历下区科技发展计划项目可行性研究报告 项目名称：脱硫石膏建筑抹面.doc

历下区科技发展计划项目可行性研究报告项目名称：脱硫石膏建筑抹面材料研究领 域：新材料起止时间：2007.062009.01历下区科学技术局二OO五年三月 一、立项的背景和意义 据粗略统计，每年人类的活动排入大气中的硫化物达1.5×105万t，其中化石燃料，包括煤和石油燃烧，是大气中二氧化硫的最重要来源。现代工业的飞速发展，燃烧设备的不断增加，设备规模的不断增大，如火力发电厂、冶炼厂以及各种化工厂、水泥厂、玻璃厂等，都会释放出大量的二氧化硫废气。大气中的SO2危及人类健康，使植物叶面产生枯萎脱落、坏死，给国民经济带来损失。随着二氧化硫对大气环境污染的不断严重，这早已引起国家环境保护部门的高度重视，国家有关部门在“十五”期间就制定了关于二氧化硫污染防治的规划和措施，通过控制二氧化硫污染，保护人体健康和生态环境，减少经济损失，实现可持续发展。湿法脱硫是行之有效的方法，目前国家有关部门正在大力推广湿法脱硫技术。该法用石灰乳吸收尾气中二氧化硫生成亚硫酸钙，再经氧化生成硫酸钙，故该法又产生了另一副产品脱硫石膏。“十五”期间针对二氧化硫对大气环境污染问题，山东省也制定了关于火力发电厂（热电厂）二氧化硫污染防治措施和切实可行的具体实施方案，2005年底以前，“两控区”内重点火力发电厂，必须建成脱硫设施。2007年底以前，现状二氧化硫排放绩效高于全省平均水平的火力发电厂、热电厂，“两控区”内各市建成区内的公用热电厂和企业自备电厂，必须建设脱硫设施； 2010年以前，非“两控区”内发电厂、热电厂和企业自备电厂也必须建成脱硫设施。 随着我国烟气脱硫工艺的逐渐采用，副产品脱硫石膏的排放量也在不断加大，目前大部分以堆储为主，已成为火电厂粉煤灰后的第二大固体废物，不仅占用土地资源，且污染环境。因此，脱硫石膏的综合利用已经成为急需解决的课题。本课题承担单位与大专院校合作，采用自有技术进行该项目开发。本课题是合作开发单位，济南某大学承担的山东省环保重点科技开发项目的后续研究课题，在这方面已经取得阶段性研究成果，发表相关学术论文近30篇，获得国家实用新型专利1项，为本项目的开发奠定了良好的技术基础。二、国内外现状和发展趋势包括知识产权现状（1）国内外研究现状发达国家对于脱硫石膏的研究与利用，始于20世纪70年代末80年代初，迄今已形成了较为完善的研究、开发、应用体系，其中日本、德国、美国对于脱硫石膏的研究水平处于领先地位，其利用率达到了80%90%。我国脱硫石膏的研究始于20世纪90年代中后期，近年来我国在脱硫石膏应用研究方面取得了一定进展，主要是脱硫石膏在水泥生产、制作建筑石膏等领域进行了广泛研究。重庆建筑大学对脱硫石膏的性能以及脱硫石膏粉煤灰胶结材料的水化硬化机理及其耐水性进行了研究，在此基础上生产脱硫石膏粉煤灰空心砌块等，其中脱硫石膏砌块达到规模化生产，而脱硫石膏粉煤灰砌块利用两种工业废渣，社会效益和经济效益好，具有很强的竞争力，是一种绿色墙体材料。但总体来说，脱硫石膏真正的综合利用还没形成规模，以脱硫石膏为基础的新型材料的理论研究还基本处于空白。其主要原因是：我国天然石膏的储量丰富，分布较为均匀，价格相对低廉，而脱硫石膏的加工费用高；以前我国较大部分的产硫炉、窑还没有脱硫设施，脱硫石膏的产量还比较少；在脱硫石膏的主要生产国，均以法律法规明确规定了脱硫石膏应用的地位，以新技术和新工艺为保障，实现了以经济和自然环境标准为基础决定可赢利的方法，保证脱硫石膏的资源化利用。但我国在这一领域尚缺乏相应的对策和措施。脱硫石膏可作为优质建筑材料在欧洲和日本得到了公认，但在我国没有与脱硫石膏应用相适应的标准，因此一些石膏制品生产商和用户拒绝使用脱硫石膏，是脱硫石膏资源化利用的障碍之一。缺乏必要的技术保障。公众缺乏脱硫石膏再利用的观念。（2）发展趋势我国脱硫石膏的开发应用势在必行。