（材料学专业论文）工业副产石膏资源化处理.pdf

_w，：ij，i ；!| b e ( j i n a nu n i v e r s i t y ) 2 0 0 2 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g i n m a t e r i a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g i n t h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rs h iz o n g l i m a y , 2 0 0 7 9 l iill ，jfff 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果e h - * 人承担。 名川刁、彰马吼中用) 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密画，在三年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 储虢弘冉 导师签名：卿 甚期：f 年了目1 | b 日期：瑚7 年f 月吖日 _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 。1 。- 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 。_ - 。1 。 硕七学位论文 摘要 工业副产石膏是化学工业或其它工业生产中产生的以硫酸钙为主要成分的工 业废料，堆放这些废料不仅占用大量土地，而且污染环境和地下水资源。因此工 业副产石膏的治理和资源化是保护环境、实现可持续发展的重要课题之一。 本文对磷石膏、脱硫石膏制备建筑石膏的技术和工艺进行了系统的研究，包 括石膏一矿渣复合胶凝材料的微结构、性能和水化机制以及养护工艺制度对石膏 基复合胶凝材料力学性能的影响规律。结果表明： ( 1 ) 采用生石灰中和预处理磷石膏技术，在适宜工艺制度下所得建筑石膏性 能稳定，可达g b 9 7 7 6 8 8 优等品要求。 ( 2 ) 研究了减水剂对脱硫石膏力学性能的影响。结果表明脱硫石膏强度随着减 水剂掺量的增加呈先升高后降低的趋势。d 萘磺酸甲醛缩合物( f d n ) 掺量在 0 4 时，脱硫石膏材料的性能最为理想，可获得6 2 7 m p a 的抗压强度、3 5 9 m p a 的抗折强度和o 7 6 的软化系数。 ( 3 ) 复合碱性激发剂等有效激发了石膏基复合材料的活性，提高了复合材料 的强度。矿渣掺量为3 0 ，复合碱性激发剂7 时复合材料的抗压强度达 1 3 9 5 m p a ，软化系数为0 7 2 ；珍珠岩的掺量8 时，表观密度为o 8 0 9 c m 3 ，符合 新型轻质保温绝热建筑材料的要求。 ( 4 ) 结合生产实际，探索了不同养护制度对石膏基复合材料性能的影响规律， 结果表明7 0 下湿热6 h 再干热养护是石膏基复合材料的最佳工业养护方式，2 4 h 可获得5 1 6 m p a 的抗压强度和0 9 6 的软化系数。 关键词：磷石膏脱硫石膏复合材料养护制度减水剂绿色墙材 i i t 业副产石膏资源化处理及其应用研究 a b s t r a c t c h e m i c a lg y p s u mi s b y p r o d u c t o fc h e m i c a lo ro t h e r i n d u s t r ym a n u f a c t u r e i t b r o a d l ye x i s t si nt h em a i nc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fc a l c i u ms u l f a t e i tm a yo c c u p yt h e s o i la n de n v i r o n m e n tb e c a u s ec h e m i c a lg y p s u mh a saf e wi m p u r i t i e s ，s ot h ed i s p o s a l a n dr e c y c l i n go fc h e m i c a lg y p s u mi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt h i n g st o p r o t e