業(yè)副產(chǎn)石膏的堆存污染隱患、提高大宗工業(yè)固體廢物綜合利用提供新的思路。

1 脫硫石膏概況

1.1 脫硫石膏的來源和用途

脫硫石膏是對含硫燃料（煤、石油等）燃燒后產(chǎn)生的煙氣進行脫硫凈化處理而得到的工業(yè)副產(chǎn)物，主要來自火電廠。我國的煤炭含硫量較高，平均達1%～2%（w，下同），貴州省煤炭含硫量高達3%～5%。我國政府十分重視燃煤電廠煙氣脫硫問題。從2003年起，國家發(fā)展和改革委員會審批的新建燃煤電廠，如果燃煤含硫量在0.7%以上，就必須安裝煙氣脫硫裝置。國內(nèi)火電廠中絕大多數(shù)的煙氣脫硫裝置均采用石灰石法煙氣脫硫系統(tǒng)（即燃煤電廠使用含硫煤燃燒后產(chǎn)生含二氧化硫的尾氣，經(jīng)石灰（石）水循環(huán)洗滌而得到脫硫石膏），貴州省燃煤電廠基本采用該脫硫技術。脫硫石膏中存在部分未完全轉(zhuǎn)換成硫酸鈣的亞硫酸鈣，該化合物性質(zhì)不穩(wěn)定，易分解為氧化鈣、二氧化硫等；脫硫石膏中的硫化物大多屬于有毒物質(zhì)，進入地下水系及外環(huán)境其環(huán)境風險隱患極大。脫硫石膏的綜合利用途徑主要是作為水泥緩凝劑和石膏建材等。

1.2 脫硫石膏堆存情況

目前，我國每年產(chǎn)生近億噸脫硫石膏。其中，貴州省每年產(chǎn)生量在1 200萬噸左右。據(jù)調(diào)研分析，貴州省內(nèi)近50家產(chǎn)生企業(yè)，近5年合計產(chǎn)生脫硫石膏約5 200 萬噸，綜合利用約3 200 萬噸（利用率61.5%），未利用部分堆存在企業(yè)渣場，對地下水以及貴州全境烏江、珠江和沅江流域存在一定環(huán)境污染隱患。

2 磷石膏概況

2.1 磷石膏的來源

磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的固體廢棄物，國內(nèi)使用的磷酸90%采用濕法工藝制備。濕法磷酸工藝需要采用濃硫酸分解磷礦制取磷酸，每生產(chǎn)1 t磷酸，會產(chǎn)生4.5～5.0 t磷石膏［2］。磷石膏的組成比較復雜，除硫酸鈣以外，還有未完全分解的磷礦、殘余的磷酸、氟化物、酸不溶物、有機質(zhì)等，其中氟和有機質(zhì)的存在對磷石膏的資源化利用影響最大［3-4］。磷石膏的大量排放堆存嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境，不僅污染地下水資源，還造成土地資源的浪費。我國在大量副產(chǎn)磷石膏的同時，硫磺資源嚴重不足，每年需從國外進口大量硫磺用于制備磷酸生產(chǎn)所需的濃硫酸，花費了巨額外匯，又造成了磷石膏廢渣的堆存。

2.2 磷石膏綜合利用情況

2.2.1 磷石膏堆存情況

據(jù)統(tǒng)計，我國磷石膏累計堆存量約為6億噸，每年排放量超過8 000萬噸［5］。其中貴州省現(xiàn)有堆存量約1.1億噸，每年還將新增堆存300多萬噸。由于歷史原因，早期建設的磷石膏渣場標準不高，底部防滲設施不完善，導致絕大多數(shù)渣場均存在底部滲漏污染地下水，乃至對外環(huán)境河流、湖泊造成污染的情況，存在突出問題的有云南滇池及金沙江支流、貴州烏江34號泉及發(fā)財洞、湖北部分長江支流等，環(huán)境風險隱患主要是總磷、總氟超標。

2.2.2 磷石膏治理情況

磷石膏渣場滲漏對地下水系造成污染乃至影響下游主要河流，現(xiàn)有的治理方式主要有源頭減量和末端治理。源頭減量主要措施有封場閉庫、覆膜防滲、底部帷幕灌漿等；末端治理措施主要有廢水回用、處理達標外排。無論哪種方式，均需耗費大量人力物力。以烏江34號泉為例，自污染源發(fā)現(xiàn)以來，企業(yè)總計投入近20億元，今后每年還將支出約1億元的設施運行費用，加大了企業(yè)的資金壓力。

2.2.3 磷石膏綜合利用情況

近年來，國內(nèi)對大宗工業(yè)固廢資源綜合利用支持力度較大，有力地推動了磷石膏的資源綜合利用，國內(nèi)磷石膏資源綜合利用率約為40%［6］。綜合利用工作開展較好的貴州省，自2018年推進磷化工企業(yè)磷石膏“以渣定產(chǎn)”工作以來，極大地提升了綜合利用率，到2021年，綜合利用率達到了80%。

