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数据

浅析国外石膏发展与综合利用

图1 1996~2015 美国石膏板消费情况

图3 1965~2014年日本石膏板消费量
图2 1996~2015年美国天然,副产和建筑石膏产量情况
图4 2003年欧洲脱硫石膏应用领域
图6 2009年EU-15所产生的FGD石膏的使用情况
图7 美国脱硫石膏的应用(2009年)
图8 日本石膏板生产原料变化
图9 2014年石膏板生产原料占比

图5 1994~2010年EU-15各年度产生的脱硫石膏量(ECOBA)

  ■杨再银张欢

  国外石膏发展概况

  美国石膏行业

  美国是世界最大的石膏生产国之一,也是最大的石膏进口国之一,2015年总产量为2.69亿吨,比2014年增长4.5%。其中90%用于生产纸面石膏板和石膏制品,剩下的应用于水泥缓凝剂和农业等。工业副产石膏的用量为1.15亿吨,比2014年增长了4.5%,进口天然石膏0.39亿吨,比2014年的0.37亿吨增长了5.5%,其中绝大部分来自加拿大沿海各省,其它来自墨西哥和西班牙。

  美国石膏板的消费量与美国总体石膏消费有直接的关系。2015年美国石膏板的总消费量为20.4亿平方米,相比于2014年的20.0亿平方米增长了2.3%。在2011年至2015年之间,美国石膏板的产量从2011年的17亿平方米以27.9%增长,之前由于经济危机的影响,石膏板的产量跌到了一个最低点。尽管如此美国石膏板2015的生产水平,仍然远低于2005年的33.44亿平方米见图1。

  2015年美国国内天然石膏产量为1.15亿吨,相比于2014年的1.1亿吨增长了4.5%。其中俄克拉何马州、得克萨斯州、内华达州、堪萨斯州、艾奥瓦州、阿肯色州占总天然石膏产量的70%以上。如图2显示在美国天然石膏,工业副产石膏,建筑石膏的产量从1996年到现在的变化,美国工业副产石膏一直处于增长状态,目前趋于稳定,美国天然石膏产量与建筑石膏产量之间存在密不可分的关系,二者到2011年都趋于稳定状态。

  欧洲石膏行业

  欧洲目前的石膏工业增长率甚至高于北美。纸面石膏板在欧洲发展也很快,其中德国石膏板产量最大,其次是法国、英国、西班牙、斯堪的纳维亚(半岛)(瑞典、挪威、丹麦、冰岛的泛称)。尽管欧洲的石膏板工厂平均年产量只有2900万平方米,由于政府严格推进建筑节能,促进了石膏板的消费,所有工厂的生产能力利用系数都高于90%。

  目前欧洲最大的石膏板厂家为德国的Knauf(可耐福),在全球60多个国家共有140多个生产厂。2013年公司营业额达到66亿欧元。它的主要市场在西欧及东欧包括土耳其。近年来东欧、独联体国家及中国在公司业务发展中扮演了重要角色。自1998年以来,可耐福先后在中国的芜湖、太仓、天津、东莞投资建设了4个石膏板生产基地,并通过15年来的努力经营,最终在中国高端石膏建材行业稳稳占据一席之地。可耐福同时也是干粉料制造商,年产400万吨粉刷石膏、无水石膏和干粉砂浆。大约有三分之一的原材料是合成石膏。

  2010年德国全国石膏总产量达到950万吨,其中天然石膏约435万吨,脱硫石膏约470万吨,其它化学石膏约45万吨。用在石膏产品行业约813万吨,用在水泥行业约137万吨,这与我国将大部分石膏用于水泥缓凝剂这一情况恰恰相反。在综合利用方面,约50%~55%采用脱硫石膏,天然石膏比重为45%左右。

