石膏模型

关键词： 石膏 实验教学 使用 模型

石膏模型（精选八篇）

石膏模型 篇1

1 实验方法

1.1 材料与仪器

第1组 (涂指甲油组) :透明指甲油、牙用镊、大方盘、小刷子;第2组 (浸泡口腔常用蜡组) :口腔常用蜡、电磁炉、铁锅、公钳、大方盘;第3组 (浸泡20%肥皂水组) :电磁炉、铁锅、公钳、大方盘、温度计、力士牌乳白色肥皂;第4组 (漆油漆组) :浅黄色油漆、刷子、牙用镊、大方盘。

1.2 模型处理方法

为了方便观察, 我们将同一时间内灌注的模型分成4组, 每组20个, 由不同人员在同一时间分别进行以下几种方法的处理。

第1组:在模型外表均匀涂满普通的透明指甲油;第2组:将模型浸泡在用口腔常用蜡熔化的蜡油里, 直至完全浸透;第3组:事先按照20%的比例将肥皂与水称出, 再将肥皂投于已经加热至80℃的热水中进行溶化, 直至肥皂完全溶化即刻将模型放入其中浸泡。加热至80℃主要是因为肥皂普遍含有棕榈酸和硬脂酸2种饱和脂肪酸, 它们的溶点很高 (60℃~70℃) , 比重为20%的肥皂水比较容易渗透至模型;第4组:在模型外表均匀漆一层薄薄的油漆;第5组:另外取同一时间内灌注的模型20个, 不进行任何处理。

2 结果

2.1 观察过程

2.1.1 初成型后的情况 (见表1)

2.1.2 保存过程中石膏模型的外观情况 (见表2)

将模型放置在同一位置, 暴露于同样的自然环境中进行观察。为了使学生能在实训时广泛并反复使用石膏模型, 因此, 观察的环境必须与学生实训时的条件一致。

2.1.3 敲击测试 (见表3)

将砝码放置于固定高度, 再让其自然掉落敲击模型, 观察模型受敲击时的变化, 以了解模型的脆性。

2.2 小结

(1) 从敲击测试可以看出, 模型的脆性由强到弱依次为:第5组>第2组>第3组>第1组>第4组。

(2) 其他事项。第1组:处理时间短, 成本大, 气味重;第2组:会长霉斑, 模型外表不干净;第3组:处理成型速度快, 成型后手感好;第4组:模型外表光滑, 与学生的训练模型差别大, 气味重。

3 讨论

为了研究各种方法对模型处理的作用, 我们进行了以下分析。

3.1 石膏

石膏分为生石膏和熟石膏2种。口腔临床所采用的是熟石膏, 由生石膏经开放式加热、脱水、燃烧而成的。其方法是将生石膏研磨成粉末, 置于110℃~120℃的温度下, 去除一部分结晶水而得其主要成分为β-半水硫酸钙[2]。

3.2 肥皂

肥皂的成分包括羧酸的钠盐 (R-CO2Na) 、合成色素、合成香料、防腐剂、抗氧化剂、发泡剂、硬化剂、粘稠剂、合成界面活性剂。

肥皂是水溶性的, 在水中可发生可逆的水解反应, 使溶液呈碱性, 并具有润湿、渗透、降低表面张力、分散、乳化、发泡、去除污垢及悬浮污垢的表面活性特性。根据这些特性让肥皂水与模型的钙形成化学性质更为稳定的钙化皂, 从而提高模型表面的硬度。

模型在存储过程中容易滋生细菌, 是因为模型在制作过程中带入了一些细菌, 空气中也有霉菌存在。而用20%肥皂水浸泡模型可以有效地抑制细菌的滋生, 这是因为肥皂中有大量的表面活性剂。这种表面活性剂, 一端具有亲水的性质 (亲水基) , 而另一端不溶于水, 具有与水相斥的性质 (疏水基) 。表面活性剂兼具亲水和疏水的化学性质。当表面活性剂和水混合时, 亲水性的一端会溶于水中, 疏水基的一端则会脱离。当清水和脏东西充分接触时, 表面活性剂的疏水基就会粘附在脏东西周围, 脏东西被疏水基吸附后, 外围便聚集亲水基, 这就是使用20%肥皂水进行处理的模型不易滋生霉菌的原因所在。