3 解決工業(yè)副產(chǎn)石膏問題的必要性

如果不解決工業(yè)副產(chǎn)石膏的綜合利用問題，必定會造成二次污染；如果建設大量磷石膏渣場進行堆放，不僅占用大量土地，而且需要投入運維費用和污染治理費用，對企業(yè)是不小的經(jīng)濟負擔。因此工業(yè)副產(chǎn)石膏的綜合利用與源頭減排已迫在眉睫。

新版《中華人民共和國環(huán)境保護稅法》已于2018年1月1日施行。該稅法中固體廢物排放稅額為25元/t，征收稅額具有法律強制性。該稅額實施后，將極大地增加火電廠和磷化工等副產(chǎn)工業(yè)石膏企業(yè)的運營成本。工業(yè)和信息化部在《建材工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》中提出要加大力度，提高工業(yè)副產(chǎn)石膏的綜合利用率。2021年3月18日，國家發(fā)展和改革委員會等十部委聯(lián)合發(fā)布《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》，指出“赤泥、磷石膏、鋼渣等固廢利用率仍較低，占用大量土地資源，存在較大生態(tài)環(huán)境安全隱患”，要求“拓寬磷石膏利用途徑，繼續(xù)推廣磷石膏在生產(chǎn)水泥和新型建筑材料等領域的利用”。國務院于2022年1月26日發(fā)布的國發(fā)［2022］2號文要求貴州省“深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)”，推動“磷石膏、錳渣等無害化資源化利用技術攻關和工程應用示范”。2022年2月10日，工信部等八部門聯(lián)合印發(fā)《關于加快推動工業(yè)資源綜合利用的實施方案》，要求到2025年，“大宗工業(yè)固廢的綜合利用水平顯著提升；工業(yè)資源綜合利用效率明顯提升，力爭大宗工業(yè)固廢綜合利用率達到57%，其中，工業(yè)副產(chǎn)石膏達到73%”。

貴州全省近50家脫硫石膏產(chǎn)生企業(yè)至今僅規(guī)范化建設了19個渣場，大多數(shù)火電廠在建設初期按照能夠完全綜合利用來考慮，沒有配套建設或只建設了小規(guī)模的臨時渣場，部分脫硫石膏的堆存存在一定環(huán)境隱患。未來貴州省火電行業(yè)還將持續(xù)發(fā)展，脫硫石膏的堆存和綜合利用、環(huán)境隱患等問題將會逐步暴露出來。

2018年以來，貴州省全面實施磷化工行業(yè)磷石膏“以渣定產(chǎn)”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，磷石膏應用在水泥緩凝劑和石膏建材方面大幅度增長。由于磷石膏綜合利用有相應的政策補貼，而脫硫石膏沒有，一定程度上擠占了原有脫硫石膏綜合利用途徑，可以預見未來火電廠煙氣脫硫石膏綜合利用率將逐步下滑，堆存及污染治理問題將進一步突出。

4 煙氣脫硫工藝分析與協(xié)同統(tǒng)籌解決工業(yè)副產(chǎn)石膏的可行性分析

4.1 煙氣脫硫工藝分析

國內(nèi)煙氣脫硫技術主要有爐前脫硫、爐內(nèi)脫硫和煙氣脫硫，前兩種脫硫技術因脫硫效率不高很少采用。煙氣脫硫又分為濕法脫硫（石灰石法、氨法、有機胺法等）和干法脫硫（活性焦干法脫硫、半干法脫硫、輻射脫硫等）［7-8］，本文對應用較多、性價比較好、技術相對成熟可靠的2種脫硫技術進行分析。

4.1.1 石灰石法脫硫

工藝流程：石灰石塊經(jīng)濕式磨機磨制后進行旋流分離制成合格的石灰石漿液，泵送入吸收塔與煙氣充分接觸，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣進行反應生成亞硫酸鈣，從吸收塔下部漿池鼓入空氣使亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度后，結(jié)晶形成二水石膏。從吸收塔排出的石膏漿液經(jīng)旋流器濃縮后送入石膏脫水系統(tǒng)。脫硫后的煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴并升溫后，由煙囪排入大氣。

整個工藝由石灰石漿液制備系統(tǒng)、二氧化硫吸收系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、石膏處理系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)組成。本工藝一次性投資大，占地面積較大，運行中需注意防結(jié)垢和防腐蝕問題。貴州省內(nèi)火電廠基本上用該種工藝脫硫，是工業(yè)副產(chǎn)脫硫石膏的主要來源。