根据发达国家脱硫石膏的应用经验,我国脱硫石膏的出路可从以下几个方面来考虑。准确分析脱硫技术和脱硫石膏应用的主要地区,是开发脱硫石膏产品的前提。研究开发我国脱硫石膏应用的自有技术，迅速推广，防止脱硫石膏造成环境二次污染。引进国外脱硫石膏应用技术和经验是解决脱硫石膏再利用的重要途径，但不是唯一途径，应根据我国国情对引进技术进行消化和吸收，开发适合我国国情的新技术和新工艺。通过大量有说服力的工作以及完整的技术文件，从公众、制度和法律法规等角度保护天然石膏资源，同时也保障脱硫石膏资源化利用。其中脱硫石膏建筑抹面材料，就是脱硫石膏的需要开发的发展方向之一。本单位与济南某大学密切合作，已经达成了联合开发协议。在脱硫石膏建筑抹面材料方面已经取得阶段性研究成果，发表相关学术论文多篇，并获得国家实用新型专利1项，为本项目的开发创造了良好条件。三、现有研究基础、特色和优势本单位是一个集科、工、贸为一体的企业，是山东省专业生产高质量涂料的骨干企业。公司始终坚持高品质、高技术的产品质量观，建立了较完善的产品研发体系、质量管理体系、产品制造体系、市场营销体系，于1999年通过ISO9002国际质量体系认证。公司现有员工40余人，其中具有大专以上学历员工13人，从事新产品研发、工艺设计、技术管理等方面的技术人员8人，公司具有较强的科技创新意识和较强的科技开发能力。长期以来，本单位注重科技创新和科技开发，与大专院校建立了密切合作关系，济南某大学材料学院就是我公司的密切合作伙伴之一，是我公司研发工作的技术后盾。本课题合作单位济南某大学是省属高等院校，拥有材料学、材料加工、材料物理等40多个硕士授予点，其中材料学科是泰山学者设岗单位，无机非金属材料学科是济南某大学的强势学科，在国内外具有重要影响。本课题组针对此课题具有丰富的研究经验，曾完成 “纸面石膏复合墙板成套生产工艺技术及机械化生产设备”、“氟石膏抹面材料研究”、“磷石膏转化为建筑石膏研究及其在墙体材料中应用”、“a高强石膏的低温形成机理及特性研究”、“石膏基植物纤维复合板研究”、“石膏防水机理研究”、“石膏复合防水剂的研制”、“纸面石膏多孔轻质板”、“石膏夹芯复合轻质墙板”、“ZF系列轻质墙板”、“外墙外保温板的研究与应用”等多项省基金、省部级科技攻关、省重点科技开发科研课题。围绕所研究课题发表学术论文100余篇，其中10余篇被SCI、EI收录，取得多项重要理论研究成果及十余项国家专利。所研究课题得到了迅速的推广和应用，在国内建材行业产生了较大影响，曾获得“山东省科技进步一等奖”、“山东省科技进步二等奖”、“山东省科技进步三等奖”、“国家教委科技进步三等奖”、“华夏科学技术三等奖”等10余项科技进步奖励，课题组具有丰富的研究经验。本研究项目是济南某大学材料学院承担的山东省环境保护重点研究课题“脱硫石膏转化为建筑石膏”的后续应用项目，课题组技术力量雄厚，研究经验丰富，已经取得了阶段性研究成果。课题组对石膏基复合材料技术进行了大量前期研究工作，并取得了满意结果，承担相关科研课题7项，其中已完成5项，并通过了山东省科技厅主持的技术鉴定；取得相关国家专利多项；近期发表了多篇与本课题相关论文，其中3篇被SCI、EI收录。近年来，随着国家有关部门在“十五”期间制定的“关于二氧化硫污染防治的规划和措施”及山东省制定的“关于火力发电厂(热电厂)二氧化硫污染防治措施和切实可行的具体实施方案”的实施，课题组对脱硫石膏进行了大量的前期研究工作，利用济南黄台电厂、济南南郊热电厂、东营市热电厂的脱硫石膏进行试验，并取得了阶段性的成果，已在石膏板和石膏墙板的生产方面取得了成功的应用。目前制作的脱硫石膏建筑抹面材料，初凝时间大于1小时，终凝时间小于8小时；抗折强度不小于1Mpa，抗压强度不小于2.5Mpa，技术性能指标已经基本符合国家有关标准。