c t e n v i r o n m e n tp r o d u c t i o na n dc o n t i n u i n gd e v e l o p m e n t s o m et e c h n o l o g i e sa n dp r o g r a m sf o rt h eg y p s u mb i n d e rm a t e r i a lp r e p a r a t i o nw e r e i n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l y ，i n c l u d i n g t h e g y p s u m c l a gc o m p o s i t eg u mm a t e r i a l m i c r o s t r u c t u r e ，t h em a t e r i a lp r o p e r t i e s ，t h eh y d r a t i o nm e c h a n i s ma n dc u r i n gr e g i m e s o fd i f f e r e n ts y s t e m s t h er e s u l t si n d i c a t e db e l o w ： ( 1 ) w h e np h o s p h o g y p s u mi s n e u t r a l i z e dp r e t r e a t m e n tw i t hp r o p e rl i m ea n df i t p r o g r a m ，h i g hq u a l i t yb u i l d i n gg y p s u mc a na c h i e v et h a t a c c o r dw i t ha l lt h e r e q u i r e m e n t sa c c o r d i n gt og b 9 7 7 6 8 8 ( 2 ) t h ep a p e ra l s ow o r k so v e rt h ew a t e rr e d u c e rt ot h ed e s u l p h o g y p s u mb i n d e r m e c h a n i c a lp r o p e r t y i ti n d i c a t et h a tw a t e rr e d u c e rh a sm i n o ri n f l u e n c eo ni t s m i c r o g r a p h w i t ht h er i s eo fw a t e rr e d u c e r ，t h es t r e n g t ho fd e s u l p h o g y p s u mb i n d e r - 一 s h o wt h et r e n di n c r e a s ef i r s tt h e nd e c r e a s ea f t e rm a x i m u m t h eo p t i m a la d d i t i o no f f n di s4 ，a n dt h ed e s u l p h o g y p s u mb i n d e rc a na c h i e v ead r y ( c o m p r e s s i v e b e n d i n g ) s t r e n g t ho f6 2 7 m p a 3 5 9 m p aa n das o f t e n i n gc o e f f i c i e n to f0 7 6 t h ei n c r e a s eo f s t r e n g t hi sar e s u l to fd e c r e a s eo fw a t e rr e d u c e ru s e d ( 3 ) t h es l a ga n da l k a l ih a v ea ne f f e c t i v ea c t i v a t i o no nt h eb i n d e r i ng y p s u mb i n d e r ， t h eo p t i m a la d d i t i o no fs l a gi s3 0 w i t hm a x i m u ma d d i t i o n7 a l k a l ia c t i v a t o r i tc a n a c h i e v