  日本石膏行业

  日本天然石膏的储量小,质量差,利用副产石膏的积极性很大。2014年日本石膏板产量为5.27亿平方米,人均使用量约为4.2平方米/年,人均使用量在全球排名靠前(中国石膏板人均使用量约为1.5平面米/年)。日本于1901年开始在吉野矿山开始进行天然石膏矿的开采,1919年,3S石膏公司成立开始产生半水石膏。吉野公司于1922年开始生产石膏板。二战期间,石膏产品的生产有所停滞,二战后恢复生产。1959年开发磷石膏生产石膏板技术,1965年脱硫石膏开始应用于石膏板制造。1985年日本国内的天然石膏停止开采,原料主要以国内的化学副产石膏为主,不足部分依靠进口进行原料补充。1986年到1996年是日本石膏行业的黄金期,由于日本传统的木质房屋结构很难达到防火要求,防火性能好的石膏产品的市场需求开始大幅增加。加之这个时期,日本的经济正处于爆发时期,建筑市场需求旺盛。1996年后,随着日本经济增长速度的放缓,石膏板的产量也出现了下滑,并日趋稳定见图3。

  经过长时间的发展,日本的石膏产业呈现专业化、规模化的趋势。石膏板的生产主要是吉野集团公司,其石膏板的销售量占了日本市场的80%。而齿科用、工业用、陶瓷用的石膏产品等则主要有3S石膏公司、则武石膏公司、下村石膏公司等。

  日本石膏板产品的种类齐全,1995年之前,主要是普通石膏板、石膏条板和隔音石膏板。1995年之后,总产量下降的同时,产品开始多样化,石膏条板逐渐退出历史舞台,装饰石膏板、防潮石膏板、强化石膏板和硬质石膏板等发展迅速,同时石膏板的厚度也逐渐增厚,目前9.5mm和12.5mm厚的石膏板是主流产品。

  国外石膏综合利用

  欧洲脱硫石膏综合利用

  1992年欧洲18个国家的脱硫石膏的总产量仅是300余万吨(主要生产国是德国),1999年增至760万吨,2006年进一步增至1480万吨(利用量约900万吨,利用率为60.8%)。由于脱硫石膏的来源较广、质量稳定、价格较低,也相应促进了欧洲石膏板制造业的发展。20世纪80年代初脱硫石膏在石膏板原料中的含量仅占4%,90年代增至19%,2000年增至44%,2010年则又进一步增至60%。

  由于欧盟对脱硫石膏有着严格的质量控制,明确了脱硫石膏是不必再经加工而可直接用于工业生产的副产品,并建立了使用脱硫石膏的申报制度,使此种副产石膏被大量用来替代天然石膏生产建材产品。目前欧洲天然石膏与脱硫石膏年耗用量之比大致是47%∶53%。图4为2003年欧洲脱硫石膏应用领域。

  图5为ECOBA(欧洲煤燃烧产品协会)公布的欧洲15个国家(EU-15)由1994年至2010年用硬质煤与褐煤作发电原料,各年度所产生的脱硫石膏量。该图不包括东欧国家所产生的脱硫石膏量,实际上欧洲近几年因若干东欧国家的燃煤电厂采用了脱硫装置而使脱硫石膏的总产量有明显增加,估计其总产量可达1500万吨以上。

  图6显示2009年EU-15国脱硫石膏的使用情况,其总产量为1060万t。由该图可知,脱硫石膏主要用于建筑领域,占据总产量的76%,临时存放量占9.1%,而用于矿山、矿井的修复量与废弃量大致相当。

  在欧洲,原则上要求新建的石膏板厂应尽可能设于具有烟气脱硫装置的燃煤电厂附近,因可显著降低运输脱硫石膏的耗能,并减少对环境的影响,但其前提是建厂的周边地区必须有一定的市场。实际上,仍然有不少石膏板厂是通过不同的交通工具(铁路、船舶或货车)将FGD石膏(脱硫石膏)运送到厂的。

  美国脱硫石膏综合利用

  美国参照德国的经验,某些大型燃煤电厂安装烟气脱硫装置并收集脱硫石膏。1990年美国政府先后颁布了《净化空气法》和《州际净化空气的法规》,促使更多的燃煤电厂安装烟气脱硫装置。2009年美国全国已有发电总量为1.6亿KW的燃煤发电机组安装了以石灰石/石灰-石膏脱硫为主体的装备,90年代后期起,脱硫石膏在石膏板制造业中得到日益广泛的应用,并由取代部分天然石膏发展到全部取代,从而导致若干石膏矿关闭和待建的石膏矿撤销。