3.3 指甲油

指甲油又称“指甲漆”, 主要成分为70%~80%的挥发性溶剂, 15%左右的硝化纤维素, 少量的油性溶剂、樟脑、钛白粉以及油溶颜料等。在普通指甲油中, 溶剂的主要成分有丙酮、乙酸乙酯、邻苯二甲酸酯、甲醛等。甲醛是一种良好的固定剂, 它有很多优点:组织收缩较少, 损伤少, 保存固有物质好;固定均匀, 穿透力强;能使组织硬化, 增进组织弹性, 有利于切片;能保存脂肪及脂类物质;成本较低。所以使用指甲油保存模型效果较好。但是为了使指甲油快速干透, 加入了大量丙酮、乙酸乙酯成分, 这2种成分极易挥发, 所以指甲油能很快干掉。指甲油涂于模型后所形成的薄膜, 牢固而具有适度着色的光泽, 可保护模型。但是丙酮、乙酸乙酯属于危险化学品, 它们易燃易爆, 在挥发时会产生刺激性气味, 会对室内空气造成污染 (挥发后它们的体积将膨胀一千倍) , 长期吸入会对人的神经系统产生危害, 对黏膜也有强刺激性。普通指甲油的溶剂成分基本都包含有毒或有害的物质, 其中最厉害的是邻苯二甲酸酯、甲醛, 其次是丙酮、乙酸乙酯等。此外, 指甲油中的邻苯二甲酸酯会妨碍正常的荷尔蒙平衡, 导致严重的生殖损害和其他健康问题;而苯和甲醛均是致癌物质。

3.4 油漆

油漆是用氧化铁或树脂等原料制成的用以装饰和保护物品的化学混合物涂料。油漆的保护作用主要体现在树脂在基材表面形成保护膜, 同时树脂有黏合力, 可以黏在基材上。树脂还可以给基材以平滑光亮的表面, 具有罩光的作用。这可能是实验中油漆组石膏模型硬度最大的原因。但大量研究资料证实, 油漆有以下危害:致畸, 油漆中含有的有毒物质可致生育畸形;败血, 油漆和装饰胶中大量使用的苯系物 (苯、甲苯、二甲苯) 会损害造血机能, 引发血液病, 也可致癌;诱发白血病、过敏症状, 普通聚酯漆中的重要组分TDI在国家标准GB5044-85中被列为高度危害级物质, 会诱发皮疹、头晕、免疫力下降、呼吸道受损、哮喘等过敏反应;脑毒, 表现为神经系统受损, 油漆中的溶剂 (俗称稀料) 长期蓄积于中枢神经系统, 会导致大脑细胞受损, 引发慢性溶剂中毒综合征、神经性精神功能紊乱等。

3.5 口腔常用蜡

蜡加热后, 有一定的可塑性、黏性、流动性和渗透性, 冷却后有一定的强度和韧性。根据这一特点我们将蜡加热, 再将模型浸泡在溶化的蜡油里, 直至完全浸透。其冷却后能够增加模型的表面强度。

4 结论

通过对实验结果的观察, 我们发现涂指甲油和漆油漆虽然在抗压强度方面有很明显的作用, 但成本都较高, 气味又重, 同时毒性大, 对人体损害大, 不利于在学生中广泛使用。浸泡口腔常用蜡的模型因外表会长霉斑, 模型外表不干净, 且模型抗压强度不够理想, 因此也不被采用。用20%肥皂水对模型表面进行处理的方法, 不但成本小, 基本无毒无味, 而且还能提高模型的硬度, 有利于模型储存及反复使用。广泛应用于教学实训中, 既提高了模型的反复使用率, 又降低了实训成本, 同时, 又可避免对大自然造成污染, 因此值得大力推广。