ead r yc o m p r e s s i v es t r e n g t ho f1 3 9 5 m p aa n das o f t e n i n gc o e f f i c i e n to f0 7 2 a n o t h e r8 e x p a n d e dp e a r l t t ec a n h e l pb i n d e rg e tad e n s i t yo f0 8 0 9 c m 3a n do b t a i n g o o dp r o p e r t i e so fs o u n di n s u l a t i o na n dh e a ti n s u l a t i o n ( 4 ) b a s e do nt h et r i a lw o r k ，t h er e s e a r c hh a sc o n d u c t e dt od e t e c tt h ei n f l u e n c eo f b i n d e rm a t e r i a lu n d e rd i f f e r e n tc u r i n gr e g i m e s w e t a i rt h e nh o tc u r i n gi n7 0 i st h e o p t i m a li n d u s t r i a lc u r i n gm o d e i tc a na c h i e v ead r yc o m p r e s s i v es t r e n g t ho f5 16 m p a a n das o f t e n i n gc o e m c i e n to f0 9 6 k e yw o r d s ：p h o s p h o r g y p s u m ；d e s u l p h o g y p s u m ；c o m p o s i t e s ；a l k a l ia c t i v a t o r ；c u r i n g r e g i m e s ；w a t e rr e d u c e r ；g r e e nw a l l i n gm a t e r i a l i l l 目录 学位论文原创性声明i 摘要i l a b s t r a c t 1 l i 第1 章绪论1 1 1 石膏的特性与用途一l 1 1 1 我国石膏资源的分布1 1 1 2 石膏的多相性2 1 1 3 石膏的优良使用性能一4 1 1 4 石膏的应用5 1 2 研究开发石膏绿色墙材6 1 2 1 国家对发展新型墙材的相关政策6 1 2 2 新型绿色墙体材料的发展现状与趋势8 1 2 3 石膏材料在新型绿色墙材中的应用1 0 1 3 工业副产石膏的资源化处理现状1 1 1 3 1 磷石膏的资源化处理现状1 2 1 3 2 脱硫石膏的资源化处理现状1 5 1 3 3 我国其它工业副产石膏资源化处理现状2 0 1 4 本文工作的提出2 3 第2 章实验部分2 5 2 1 原材料2 5 2 1 1 磷石膏2 5 2 1 2 脱硫石膏2 5 2 1 3 矿渣2 6 2 1 4 生石灰一2 7 2 1 5 水泥2 7 2 1 6 减水剂2 8 2 1 7 膨胀珍珠岩2 8 2 2 试验方法2 9 2 2 1 复合材料制备一2 9 2 2 2 复合材料养护2 9 2 2 3 测试方法3 0 第3 章磷石膏制备建筑石膏材料研究3 3 i v 工业副产石膏资源化处理及其应用研究 3 1 磷石膏的特性3 3 3 1 1 磷石膏的来源3 3 3 1 2 磷石膏的杂质3 3 3 2 磷石膏的预处理3 4 3 3 磷石膏制备建筑石膏3 5 3 3 1 生石灰含量的确定3 6 3 3 2 陈化时间的选择3 7 3 3 3 煅烧温度的确定3 8 3 3 4 建筑石膏的性能一3 9 3 3 5 预处理对磷石膏相结构的影响4 0 本章小结4 1 第4 章减水剂对脱硫石膏的改性研究4 2 4 1 脱硫石膏的特性4 2 4 1 1 脱硫石膏的来源4 2 4 1 2 脱硫石膏的特征4 3 4 2 减水剂对脱硫石膏的改性4 3 4 2 1 脱硫石膏料的物理力学性能4 4 4 2 2 减水剂改性脱硫石膏4 5 4 2 3 减水剂对脱硫石膏微观形貌的影响4 8 本章小结一4 9 第5 章工业副产石膏基复合材料。