  2009年美国脱硫石膏的产量为1200万吨,其中905万吨得到使用,利用率达75.4%。由表中数字可知,脱硫石膏总量的90%用于生产石膏板。

  2015年全美脱硫石膏的产量将达到2000万吨以上,对石膏板制造业而言有可能供大于求,因而必须考虑开拓脱硫石膏新的应用领域。美国在探索将脱硫石膏用于制造诸如石膏纤维板等新型产品、自流平石膏以及作为钢结构的防火被覆层等。

  日本工业副产石膏综合利用

  日本自1985年起,停止了天然石膏的开采,副产石膏成为了石膏产业的主要原料,形成了以石膏产业为中心的循环经济模式。磷石膏、脱硫石膏等在副产石膏当中占有绝对比例。近年来随着日本磷肥产量的下降,磷石膏的产生量逐年减少,如表1所示,脱硫石膏占原料的比例增加,不足部分,通过进口天然石膏进行补充。2014年日本产生磷石膏大约30万吨,进口5万吨磷石膏,大约有20万吨磷石膏被吉野石膏综合利用。2014年日本生产纸面石膏板各种原料当中磷石膏仅占总量的4%,2004年磷石膏占石膏板原料的比例为12%。

  日本磷石膏的排放标准按照日本磷肥企业的排放标准进行。日本纸面石膏板磷石膏掺量通常为20%,其中10%用中国磷矿石排放的磷石膏,10%用摩洛哥磷矿石排放的磷石膏。摩洛哥磷矿石放射性超标,从中国某地进口的磷矿石铅、汞含量较高;两者混掺使用,就能达到日本相关的标准要求。

  日本在环保方面形成了严格完善的法规体系。所有的磷肥厂在新建厂之前必须要在附近建设好磷石膏综合利用生产线,废弃物综合利用优先,杜绝先污染后治理。日本磷肥企业内部也没有磷石膏堆场。新产生的磷石膏同步通过输送管道运送到石膏厂,经水洗除杂等工艺处理以后,直接用来生产纸面石膏板等。

  2008年日本石膏板制造业共耗用石膏原料403万吨,其中68%为国内生产的以脱硫石膏为主的工业副产石膏,26%为进口的天然石膏(主要由澳大利亚与泰国进口),6%是废石膏。相比于1989,1998年脱硫石膏用量得到大幅度的提升,其它副产石膏用量缓慢增长,天然石膏用量减少了一半,废旧石膏用量增加了5%。而到2013年脱硫石膏与废旧石膏用量变化不大,其它副产石膏用量下降,天然石膏用得到了提升,见图8。

  2014年纸面石膏板原料当中天然石膏占36%,烟气脱硫石膏占37%,废旧石膏板占8%,其它工业副产石膏占19%见图9。

  在日本,虽然禁止开采天然石膏矿,但是由于天然石膏几乎不需用任何的预处理,而且其制品具有优异的性能,使其消费量仍然达到与脱硫石膏相当。

  小结

  (1)日本、美国以及欧洲地区人均石膏板使用量远远高于我国人均水平。我国石膏行业仍然存在较大发展空间。

  (2)在工业副产石膏综合利用方面,欧美及日本注重环境保护,建立了严格完善的综合利用体系,在新建磷肥厂或电厂之前必须在周边提前建好工业副产石膏工业利用工厂,杜绝先污染后治理,这一点非常值得借鉴。

  (3)欧洲及美国不仅仅利用工业副产石膏大量生产纸面石膏板,还用于诸如自流平石膏、纤维石膏板、钢结构的防火被覆层等新型产品等领域。我国应积极发展自流平石膏、纤维石膏板等在欧美已经大规模应用的成熟产品。

  (4)欧洲的新能源计划将致使2050年煤所占能源份额降到最低点。在德国作为燃煤电厂副产品的脱硫石膏其2050年产量将仅为2010年的8%。届时天然石膏需求量或将增大。

  (作者单位:中国建材联合会石膏建材分会)

 

责编:丁涛