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        淺析國外石膏發展與綜合利用

        2022-09-30

        國外石膏發展概況

        美國石膏行業

        美國是世界最大的石膏生產國之一,也是最大的石膏進口國之一,2015年總產量為2.69億噸,比2014年增長4.5%。其中90%用于生產紙面石膏板和石膏制品,剩下的應用于水泥緩凝劑和農業等。工業副產石膏的用量為1.15億噸,比2014年增長了4.5%,進口天然石膏0.39億噸,比2014年的0.37億噸增長了5.5%,其中絕大部分來自加拿大沿海各省,其它來自墨西哥和西班牙。

        美國石膏板的消費量與美國總體石膏消費有直接的關系。2015年美國石膏板的總消費量為20.4億平方米,相比于2014年的20.0億平方米增長了2.3%。在2011年至2015年之間,美國石膏板的產量從2011年的17億平方米以27.9%增長,之前由于經濟危機的影響,石膏板的產量跌到了一個最低點。盡管如此美國石膏板2015的生產水平,仍然遠低于2005年的33.44億平方米見圖1。

        2015年美國國內天然石膏產量為1.15億噸,相比于2014年的1.1億噸增長了4.5%。其中俄克拉何馬州、得克薩斯州、內華達州、堪薩斯州、艾奧瓦州、阿肯色州占總天然石膏產量的70%以上。如圖2顯示在美國天然石膏,工業副產石膏,建筑石膏的產量從1996年到現在的變化,美國工業副產石膏一直處于增長狀態,目前趨于穩定,美國天然石膏產量與建筑石膏產量之間存在密不可分的關系,二者到2011年都趨于穩定狀態。

         

        歐洲石膏行業

        歐洲目前的石膏工業增長率甚至高于北美。紙面石膏板在歐洲發展也很快,其中德國石膏板產量最大,其次是法國、英國、西班牙、斯堪的納維亞(半島)(瑞典、挪威、丹麥、冰島的泛稱)。盡管歐洲的石膏板工廠平均年產量只有2900萬平方米,由于政府嚴格推進建筑節能,促進了石膏板的消費,所有工廠的生產能力利用系數都高于90%。

        目前歐洲最大的石膏板廠家為德國的Knauf(可耐福),在全球60多個國家共有140多個生產廠。2013年公司營業額達到66億歐元。它的主要市場在西歐及東歐包括土耳其。近年來東歐、獨聯體國家及中國在公司業務發展中扮演了重要角色。自1998年以來,可耐福先后在中國的蕪湖、太倉、天津、東莞投資建設了4個石膏板生產基地,并通過15年來的努力經營,最終在中國高端石膏建材行業穩穩占據一席之地??赡透M瑫r也是干粉料制造商,年產400萬噸粉刷石膏、無水石膏和干粉砂漿。大約有三分之一的原材料是合成石膏。

        2010年德國全國石膏總產量達到950萬噸,其中天然石膏約435萬噸,脫硫石膏約470萬噸,其它化學石膏約45萬噸。用在石膏產品行業約813萬噸,用在水泥行業約137萬噸,這與我國將大部分石膏用于水泥緩凝劑這一情況恰恰相反。在綜合利用方面,約50%~55%采用脫硫石膏,天然石膏比重為45%左右。

         

        日本石膏行業

        日本天然石膏的儲量小,質量差,利用副產石膏的積極性很大。2014年日本石膏板產量為5.27億平方米,人均使用量約為4.2平方米/年,人均使用量在全球排名靠前(中國石膏板人均使用量約為1.5平面米/年)。日本于1901年開始在吉野礦山開始進行天然石膏礦的開采,1919年,3S石膏公司成立開始產生半水石膏。吉野公司于1922年開始生產石膏板。二戰期間,石膏產品的生產有所停滯,二戰后恢復生產。1959年開發磷石膏生產石膏板技術,1965年脫硫石膏開始應用于石膏板制造。1985年日本國內的天然石膏停止開采,原料主要以國內的化學副產石膏為主,不足部分依靠進口進行原料補充。1986年到1996年是日本石膏行業的黃金期,由于日本傳統的木質房屋結構很難達到防火要求,防火性能好的石膏產品的市場需求開始大幅增加。加之這個時期,日本的經濟正處于爆發時期,建筑市場需求旺盛。1996年后,隨著日本經濟增長速度的放緩,石膏板的產量也出現了下滑,并日趨穩定見圖3。