同时，申请了一种纸面脱硫石膏墙板（专利号200620085340.X）和一种脱硫石膏空心墙板（专利号200620085339.7）两项实用新型专利，发表了题为“脱硫石膏利用现状及其抹面材料的研制”的研究论文。四、应用或产业化前景、市场需求 石膏属于节能、环保的绿色建筑材料，其具有强度性能好、硬化速度快、收缩率低等特点，特别适合于制作建筑抹面材料，以石膏抹面材料替代传统的水泥、石灰抹面材料已经成为当前的发展趋势，市场潜力巨大。本项目“脱硫石膏建筑抹面材料研究”的实施，不仅具有天然石膏抹面材料的优点，而且能够解决脱硫石膏的综合治理问题，使其变废为宝，可大幅度减少天然石膏的开采量，有利于保护天然资源。本项目的重要意义还在于，有利于推进烟气脱硫工程实施，是二氧化硫对大气环境污染治理的后续配套技术，符合我国现行可持续发展规划。本项目研究的脱硫石膏建筑抹面材料，产品质量稳定，技术性能可以达到或超过国家有关标准。该项目设备投资少、能耗低、产能高，产品质量稳定、墙面不开裂、生产成本低，该项目技术居国内领先水平。项目产品可广泛用于建筑墙体抹面，替代传统的水泥、石灰抹面材料，具有技术性能好、装饰性能好等特点，市场潜力大，推广应用前景广阔。五、研究内容与预期目标本课题的总体目标是实现脱硫石膏建筑抹面材料的工业化生产及工程应用。项目预计总投资110万元，其中承担单位自筹80万元，申请历下区科技局资助经费30万元。项目完成后形成年产3000吨的生产能力，年销售收入150万元，年利税约50万元。迅速进行项目推广，预计形成年产20000吨脱硫石膏建筑抹面材料生产能力，可以实现年产值1000万元，年利税300万元。（1）主要研究内容本课题针对热电厂烟气脱硫产生的副产品脱硫石膏在建筑抹面材料中的应用，主要研究内容如下： 脱硫石膏的成分分析； 脱硫石膏粒度分析； 复合外加剂的研制、选择、作用机理研究； 脱硫石膏建筑抹面材料生产工艺研究； 材料力学性能分析（包括抗折、抗压强度等）； 相关物理性能分析（包括标准需水量、凝结时间、软化系数等）； 材料微观性能分析（包括水化产物微观结构，胶凝材料孔隙率与孔分布等）； 脱硫石膏建筑抹面材料的应用研究。（2）预期达到的目标 对脱硫石膏的成分组成、相组成、粒度分布等性质具有全面的认识；制作的脱硫石膏建筑抹面材料，初凝时间大于1小时，终凝时间小于8小时；抗折强度不小于1Mpa，抗压强度不小于2.5Mpa，所有技术性能指标符合国家有关标准。 全面掌握脱硫石膏制作建筑抹面材料的生产技术包括复合外加剂研制与作用机理研究； 发表1-3篇学术论文，项目通过技术鉴定，达到国内领先或先进水平； 形成脱硫石膏建筑抹面材料的产品生产能力。项目完成后将进行大范围推广工作，预计年产20000吨脱硫石膏建筑抹面材料，可以实现年产值1000万元，年利税300万元。六、研究方案、技术路线、组织方式与课题分解（1）拟采取的研究方案及技术关键课题组对脱硫石膏研究已经做了大量的准备工作，查阅并掌握了国内外相关研究技术。针对济南黄台电厂、济南南郊热电厂、东营市热电厂的脱硫石膏进行试验，并取得了阶段性的成果。通过课题组的前期研究表明，按照图1所示的工艺路线制得的脱硫石膏抹面材料，其主要技术性能指标可以达到，初凝时间大于1小时，终凝时间小于8小时；抗折强度不小于1Mpa，抗压强度不小于2.5Mpa，所有技术性能指标符合国家有关标准。图1 脱硫石膏抹面材料制作工艺路线 本项目的技术关键是： 脱硫石膏在建筑抹面材料中外加剂的作用至关重要。研制的复合外加剂需要具有提高产品力学性能的作用，以保证产品质量；外加剂需要具有保水功能、缓凝功能等，使产品能够满足建筑抹面的施工需要。 脱硫石膏建筑抹面材料生产工艺，确定合理的工艺参数。 项目承担单位是一个集科、工、贸为一体的企业，是山东省专业生产高质量涂料的骨干企业，始终坚持高品质、高技术的产品质量观，建立了较完善的产品研发体系、质量管理体系、产品制造体系、市场营销体系，于1999年通过ISO9002国际质量体系认证。