5 0 5 1 石膏基复合材料的物理力学性能5 0 5 1 1 石膏复合材料配比的确定5 0 5 1 2 碱性激发剂对复合材料物理力学性能的影响5 l 5 1 3 膨胀珍珠岩对复合材料物理力学性能的影响5 3 5 1 4 耐久性研究5 4 5 2 石膏基复合材料养护制度的探索5 6 5 2 1 养护制度的比较一5 6 5 2 2 养护温度和时间的确定5 7 5 2 3 不同养护条件下的形貌分析5 9 5 3 石膏基复合材料水化机理一6 1 5 4 石膏基绿色墙材丌发研究6 5 本章小结一6 7 l i 论6 8 参考文献7 0 v 硕士学位论文 附录。7 4 致谢7 5 v i f 1 硕+ 学位论文 1 1 石膏的特性与用途 第1 章绪论 1 1 1 我国石膏资源的分布 石膏是人类最早使用的胶凝材料之一，早在公元前几千年，人类就已经学会 了利用石膏，石膏的应用为人类的古文明做出了不朽的贡献。 我国石膏矿产储量极其丰富，已探明储量5 7 4 亿吨【2 】，居世界各国之首，遍 布全国2 3 个省、市、自治区，其中储量超过1 0 亿吨的有9 个省、市、自治区， 依次是：山东( 3 7 5 1 7 亿吨) 、内蒙古( 3 4 5 3 亿吨) 、青海( 2 6 8 2 亿吨) 、湖南 ( 2 4 7 4 亿吨) 、湖北( 1 5 7 5 亿吨) 、宁夏( 15 7 7 亿吨) 、西藏( 1 2 2 0 亿吨) 、安 徽( 1 1 7 4 亿吨) 、江苏( 1 1 0 3 亿吨) ，石膏资源比较贫乏的是东北和华东地区。 我国石膏资源分布图如图1 1 所示。 e l - 华人民共和同矿产资源分布示意图 瑚s 膳r c h 姒po f 瑚暇池r 璐o 豫晚d l s t r i b u n o no fp _ e 饵撇 t 。吨o “” k * ! ，。”“” 织缀乳，移牛瓿撼 l t 麓弘t 霉 和笼舰黼 一，穰鼙口- i j 图1 1 我国石膏资源分布示意图 我国石膏资源虽然储量较大，但优质石膏资源的量很少，主要是普通石膏和 硬石膏，硬石膏占石膏总量的6 0 以上，我国同时又是石膏质量的穷国，优质石 膏资源仅占资源总量的8 。如表1 1 所示。 州k 副产千i 膏资源化处理及其麻刚研究 表1 1 中国石膏矿石不同品级的储量及所占百分比 我国已经探明的石膏和硬石膏储量中，品位在“6 5 7 5 ”的最多，储量分别为 1 2 9 亿吨和3 0 9 亿吨，分别占已探明储量的6 5 和8 4 ；高品位( 9 5 ) 的最少， 储量分别为3 亿吨和4 亿吨，分别占已探明储量的2 和1 。在我国已利用和可供 近期利用的矿产石膏和硬石膏中，石膏以品位为6 5 7 5 最多，达7 4 亿吨( 占5 6 ) ； 其次为品位7 5 8 5 ，达4 4 亿吨( 占3 3 ) ；硬石膏以品位8 5 9 5 最多，达2 6 亿吨 ( 占7 5 ) ，其次为 6 5 品位，为4 亿吨( 占9 ) 。 在实际生产中，能够开采并有效利用的优质二水石膏资源已经很少。而随着 石膏胶凝材料及其制品作为新型绿色墙材主导产品的快速发展，对石膏的需求同 益增大，使得石膏工业的发展前景十分广阔。为了拓展石膏资源及实现可持续发 展，工业副产石膏的利用摆到人们面前。 1 1 2 石膏的多相性 天然石膏主要以天然二水石膏和天然无水石膏形式存在，广泛地分布在地球 的表面。二水石膏在常温条件下是稳定相，但是在加热时能部分或全部脱去结晶 水，根据不同条件，会得到各种半水和无水石膏变体，它们具有不同的结构和性 能，由图1 2 所示【3 1 ，这些现象被称为石膏的脱水和水化，是石膏工业的工艺基 础。 二水石膏 ( c a s 0 2 h 2 0 ) l l 肚1 7 0 弋b a 半水石膏z q 咝! ! ；q - c a s o ( - i 2 h 2 0 ) ( p 半水石膏踅坐攀b = c a , s o ( l 2 h 2 0 ) ( ( c a s 0 4i ) 图i 2c a s o 一h z 0 的各相之间相互转化关系 i i ) 在干燥空气中加热至11 0 1 7 0 ，脱水而得到的b 半水石膏，是普通建筑石膏 的主要组分，而在温度为1 2 0 1 4 0 ，饱和蒸汽压力和有液态水存在的条件下进 行热处理得到的i f , 半水石膏是高强建筑石膏的主要组分。对于各种变体的转化温 度以及无水石膏i 、i i 、i i i 型的划分，国内外文献上的论点也不完全一致，也有人 认为二水石膏转化为p 半水石膏的温度为1 0 7 1 7 0 【3 1 。d 、0 【半水石膏在结构与性 能上有显著差异【3 ，4 1 ，见表1 2 。 