摘要：目的 探讨如何延长石膏模型的贮存年限。方法 选用学生实训使用的石膏模型80副, 分为4组, 每组20副, 分别用指甲油、口腔常用蜡、20%肥皂水、油漆进行表面处理, 观察其气味、颜色等的变化。结果 用20%肥皂水进行石膏模型的表面处理, 基本无毒无味, 还能提高模型的硬度。结论 使用20%肥皂水对石膏模型进行处理, 既提高了模型的反复使用率, 又降低了实训成本, 值得大力推广。

关键词：口腔专业,石膏模型,储存方法

参考文献

[1]王薪新.从品牌信号论到品牌符号论[J].国际商业, 2005 (6) :24~26.

石膏模型制作教案 篇2

工具：

1）、橡胶或塑料的钵，大小视需要石膏的量； 2）、搅拌工具（雕刀或小铲子，随便，适用即可）调制：

办钵石膏粉，半钵水（冷水），一比一混合。混合调制的方法将决定石膏的性质。

过程：

1、调制石膏。原料：

模型石膏粉，颜色比较灰的那种，硬化速度相对较快，干后颜色更白。a）、快速调制法：直接将水和石膏粉混合，变混合边搅拌。

调制之石膏硬化速度快，但相对硬度低，气泡多，不宜表现细腻构件。

b）、慢速。先盛水，然后向水中缓慢倒入石膏粉，切勿搅拌，石膏粉吸足水后自然沉入水底，根据沉没的速度控制倒石膏粉的速度。静置约15分钟后轻轻搅匀，尽量减少气泡，备用。

此种方式调制的石膏与水的混合充分，气泡少，硬结速度相对略慢，成形后石膏细腻，可充分表现细节。

2、至少有三种不同的方式来制作石膏模型： 1）、石膏“草模”。

可用快速调制法调石膏，因此法调制之石膏硬结速度快，可快速定型，且调制快捷。但注意不要一次调太多，因其很快会在空气中硬化，来不及使用便报废。废料易污染环境，在ETH的工作室有专门的石膏回收点，以集中处理。国内恐无类似设施，故大家应尽量减少废料产生。

可用卡纸、木片或任意其他材料制作简单“骨架”，在其上涂抹石膏。用骨架的优点是，一来液态石膏不易在竖向塑型，骨架可为其支撑；二来石膏很重，实心石膏模型达到一定体积后重得出乎想象，不易搬运，且易在搬运中损坏，轻质骨架可有效降低重量且增加整体强度。用塑刀或专用的石膏雕刀对半硬的石膏塑形，毋求精准，注意大的形体关系，配合手和雕刀的运动，感受建筑形体的美感。此方法类似于用橡皮泥（Knet）制作草模，模型表现效果也类似，但个人认为橡皮泥更适用。

2）、卡纸反模法。

难点在于卡纸反模的制作，需逆向思维，极易出错，且卡纸模一次浇注后即报废，风险较高。可用于制作各阶段模型，表现之精细程度取决于卡纸模型精度。此处介绍用此法制作成果模型。

（1）、制作卡纸反模，注意控制细节。卡纸要选用不宜吸水，表面光滑的类型，我用的是那种硬度很高的白卡，效果很好。切莫用那种很便宜的灰卡，肯定出问题，哭都来不及。做工尽量精细，减少空洞和缝隙。注意反模要做成一个“容器”，控制好体积的大小，厚度要合适，太薄易断折，太厚又过重。（可用轻质骨料填充实体部分，或制成中空模型。）（2）、为制作好的卡纸模型做支撑，方法不限，目的在于在各个方向增强其强度及稳定性，以复合将要填入的石膏的重量。此步骤不可马虎，否则前功尽弃。（3）、在卡纸模型内壁均匀涂上凡士林，以减少水分进入卡纸，同时方便将来脱模。凡士林不要太厚，因易在石膏模型表面形成大量小气泡，影响精细度。但同时巧妙控制凡士林的量可在模型表面形成特殊肌理，可用于表现某些质感。