公司现有生产厂房2000余平方米，可以满足本项目的生产性实验，公司已经具有部分相关生产设备，本项目完成后，公司将另行选定生产场地，形成规模化生产。本项目无三废排放。（2）项目组织方式及课题分解首先成立项目课题组（课题组成员情况见表2），由课题负责人根据所有项目参加人的专业进行详细地划分任务，具体布置各个分方案研究任务。各分方案初步研究完成后，由项目负责人召集全体课题组成员及相关专家进行讨论，进一步明确下一步实验研究方案。由项目负责人牵头，负责对制作脱硫石膏抹面材料所需要的外加剂、实验工艺进行分析对比，寻找出最佳的工艺参数。委托质检部门对脱硫石膏制得抹面材料进行性能检验及其他相关性能检验。课题负责人牵头完成课题研制、总结报告。由企业负责人负责组织生产。七、年度计划内容 2007年06月2007年09月 试验路线设计，确定总体方案；2007年10月2007年12月 脱硫石膏性能分析；2008年01月2008年02月 外加剂的选配；2008年03月2008年04月 实验工艺的确定；2008年05月2008年06月 试制建筑抹面材料；2008年07月2007年10月 抹面材料性能测试及实际工程应用；2008年11月2009年01月 项目总结、鉴定。本课题的总体目标是实现脱硫石膏建筑抹面材料的工业化生产及工程应用。项目预计总投资110万元，其中承担单位自筹80万元，申请历下区科技局资助经费30万元。项目完成后形成年产3000吨的生产能力。八、主要研究人员和单位简况及具备的条件本课题组主要研究人员有教授1名、高级工程师1名，副教授、博士1名、工程师1名，在读研究生3名。其中从事复合材料研究的专业人员2名，化学工业专业人员2名，高分子材料专业人员1名，材料加工专业人员2名，专业结构配置合理、研究经验丰富，特别在化学石膏的处理及再利用问题上有着丰富的研究经验，取得了一系列的研究成果，同时在轻质墙体材料制作工艺、成型设备、应用技术研究等方面具有独到之处，均居国内领先水平。现将本课题组主要成员简况介绍如下。课题组主要研究人员如表1。表1. 项目组主要成员情况一览表序号年 龄学 历专 业职称、职务项目中的分工1项目负责人51硕士复合材料教授、系主任制定总体方案2工厂负责人28大专应用化学工程师工厂实验组织3主要参加人员32博士高分子副教授外加剂研究4主要参加人员55大学物理化学高级工程师参与制订研究方案5主要参加人员25研究生材料加工在读研究生工艺研究6主要参加人员24研究生复合材料在读研究生性能检测7主要参加人员24研究生材料加工在读研究生应用研究项目负责人：项目负责人，男，51岁，教授，研究生，现任济南某大学材料科学系主任，济南某大学特聘岗位首席岗教授，享受国务院政府特殊津贴专家，山东省有突出贡献的中青年专家，山东省优秀科技工作者，主要从事复合材料和新型墙体材料的研究。作为项目负责人主持完成了“石膏基植物纤维复合板研究”、“纸面石膏复合墙板成套生产工艺技术及机械化生产设备”、 “石膏复合防水机理研究”等多项省基金、科技攻关科研课题。围绕所研究课题发表学术论文100余篇，多篇被SCI、EI收录，取得多项重要理论研究成果及十余项国家专利。所研究课题得到了迅速的推广和应用，在国内建材行业具有较大影响，主持项目曾获得“山东省科技进步一等奖”、“山东省科技进步二等奖”、“国家教委科技进步三等奖”等十余项科技奖励。项目主要参研人员：工厂负责人，男，28岁，大专学历，工程师职称，现从事化工行业。济南某有限公司经理。具有多年化工经验，在高分子合成化工方面有较深的研究和研发能力。1999年与山东省建筑科学研究院合作进行KY-1绿色通用胶粘剂的实验研究，同时开展KY-2强力建筑胶的实验研究，2001年通过山东省科技厅组织的鉴定和验收。2001年与济南某大学合作开发氟系列产品。