表1 2 p 、a 半水石膏比较 种类b - 半水石膏a - 半水石膏 宏观标稠用水量( ) 物理凝结时i 司( m i n ) 性能抗压强度( m p a ) 脱水条件 脱水机理 2 5 水化热 晶体形状大小 x 射线图谱 硬化体强度 生产成本 6 0 8 0 7 1 2 7 o 1 2 o 4 0 5 0 1 7 2 0 2 4 0 4 0 0 干燥条件常压脱水加压蒸汽 以干蒸汽状态蒸发，有晶格变化溶解析晶机理，排除液态水 4 6 0 0c a l m 0 14l0 0 c a l m o l 与脱水前形貌有关， 多为不规则小晶体颗粒 特征峰值较弱 低 低 短柱状的粗大晶体颗粒 特征峰值强 商 局 在c a s 0 4 h 2 0 系统的五个相中，二水石膏、半水石膏和无水石膏i i 、i 四 个相能够在常温条件下存在。在建筑材料工业中用量最大的是半水石膏，要获得 稳定的单一相组成的半水石膏必须要严格的参数控制和较长的煅烧时间，在实际 t 业副产石膏资源化处理及其应用研究 的工业生产过程中，人们总是希望用最低的能耗和尽可能短的时间来完成脱水过 程，所以石膏工业的实际脱水温度远比理论转化温度高得多；我们所获得的产品 通常是c a s 0 4 一h 2 0 系统的各相多变体混合物，它们通常被称为熟石膏或烧石膏， 以b 、仅半水石膏为主要组成相。从上表1 2 的比较可以看出，p 半水石膏比 a 半水石膏水化速度较快，水化热高，需水量大，硬化体的强度较低。但是由于 d 半水石膏易于生产，设备简单，还具有很多其他优良性能，本文中将具体介绍 d 半水石膏的应用。 1 1 3 石膏的优良使用性能 石膏是绿色环保材料，石膏制品更是具有明显的节能效果，生产能耗和使用 能耗都非常低。石膏用做建筑材料或建材制品有如下突出优点和比较优势1 3 5 , 6 1 ： ( 1 ) 在建筑业广泛使用的水泥、石灰、石膏三大复合材料中石膏的生产能耗 最低。水泥、石灰、石膏生成最终产物的焙烧温度分别为1 4 5 0 ，8 5 0 - 9 5 0 ， 1 7 0 。石膏的生产能耗仅为水泥的1 4 ，石灰的1 3 。 ( 2 ) 建筑石膏的烧成、石膏制品的生产和应用过程中不排放废渣、废水和对 人体有害的物质，仅排出水蒸汽和一定粉尘。材料在使用后可回收再利用，不产 生废料，不增加环境负荷。 ( 3 ) 建筑石膏是不燃材料，在发生火灾时其所含的结晶水分解产生大量水蒸 汽，有效地防止火的蔓延。在石膏中结晶水分解完后，受体的温度才从1 4 0 丌 始继续上升，二水硫酸钙中结晶水分解速度每l5 m i n 为6 m m ，对8 c m 厚的制品 其耐火等级在4 h 以上。而且石膏在受火时不易产生崩裂。制品厚度愈大，其防火 性能愈好。 ( 4 ) 凝结硬化快。建筑石膏的初凝时间不小于6 m i n ，终凝时间不大于3 0 m i n ， 一周左右完全硬化，生产周期短，易实现大规模的生产。 ( 5 ) 制品的内部由于孔隙率高，它的隔热性和吸音性能良好，其导热系数一般 为o 1 2 l o 2 0 5 w ( m k ) 。 ( 6 ) 制品的膨胀系数小，一般为o 0 5 o 1 5 。这种微膨胀性可使硬化体表面 光滑饱满，干燥不开裂。 ( 7 ) 绿色保健产品。石膏的化学性质稳定，不会产生任何有害有毒物质，而 且含有大量的有益于人体健康的钙离子，可食用、可药用，并有吸收电磁波的作 用。 ( 8 ) 特殊的“呼吸”功能。所谓石膏的“呼吸”功能是指对它的吸湿解潮行为的一 种现象描述。由于石膏硬化体具有微孑l 结构，在环境空气的相对湿度较大时可以 吸收水分，而当环境空气的相对湿度降至6 0 以下时，制品中所吸收的水分又可 自然地释放出来，这种“呼吸”功能的最大特点，是能够自动调节居住及工作环境 硕十学位论文 的湿度，创造舒适的居住环境。 ( 9 ) 石膏建材制品生产速度快，施工效率高，基本上属于干作业。由于制品 尺寸精度高，墙面不用抹灰，只需刮一层薄薄的腻子找平即可，不像水泥砂浆面 层需等2 8 天后才能进行装饰。另外再加工再制作功能好，可锯、可钉、可刨。 可以说石膏建材制品是能真正实现清洁生产标准的绿色建材、生态建材、环 保建材，是可以实现持续发展的，安全、舒适、环保的高性能建材制品。 当然，石膏材料也有不足。一般石膏材料的强度不高，不宜用作承重结构构 件。另外，因二水石膏的溶解度较大( 2 0 时为2 0 8 9 1 ) ，且其结晶接触点更易溶 于水，故石膏制品的耐水性一般较差，不经改性处理的建筑石膏硬化体的软化系 数约为0 2 5 ，极大地限制了石膏制品的使用范围。但许多研究者在改善石膏耐水 性方面已取得一定突破【7 ，引。 1 1 4 石膏的应用 石膏在世界的每一个洲都有发现，是应用最广泛的材料之一。 国外欧美发达国家8 0 左右的石膏用于建筑制品，水泥工业用量仅占 1 5 - 2 0 。