（4）、用“慢法”调制石膏，一次不要过多，否则易导致模型外表虽硬化但内部仍为流质，搬运极易开裂损坏。石膏一定要在流动性非常强的液态状态下均匀注入卡纸反模，以确保模型表面各细节均可良好表现。

浇好后将置于稳定平整处，理论上1~2个小时后即可脱模，但如时间允许，还是耐心的多等几个小时。我当时做的时候大概等了7~8个小时才去脱模，但因为石膏浇得过急，内部还是没有硬化，导致后来模型开裂。这时的石膏虽已硬化，但仍呈灰色，需个把星期后才会慢慢变白。需要注意的是，石膏的硬化速度和变白的速度均与气温湿度等有很大关系。

3）、硅胶浇注法。

此法可极尽细致的表达各种细节，常用于古建筑保护和修复等，一个硅胶模制成后，可多次浇注石膏，大量生产，从中择优而用。缺点在于，耗时超长（制作卡纸模型时间+浇注硅胶模型时间+硅胶凝固时间+浇注石膏时间+石膏硬化时间，我的期末模型大概一共用了5天时间，据说已经很快了，其中卡纸模型3天+浇硅胶及等待硬化1天+浇石膏及等待硬化及后期调整1天），费用极高（主要是硅胶贵，我们用的硅胶，800瑞郎（约合人民币5000余元）一桶，每桶25升，只要计算一下模型的体积就能知道大概要多少钱了。此外还有专门的硬化剂的费用。）

（1）、制作卡纸正模，注意把握细节的深度和层次，要对卡纸和石膏的表现力均有比较好的认识，否则将使最终的模型的表现力大打折扣。模型也要做成“盒子”，以盛放将来注入的硅胶，注意留出硅胶反模的边和底的厚度，一般在5mm—2cm为宜。不要有缝隙，硅胶可真是见缝钻。模型要足够结实，硅胶密度很高，很重。

（2）、调硅胶。把硅胶和专用的固化剂按100：5的比例混合，注意切莫混用二者的容器，以免固化剂污染硅胶原料，造成昂贵的硅胶白白硬化。二者的比例一定要准确，固化剂过多则硅胶来不及与卡纸模型表面充分接触即硬化，无法表现细节；过少则硅胶无法硬化。搅拌一定要均匀，专业人士给的建议是，用搅拌器充分搅拌5分钟。注意保护自己，硅胶虽无毒但粘在衣服上很难去除；硬化剂为有毒物质，切莫直接与皮肤接触，也不要长时间与打开的固化剂呆在密闭环境中！硬化剂与硅胶混合后即失去毒性。

（3）、给卡纸模型表面均匀涂上润滑油，防止硅胶侵入卡纸内部，无法脱模。将调好的硅胶注入卡纸模型池，注意硅胶一调好即注入，以确保硅胶具有良好的流动性，充分接触卡纸模型的全部细节。

（4）、浇灌好后，置于干净平整处，至少需8小时固化。固化时间与温度及湿度有关。（5）、脱模，用美工刀等清除因卡纸模型有缝隙等产生的可能的多余部分，用清水及清洁剂彻底清洗，去除油污等，确保石膏模型的质量。