年富力强，非常敬业。带领本单位职工扎实工作，勇于创新，产值和利润年年大幅增长。具有较强的专业水平和较强的研发能力。主要参加人员，男，55岁，济南某有限公司法人代表，厂长。在建立本厂前在济南油漆厂工作，具有30余年化工经验，在高分子合成化工方面有较深的研究和研发能力。1999年与山东省建筑科学研究院合作进行KY-1绿色通用胶粘剂的实验研究，同时开展KY-2强力建筑胶的实验研究，2001年通过山东省科技厅组织的鉴定和验收。2001年与济南某大学合作开发氟系列产品。年富力强，非常敬业。带领本单位职工扎实工作，勇于创新，产值和利润年年大幅增长。主要参加人员，女，32岁，副教授，博士，高分子化学与物理专业，现任济南某大学材料学院材料科学系复合材料教研室教师。曾参与山东大学省基金项目“碳官能团有机硅高分子的研究”，主持了济南某大学校基金项目“耐磨性道路标线涂料的研究”，参与项目获得 “2004年山东省科技进步三等奖”。曾在Chinese Chemical Society、化学通报等发表论文多篇。课题组近期主要获奖、相关科研成果、论文情况：表2. 课题组近期主要获奖情况获奖项目“粉煤灰对工业废水处理的应用研究”项目获2005年山东省科技进步三等奖“外墙外保温板的研究与应用”项目获2003年山东省科技进步一等奖“框架结构建筑内隔墙体系的应用研究”项目获2002年山东省科技进步二等奖“新型高强石膏粉开发与研制”项目获2004年山东省科技进步三等奖“利用工业废渣处理废水的反应机理与实验研究”项目获2000年山东省教育厅科技进步二等奖“外墙外保温板成套技术”获2004年华夏科学技术三等奖“WGB复合屋面保温隔热板”项目获2004年山东省科技进步三等奖“水泥基轻质隔墙板机械化生产线工艺技术与成套设备”项目获2005年山东省科技进步三等奖“粉煤灰混凝剂的开发应用” 项目获2005年山东省高等学校优秀成果三等奖表3. 课题组已经完成相关科研课题情况课题名称“纸面石膏复合墙板成套生产工艺技术及机械化生产设备” 山东省科技计划项目2003.11月通过山东省科技厅鉴定山东省基金项目“石膏复合防水机理研究”，2007.05月通过山东省科技厅验收山东省科技计划项目“纸面石膏多孔轻质板”，2001.1月通过山东省科技厅鉴定山东省基金项目“a高强石膏的低温形成机理及特性研究”，2000.12月年通过山东省科技厅验收山东省教委科技计划项目“石膏夹芯复合轻质墙板”，2000.12月通过山东省教育厅鉴定山东省科技计划项目“石膏基植物纤维复合板”，1998.8月通过山东省科技厅鉴定一种建筑用的纸面石膏空心墙板，专利号：ZL02212505.1一种纸面发泡石膏墙板，专利号：ZL02255928.0一种纸面脱硫石膏墙板，专利号200620085340.X一种脱硫石膏空心墙板，专利号200620085339.7表4. 课题组成员发表相关石膏研究论文一览表序号论文名称期刊类别及卷期作者1Properties study of cotton stalk fiber/gypsum compositeCement and concrete 33(2003),43-462The influences of gypsum water-proofing additive on gypsum crystal growthMaterial Letters3(2007), 872-8763石膏制品的耐水性能研究建筑材料学报，2005（6）：328-3314植物纤维增强石膏复合材料的微观结构研究复合材料学报，1997（14）3：72-765缓凝剂对石膏性能及结晶习性的影响新型建筑材料，2006（5）：55-576纸面石膏墙板的工艺研究新型建筑材料，2005（9）：31-327硫铝酸盐水泥对氟石膏的改性研究再生资源研究，2006（1）：41-438氟石膏/粉煤灰复合保温墙板研究混凝土与水泥制品，2005（6）：47-50 