4.1.2 活性焦干法脫硫

工藝流程：活性焦煙氣脫硫技術是一種以物理-化學吸附原理為基礎的回收硫資源的干法煙氣脫硫工藝。將以煤為原料制造的活性焦作為脫除煙氣中二氧化硫、三氧化硫、汞等的可再生吸附劑?；钚越瓜仍谖剿形綗煔庵械亩趸?，然后在解析塔中通過煙氣將其加熱到420 ℃左右完成解析。

解析塔排出的活性焦經(jīng)篩分后，由鏈斗刮板輸送機送回吸附塔。煙氣脫硫獲得的高濃度二氧化硫氣體由高溫離心風機抽出，送入工業(yè)硫酸生產(chǎn)裝置。該工藝脫硫效率高于95%［8］，適于中小機組、中低硫煤［9］。該工藝脫硫的同時能夠脫除其他有害物質(zhì)，且?guī)缀醪挥煤乃?，對我國富煤缺水地區(qū)較為適用。

貴州水資源相對稀缺，火電和磷化工相對發(fā)達，通過該工藝副產(chǎn)的硫酸恰好是磷化工的重要原料，在進行脫硫的同時制備硫酸，可避免大量硫磺的進口，同時消除脫硫石膏的產(chǎn)生，為其他工業(yè)副產(chǎn)石膏的綜合利用讓出巨大空間。

4.2 協(xié)同統(tǒng)籌解決工業(yè)副產(chǎn)石膏的可行性分析

以貴州省為例，如果通過技術改造，將火電廠的尾氣脫硫工藝從石灰石法改造為活性焦干法煙氣脫硫工藝，將能大量副產(chǎn)工業(yè)硫酸而不再產(chǎn)生脫硫石膏，副產(chǎn)的硫酸可用于磷化工企業(yè)與磷礦石反應制造磷酸，從而減少用于生產(chǎn)工業(yè)硫酸的硫磺消耗。目前貴州省火電廠每年產(chǎn)生的脫硫石膏約為1 200萬噸，磷化工企業(yè)產(chǎn)生的磷石膏也約為1 200萬噸。煙氣脫硫技術替換后，原有脫硫石膏的使用途徑及使用量將被磷石膏替代。按貴州省2021年數(shù)據(jù)分析，脫硫石膏和磷石膏的綜合利用量達到1 500萬噸，該技術方案若能實施，每年除能夠完全消納新增磷石膏外，還能消納存量300萬噸。該模式推廣到全國范圍后，每年可減少約1億噸脫硫石膏的產(chǎn)生，除了能完全消納新增8 000萬噸磷石膏外，存量將會逐步減少直至不再堆存，徹底解決工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源綜合利用這一世界性難題。同時磷化工行業(yè)所需的硫酸完全可以由煙氣脫硫工藝提供，不需再進口硫磺，節(jié)省外匯的同時消除了脫硫石膏的產(chǎn)生。

5 結(jié)語與建議

工業(yè)副產(chǎn)石膏量大，末端處置與利用能耗大、成本高，如能從煙氣脫硫制硫酸與磷化工協(xié)同統(tǒng)籌考慮硫資源的利用，不但可減少工業(yè)副產(chǎn)石膏的產(chǎn)量，同時可減少甚至完全避免硫磺的進口與消耗，節(jié)省生產(chǎn)成本并減少工業(yè)副產(chǎn)石膏的處置成本，具有良好的經(jīng)濟性和社會效益。

建議參照貴州省磷化工行業(yè)磷石膏“以渣定產(chǎn)”工作推進措施，出臺燃煤電廠和磷化工企業(yè)在財稅政策方面、污染治理方面的經(jīng)濟政策，推動行業(yè)企業(yè)進行技術革新。職能部門應推動將活性焦煙氣脫硫工藝應用到大型火電機組，可首先在供煤可靠地區(qū)建設一個示范工程，為技術的進一步推廣應用積累建設和運行經(jīng)驗。同時，新、改、擴建項目尾氣治理不再采用石灰石脫硫工藝，推薦采用活性焦脫硫工藝。

從產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、財稅、技術研發(fā)方面，出臺相關政策，支持火電廠實施尾氣脫硫工藝技術改造，引導全行業(yè)從產(chǎn)生脫硫石膏到副產(chǎn)硫酸的轉(zhuǎn)變；配套政策支持磷化工行業(yè)完全消納火電廠副產(chǎn)硫酸，解決火電廠技改副產(chǎn)硫酸后的后顧之憂。不再建設任何新、改、擴建工業(yè)副產(chǎn)石膏堆放場所。同時，積極開展煙氣脫硫技術攻關，引進先進技術并通過消化吸收，對活性焦干法脫硫工藝進行技術和裝備國產(chǎn)化研發(fā)，實現(xiàn)裝備國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化。