        經過長時間的發展,日本的石膏產業呈現專業化、規?;内厔?。石膏板的生產主要是吉野集團公司,其石膏板的銷售量占了日本市場的80%。而齒科用、工業用、陶瓷用的石膏產品等則主要有3S石膏公司、則武石膏公司、下村石膏公司等。

        日本石膏板產品的種類齊全,1995年之前,主要是普通石膏板、石膏條板和隔音石膏板。1995年之后,總產量下降的同時,產品開始多樣化,石膏條板逐漸退出歷史舞臺,裝飾石膏板、防潮石膏板、強化石膏板和硬質石膏板等發展迅速,同時石膏板的厚度也逐漸增厚,目前9.5mm和12.5mm厚的石膏板是主流產品。

         

        國外石膏綜合利用

        歐洲脫硫石膏綜合利用

        1992年歐洲18個國家的脫硫石膏的總產量僅是300余萬噸(主要生產國是德國),1999年增至760萬噸,2006年進一步增至1480萬噸(利用量約900萬噸,利用率為60.8%)。由于脫硫石膏的來源較廣、質量穩定、價格較低,也相應促進了歐洲石膏板制造業的發展。20世紀80年代初脫硫石膏在石膏板原料中的含量僅占4%,90年代增至19%,2000年增至44%,2010年則又進一步增至60%。

        由于歐盟對脫硫石膏有著嚴格的質量控制,明確了脫硫石膏是不必再經加工而可直接用于工業生產的副產品,并建立了使用脫硫石膏的申報制度,使此種副產石膏被大量用來替代天然石膏生產建材產品。目前歐洲天然石膏與脫硫石膏年耗用量之比大致是47%∶53%。圖4為2003年歐洲脫硫石膏應用領域。

        圖5為ECOBA(歐洲煤燃燒產品協會)公布的歐洲15個國家(EU-15)由1994年至2010年用硬質煤與褐煤作發電原料,各年度所產生的脫硫石膏量。該圖不包括東歐國家所產生的脫硫石膏量,實際上歐洲近幾年因若干東歐國家的燃煤電廠采用了脫硫裝置而使脫硫石膏的總產量有明顯增加,估計其總產量可達1500萬噸以上。

        圖6顯示2009年EU-15國脫硫石膏的使用情況,其總產量為1060萬t。由該圖可知,脫硫石膏主要用于建筑領域,占據總產量的76%,臨時存放量占9.1%,而用于礦山、礦井的修復量與廢棄量大致相當。

        在歐洲,原則上要求新建的石膏板廠應盡可能設于具有煙氣脫硫裝置的燃煤電廠附近,因可顯著降低運輸脫硫石膏的耗能,并減少對環境的影響,但其前提是建廠的周邊地區必須有一定的市場。實際上,仍然有不少石膏板廠是通過不同的交通工具(鐵路、船舶或貨車)將FGD石膏(脫硫石膏)運送到廠的。

         

        美國脫硫石膏綜合利用

        美國參照德國的經驗,某些大型燃煤電廠安裝煙氣脫硫裝置并收集脫硫石膏。1990年美國政府先后頒布了《凈化空氣法》和《州際凈化空氣的法規》,促使更多的燃煤電廠安裝煙氣脫硫裝置。2009年美國全國已有發電總量為1.6億KW的燃煤發電機組安裝了以石灰石/石灰-石膏脫硫為主體的裝備,90年代后期起,脫硫石膏在石膏板制造業中得到日益廣泛的應用,并由取代部分天然石膏發展到全部取代,從而導致若干石膏礦關閉和待建的石膏礦撤銷。