9氟石膏复合保温墙板的开发与应用研究墙材革新与建筑节能，2005（9）：25-2810氟石膏空心砌块的研制房材与应用，2005（6）：55-5611氟石膏砌块的开发与应用研究建筑砌块与砌块建筑，2005（5）：59-6212复合外加剂对氟石膏制品强度和泛霜效果影响的研究新型建筑材料，2005（11）32-3513玻璃纤维增强石膏的研究建材技术与应用，2005（5）：7-914高强度氟石膏砌块的研制砖瓦，2005（9）：40-4215玻璃纤维增强石膏配合比设计参数的选择建材技术与应用，2004（1）：13-1516粉刷石膏复合缓凝剂正交实验分析山东建材，2005（2）：50-5317玻璃纤维表面处理对玻璃纤维/石膏复合材料力学性能的影响山东建材，2004（25）5：34-3618石膏制品的耐水性能研究建筑材料学报，8（2005）3：328-33119外加剂对石膏性能的影响建材技术与应用，2005（3）：3-520复合减水剂对石膏性能的影响建材技术与应用，2005（6）：5-621复合外加剂对氟石膏制品强度和泛霜效果影响的研究新型建筑材料，2005（11）32-3522复合型石膏防水剂的研究化学建材，2004（3）：47-4923高强石膏材料研究最新进展新型建筑材料，1999（9）：47-4824磷石膏基干粉抹面材料的正交实验研究山东建材，2005（6）：33-3625磷石膏转化为建筑石膏可能性研究山东建材学院学报，14（2000）3：200-20126普通硅酸盐水泥对石膏制品吸水性及力学性能的影响济南大学学报，19（20005）9：275-27727石膏保温材料的工艺与性能研究济南大学学报，16（2002）1：69-7128石膏发泡的研究山东建材，2004（2）：39-4029石膏基植物纤维复合板的研制混凝土与水泥制品，1999（6）：45-4730用磷石膏生产建筑石膏的研究新型建筑材料，2000（4）：26-2831正交实验法在石膏基植物纤维复合板中的应用混凝土与水泥制品，1997（3）：54-5632脱硫石膏综合利用现状及其抹面材料的研制墙材革新与建筑节能，2007（1）：28-3233磷石膏性能及其转化为建筑石膏的工艺研究山东化工，2007（2）：5-7表5. 已有的与本课题研究相关的主要仪器设备名 称规格型号射线衍射仪REGAKU D/Max-ray扫描电子显微镜HITACHI s-2500透射电子显微镜200KV JEM-2010压汞仪Poremaster-60差热分析仪STA490-EP激光颗粒分析仪LS 13 320万能材料实验机MWE-40课题组对天然石膏、脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、石膏基复合材料、石膏外加剂，具有丰富的研究经验，曾承担或完成包括山东省自然科学基金、山东省科技攻关课题在内的多项研究课题，在此领域具有丰富的研究经验，研究水平居国内领先水平。课题组前期研究工作充分、经验丰富、人员配置合理、技术力量雄厚、研究仪器设备基本具备，为项目的实施提供了可靠的保证。九、经费预算本项目研究的资金预算总经费110万元，申请历下区科技经费30万元，单位自筹80万元，详细情况见表6。 表6. 项目科研经费预算表         单位：万元 课题名称：脱硫石膏建筑抹面材料研究经费来源预算来源预算合计110一、历下区科技局拨款30二、地方拨款三、部门拨款四、单位自筹80五、其他来源经费支出预算支出预算合计110（经费来源）会议差旅费3历下区科技局资料费2历下区科技局人员劳务费6历下区科技局测试、药品费4历下区科技局能源材料、实验费15历下区科技局小计30脱硫石膏抹面材料加工费20单位自筹脱硫石膏抹面材料测试费10单位自筹设备、房屋、场地费50单位自筹小计8012