而我国石膏的消费结构中，8 0 用于水泥工业作水泥缓凝剂，1 5 用于 农业、医用、化工等，用于生产和加工建筑石膏制品的仅占5 左右【9 1 。2 0 0 3 年 全球石膏在主要应用领域的用量及其所占比例参见表1 3 所示。 表1 32 0 0 3 年全球石膏在主要应用领域的用量及其所占比例 由表1 3 可知，全球石膏的主要应用领域是在建材工业中用于水泥及石膏板 和石膏灰泥，约占9 0 左右。在水泥工业中，石膏主要用作水泥的缓凝剂，其掺 量一般为2 5 。我国年产水泥5 亿多吨，用作水泥缓凝剂的石膏用量约为2 0 0 0 万吨。以石膏为主要原料生产的石膏制品有纸面石膏板、石膏砌块、石膏条块、 纤维石膏板、石膏刨花板、石膏装饰板等。工业发达国家都非常重视纸面石膏板 的生产与应用，其中以美国、日本和加拿大的产量最大，美国年产量2 0 亿m 2 以 上，日本6 亿m 2 ，世界总产量4 0 亿m 2 。纸面石膏板在我国经过十多年的发展， 目前年产量己达8 0 0 0 万m 2 ，年产2 0 0 0 万m 2 的生产线6 条，年产4 0 0 万m 2 以上 生产线2 4 条，在建的4 0 0 万m 2 以上生产线1 l 条，全国纸面石膏板总的设计生产 t 业副产石膏资源化处理及其应川研究 能力达到3 5 4 0 亿m 2 。八十年代，法国石膏砌块年产量大于1 7 0 0 万m 2 ，原西 德年产量大于6 0 0 力m 2 ，伊朗、西班牙、比利时、荷兰等国的年产量均超过3 0 0 万m 2 。我国石膏砌块的研究应用起步较晚，目前年生产能力不到1 0 0 万m 2 ，生 产规模及工艺装备水平与世界先进水平仍有很大差距。7 0 年代末，日本研制出了 一种新型石膏板一“埃特利特”，此板是以二水石膏和矿渣为主要原料，加入纤维 增强材料，采取抄取方式成型的石膏矿渣板。目前在日本广泛用作内外隔墙材料， 在许多国家己获专利，并进行大量生产，我国许多城市的大型工程也已采用。 在工业发达国家，粉刷石膏的研究、生产、应用已进入成熟阶段，制订了完 善的产品质量标准和施工规范，形成了大生产体系。日本在原材料方面首创利用 化工副产石膏生产粉刷石膏的新途径。我国经近二十年的攻关研究，粉刷石膏已 有小批量生产，其优良的材料性能己逐渐被人们所接受。在石膏中掺入活性混合 材等可制成复合材料，既保持了石膏的优良材性，又能显著改善其耐水性，提高 后期强度。 另外，石膏在采矿业可以被用作矿化剂；在农业上，可用来改良土壤；还被 用作造纸和涂料的填料；在模型制造、工艺美术与医疗方面，应用a 半水石膏或 与d 半水石膏的混合物制造模型与模具，在七十年代以前，这是我国熟石膏的最 大市场；在饮食业上，石膏作为凝胶沉淀的晶核，被用于制作豆腐等；石膏还可 掺入饮料，特别是酒中，用来调节水的硬度。 1 2 研究开发石膏绿色墙材 绿色产业已成为各国共同发展的目标，并已在世界范围内形成了蓬勃发展的 势头，绿色建材也不例外。绿色建材，又称生态建材、环保建材和健康建材，是 新世纪建筑、建材发展的客观要求。绿色建材是指建材产品在生产过程中，能源 和物质的投入、废物和污染物排放都减少到最低限度，制造过程中的副产物能重 新利用，产品不污染环境，并可回收利用，在产品的使用过程中符合生态平衡原 则和保障人体健康。墙体材料是建筑建材的关键产品和原料，是建材体系的主体 材料。发展绿色建材首先必须重视墙体材料的绿色化。 1 2 1 国家对发展新型墙材的相关政策 2 0 世纪7 0 年代术期原建材部就提出进行墙体材料改革，禁止生产和使用实心 粘土砖，发展新型墙体材料。为促进墙体材料结构调整和技术进步，提高建筑工 程质量和改善建筑功能，“十五”期间，国家出台了一系列政策【l 叽1 4 】。对新型墙体 材料的发展和结构调整重点作了明确规定，即“发展新型墙体材料，促进经济与资 源、环境协调发展”。1 9 9 1 年两部两局召开了“全国墙体材料革新与建筑节能工作 会议”，1 9 9 2 年国务院下发了6 6 号文件，并进行相关问题的立法工作。全国各省、 市、区先后颁布了2 0 0 多项地方政策法规，甚至成立了墙体材料改革办公室等专门 部门进行负责。国家发展与改革委员会、国土资源部、建设部、农业部联合下发 文件关于印发进一步做好禁止使用实心粘土砖工作的意见的通知( 发改坏资 2 0 0 4 1 2 4 9 号) ，进一步对“禁实”与“禁粘”问题作了充分的规定与说明。另外，国 家财政部、国家税务总局又与l9 9 5 年、1 9 9 6 年、2 0 0 1 年、2 0 0 4 年分别陆续下发关 于部分资源综合利用产品免征增值税的通知，部分新型墙体材料产品实行增值税 免税或应纳税额减半征收的政策，促进了工业废弃物与秸秆综合利用、生活垃圾 与城市污泥资源化进程。