        2009年美國脫硫石膏的產量為1200萬噸,其中905萬噸得到使用,利用率達75.4%。由表中數字可知,脫硫石膏總量的90%用于生產石膏板。

        2015年全美脫硫石膏的產量將達到2000萬噸以上,對石膏板制造業而言有可能供大于求,因而必須考慮開拓脫硫石膏新的應用領域。美國在探索將脫硫石膏用于制造諸如石膏纖維板等新型產品、自流平石膏以及作為鋼結構的防火被覆層等。

         

        日本工業副產石膏綜合利用

        日本自1985年起,停止了天然石膏的開采,副產石膏成為了石膏產業的主要原料,形成了以石膏產業為中心的循環經濟模式。磷石膏、脫硫石膏等在副產石膏當中占有絕對比例。近年來隨著日本磷肥產量的下降,磷石膏的產生量逐年減少,如表1所示,脫硫石膏占原料的比例增加,不足部分,通過進口天然石膏進行補充。2014年日本產生磷石膏大約30萬噸,進口5萬噸磷石膏,大約有20萬噸磷石膏被吉野石膏綜合利用。2014年日本生產紙面石膏板各種原料當中磷石膏僅占總量的4%,2004年磷石膏占石膏板原料的比例為12%。

        日本磷石膏的排放標準按照日本磷肥企業的排放標準進行。日本紙面石膏板磷石膏摻量通常為20%,其中10%用中國磷礦石排放的磷石膏,10%用摩洛哥磷礦石排放的磷石膏。摩洛哥磷礦石放射性超標,從中國某地進口的磷礦石鉛、汞含量較高;兩者混摻使用,就能達到日本相關的標準要求。

        日本在環保方面形成了嚴格完善的法規體系。所有的磷肥廠在新建廠之前必須要在附近建設好磷石膏綜合利用生產線,廢棄物綜合利用優先,杜絕先污染后治理。日本磷肥企業內部也沒有磷石膏堆場。新產生的磷石膏同步通過輸送管道運送到石膏廠,經水洗除雜等工藝處理以后,直接用來生產紙面石膏板等。

        2008年日本石膏板制造業共耗用石膏原料403萬噸,其中68%為國內生產的以脫硫石膏為主的工業副產石膏,26%為進口的天然石膏(主要由澳大利亞與泰國進口),6%是廢石膏。相比于1989,1998年脫硫石膏用量得到大幅度的提升,其它副產石膏用量緩慢增長,天然石膏用量減少了一半,廢舊石膏用量增加了5%。而到2013年脫硫石膏與廢舊石膏用量變化不大,其它副產石膏用量下降,天然石膏用得到了提升,見圖8。

        2014年紙面石膏板原料當中天然石膏占36%,煙氣脫硫石膏占37%,廢舊石膏板占8%,其它工業副產石膏占19%見圖9。

        在日本,雖然禁止開采天然石膏礦,但是由于天然石膏幾乎不需用任何的預處理,而且其制品具有優異的性能,使其消費量仍然達到與脫硫石膏相當。

        小結

        (1)日本、美國以及歐洲地區人均石膏板使用量遠遠高于我國人均水平。我國石膏行業仍然存在較大發展空間。

        (2)在工業副產石膏綜合利用方面,歐美及日本注重環境保護,建立了嚴格完善的綜合利用體系,在新建磷肥廠或電廠之前必須在周邊提前建好工業副產石膏工業利用工廠,杜絕先污染后治理,這一點非常值得借鑒。

        (3)歐洲及美國不僅僅利用工業副產石膏大量生產紙面石膏板,還用于諸如自流平石膏、纖維石膏板、鋼結構的防火被覆層等新型產品等領域。我國應積極發展自流平石膏、纖維石膏板等在歐美已經大規模應用的成熟產品。

        (4)歐洲的新能源計劃將致使2050年煤所占能源份額降到最低點。在德國作為燃煤電廠副產品的脫硫石膏其2050年產量將僅為2010年的8%。屆時天然石膏需求量或將增大。

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