l9 9 9 年国务院办公厅颁发了关于推进住宅产业现代化， 提高住宅质量的若干意见，将发展节能建筑作为我国现代化建设的一次重大战略 加以实施。国家建设部2 0 0 0 年初发布的民用建筑节能管理规定进一步明确了 节能建筑推广范围、时间、措施。2 0 0 6 年9 月1 0 日国务院办公厅发布了关于进一 步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知。目前各地在“两禁“实心粘土砖，推 进建筑节能和墙体改革的进程中，都在努力寻求非粘土质新型墙体材料，建筑市 场呼唤技术经济性能更好的新型墙体材料的出现。世界其他国家也纷纷制定了相 应的政策法规。如美国制定了新建筑节能设计和评价标准，德国颁布了建筑法， 瑞典实行了强制性节能法规，日本制定了能源法，法国制定了住宅经济使用能源 设计规范等。这些限制性或强制性法规为新型墙体材料的发展注入了活力。 国家除发布禁止使用实心粘土砖的一系列政策外，还发布了大力发展优质环一 保建材的政策法规，支持和鼓励新型墙体材料的发展。例如： 中华人民共和国国务院1 9 9 1 年第8 2 号令中华人民共和国固定资产方向 调节税暂行条例中规定固定资产投资方向调节税税率为0 的投资项目：“新 型墙体材料”；利用工业废渣生产的建材产品；治理污染、保护环境和节能项 目。 2 0 0 1 年财政部、国家税务总局以财税 2 0 0 1 】1 9 8 号文下发了财政部国家 税务总局关于部分资源综合利用及其他产品增值税政策问题的通知，通知中明文 规定“自2 0 0 1 年1 月1 日起对下列货物实行按增值税应纳税额减半征收税收的政 策”，石膏墙板( 包括纸面石膏板、石膏纤维板、石膏空心条板) 列入享受税收政 策新型墙体材料目录。 1 9 9 4 年财政部、国家税务总局以财税 1 9 9 4 】1 号文下发了财政部国家税 务总局关于企业所得税若干优惠政策的通知，通知中明文规定“企业利用废水、 废气、废渣等废弃物为主要原料进行生产的，可在5 年内减征或者免征所得税”， “企业利用本企业之外的大宗煤矸石、炉渣、粉煤灰生产建材产品的所得，自生产 经营之日起免征所得税5 年”。 国发 1 9 9 7 1 3 7 号国务院关于调整进口设备税收政策的通知中指出：为 进一步扩大利用外资，引进国外的先进技术和设备，促进产业结构调整和技术进 k 副产彳i 膏资源化处理及其应用研究 步，保持国民经济持续、稳定发展，国务院决定，自1 9 9 8 年1 月1 日起，对国家 鼓励发展的国内投资项目和外商投资项目进口设备，在规定范围内，免征关税和 进口环节增值税。项目符合国家当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术的 目录十八条建材中新型墙体材料。 1 2 2 新型绿色墙体材料的发展现状与趋势 目前在中国的经济建设中，房地产业已经成为国民经济的支柱产业。但是， 住宅建设仍处在粗放型生产阶段，集约化程度低，建设技术落后，劳动生产率低。 与国外相比，中国住宅建设的劳动效率只相当于发达国家的1 5 左右。为此，国 家十分重视并已提出要加快实现住宅产业现代化，提高住宅建设质量和住宅建设 效益的目标和措施。 实现住宅产业现代化的根本出路在于技术创新，尤其是要开发新的建筑体系 和推动建筑材料的部品件化。石膏基复合墙板正是因为适应中国住宅产业化的要 求，以其独特的优势受到建筑业的关注和重视。 在我国经济建设的快速发展中，墙体改革和建筑节能也取得了很大的成绩。 建筑节能实施了第二步节能目标；墙体改革在近2 0 0 个城市禁止生产和使用粘土 实心砖。建设部王光焘部长在全国房产会议上指出：房地产已成为我国国民经济 的支柱产业之一，但是，我国住宅建设仍然处在粗放型生产阶段，集约化程度低， 科技贡献率低，劳动生产率低；住宅建设技术落后，成本高，效率低，质量差， 与人民群众的需求有明显的差距。因此，中国的建筑产业正在向着一个新的目标 发展，墙体改革和建筑节能工作已进入一个新的阶段，在政府的引导和支持下， 生态建材开始受到关注，迫切需要吸收国外的先进经验，研究新的建筑技术，发 展新的建筑体系，推进住宅产业化，全面提高我国建筑水平。 ( 1 ) 国内新型墙体材料的发展状况 尽管目前绿色墙材的概念正日益被接受，但对墙体材料绿色度的评价研究还 很少。国外在对绿色建筑评估系统研究方面已经相当成熟，主要有英国的 b r e e a m ( b u i l d i n gr e s e a r c he s t a b l i s h m e n te n v i r o n m e n t a la s s e s s m e n tm e t h o d ) ， 美国的l e e d t m ( l e a d e r s h i pi ne n e r g ya n de n v i r o n m e n t a ld e s i g n ) ，多国的g b t ( g r e e nb u i l d i n gt 0 0 1 ) 等。然而国际上绿色建材尤其是绿色墙材的评估体系并不 系统，主要采用单因子评价体系，如德国的“蓝天使”环境标志、加拿大的“e c o l o g o l ” 环境标志、丹麦的建筑材料室内气候标志( e f + c ) 系统等。龚平、彭家惠l l5 】根 据生命周期评价体系和模糊数学层次分析方法，构造了一个多种因素影响下的墙 体材料绿色度定量化综合评价模型，提出了墙体材料综合绿色度的计算式，为我 国墙材的绿色设计提供了依据和思路。 近年来我国新型墙体材料发展迅速，取得了可喜的成绩，墙体材料朝高性能 硕士学位论文 化和绿色化发展。从1 9 9 0 年到1 9 9 6 年间，墙体材料总量增长了7 3 8 。其中实心 粘土砖增长了3 7 4 ，新型墙体材料增长了7 倍多。新型墙体材料中，轻质板材增 长了17 8 倍。砌块增长了10 8 倍，砖增长了6 8 7 倍。“九五”期间，我国新型墙体材料 快速发展，生产能力迅速增加产量，由1 9 9 5 年的1 2 1 9 亿块增长n 2 0 0 0 年的2 1 0 0 亿 块，占墙体材料总量的比例由1 9 9 5 年的16 提高至u 2 0 0 0 年的2 8 至2 0 0 5 年，我国 墙材年生产总量约8 0 0 0 亿标砖，其中新型墙体材料占3 5 1 6 】。在新型墙材中，利 用废渣生产的产品有1 3 0 0 亿标砖，约占新墙材的近一半。其中：空心粘土砖在 8 0 0 亿到1 0 0 0 亿标砖之间，约占新墙材的3 9 ；各种建筑砌块5 7 0 0 万m 3 ，占新型 墙材的1 5 ；页岩烧结砖4 0 0 多亿块，主要分布在四川、重庆、贵州等省市，占 新墙材的1 6 8 ；轻质板材，包括g r c 板、轻质多孔条板、无石棉纤维水泥板、 复合墙板等，年产量3 5 亿m 2 ，约占新墙材的6 7 ；灰砂砖7 0 多亿块，其中广东 省年产3 0 多亿块，占新墙材的2 9 ；加气混凝土6 5 0 万m 3 ，占新墙材的1 8 。 实心粘土砖正逐渐被新型墙体材料所取代。新型墙体材料在墙体材料的比重正逐 年增加。尽管如此，我们同欧美以及日本等发达国家仍存在很大差距。美国、日 本、加拿大、法国、德国、俄罗斯等国，在生产与应用混凝土砌块、纸面石膏板、 灰砂砖、加气混凝土、复合轻质板等方面，居世界领先地位。 ( 2 ) 国内新型墙体材料的发展趋势 节土、节能、利废、环保，走新型墙体材料可持续发展的道路 我国耕地面积仅占国土面积的l o ，不到世界平均水平的一半。目前我国墙 体材料中新型墙体材料还不到4 0 ，粘土砖仍然占据墙体材料的主导地位，生产 粘土砖每年耗用粘土资源达1 0 多亿立方米，相当于毁田5 0 万亩，消耗7 0 0 0 多万吨 标煤。这些建材生产过程中，不仅消耗大量的资源如能源、粘土等，还向大气中 排放大量的有害气体( c o ”s 0 2 、n o 。等) ，产生大量的固体废弃物成为新的环 境污染源。目前，我国每年工业废渣排放量己达7 亿t 左右，占地面积约8 0 万亩， 但其总利用率很低，尚不足3 0 ，我国还是世界上第三大矿渣生产国，仅电力工 业年矿渣排放量已愈亿吨，目前利用率仅3 8 左右。据统计，我国城市人均年产 垃圾4 0 0 k g ，全国主要城市年产生活垃圾1 5 亿t ，城市生活垃圾的储量己达6 0 亿t ， 侵占土地5 0 亿m 2 ，并以8 1 0 速度增长。大量生活垃圾露天堆放或简易堆放处理， 对环境造成了巨大危害，如占用土地、污染环境、传染疾病影响居民健康等。城 市生活垃圾产量已成为影响城市建设、居民生活和可持续发展的主要因素。大量 利用农业废弃物生产墙体材料，走新型墙体材料可持续发展道路势在必行。我国 是农业大国，木材资源十分匮乏，而各类农业废弃物排量很大，如各种秸杆、蔗 渣、稻草等，用农业废弃物代替木质纤维制造人造板，可以变废为宝且符合可持 续发展的方针。随着经济建设的快速发展，对建材产品的需求急剧增加，如不解 t 业副产年i 膏资源化处理及其应用研究 决上述问题，后果将是灾难性的。因此发展节土、节能