（6）、慢法调石膏，缓慢浇注，可边浇注边用毛刷刷硅胶模表面，以赶走可能出现的气泡，保证石膏模型表面的平整。硬化后脱模。若效果不好，例如表面有气泡等，可重新浇注。

后期加工：

若最后浇好的石膏模型表面仍有少量气泡或缺损部位，可用雕刀等蘸少许石膏液直接填补或塑型；

有多余部分或表面局部不平整，可用铲刀刮刀等直接铲平或刮平；大块石膏可用锯子（锯齿不可过大）直接锯下；

石膏模型 篇3

烟气脱硫石膏 (FGD Gypsum) 是对煤、油等含硫燃料燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏。我国电力工业以消耗煤炭来发电为主, 目前二氧化硫的排放量已居世界首位。为解决工业废气造成的环境污染, 国内越来越多的发电企业采用湿式石灰石-石膏法进行烟气脱硫, 每年由此产生2 000万t脱硫石膏, 现已成为继粉煤灰后的第二大固体废弃物。煤电厂对脱硫石膏的处理大部分以堆放为主[1], 随着国家对环保产业的重视和投入力度不断加大, 筹建和在建烟气脱硫项目正在迅速增加, 国内很多企业正开展工业副产石膏的综合利用研究工作, 以解决其对生态环境的污染问题[2]。

将改性脱硫石膏粉状母料作为水泥的替代物, 应用于煤矿的岩巷喷层支护结构中, 本文基于井下采用的锚、网喷支护结构, 形成“钢筋网片+喷射素混凝土”支护结构模型, 通过试验得出模型在均匀加载条件下的承载能力、试验过程中结构应力和应变特性等参数, 对材料的喷层结构进行试验研究。

1 试验设计

1.1 试验原材料

砂采用中砂, 含泥量1.2%, 细度模数2.5;粗骨料为瓜子片, 以上材料从矿上直接取样。拌合水为自来水;改性脱硫石膏。

1.2 混凝土的配合比

考虑到国家并没有针对脱硫石膏或改性脱硫石膏的性能出台相关的试验检验标准, 以下所提出的试验内容将全部参照水泥和混凝土的国家标准检验方法进行[3]。本试验中, 水灰比 (水膏比) 的设定将成为对比试验的关键。在保证改性脱硫石膏基混凝土具有流动性的前提下, 经过试验其配合比如表1所示。

1.3 试验方案设计

将专门加工好的模具立好模板后, 进行钢筋的绑扎与应变片的粘贴, 随后进行混凝土浇筑, 在浇筑模型的同时, 使用同样的材料浇筑3个100 mm×100 mm×100 mm的标准试块, 用于测量此模型材料的标准抗压强度[4]。将试件养护一段时间后拆模。模型荷载的施加是通过煤炭部鉴定的高强液压油缸来模拟支架承受的水平荷载, 用地脚螺栓和拉杆将竖直方向位移约束住。因为地脚螺栓和拉杆的刚度比较大, 所以可以忽略地脚螺栓和拉杆的竖向变形, 整个试件基本上是在平面应变的状态下进行荷载加载的[5]。

加载采用分段分级加载, 每级油压0.2 MPa, 加载过程分为三个阶段, 第一阶段对拱部分级加载至1 MPa;第二阶段顶压始终稳压在1 MPa, 对两侧腿部运用相同的方法分级加载至1 MPa;第三阶段当侧压达到1 MPa时, 拱部继续加载, 每级油压0.2 MPa, 此过程侧压始终稳压在1 MPa, 直至试件破坏, 根据油压与实际外荷载的关系, 换算得到实际作用在模型上的外荷载, 外荷载近似看做均布荷载。

2 试验结果与分析

为了分析模型试件截面应力的分布特征, 现将在试件加载过程中用电阻应变片测得的数据进行处理, 得到模型结构中混凝土处于弹性工作阶段, 因此可将实测得到的应变数据通过应力应变本构关系转换成应力[6]。荷载与应力的关系曲线见图1~4。

由图1~4可分析, 在第一阶段加载开始时, 拱部钢筋和混凝土基本处于线弹性阶段, 它们的应力与荷载近似成线性关系, 混凝土在外荷载小于0.08 MPa时, 应力增长不明显, 荷载超过0.08 MPa时, 应力随荷载增长明显, 环向应力与荷载近似成线性关系, 这与弹性厚壁筒的应力分布规律相吻合;钢筋在0~0.04 MPa是处于受压状态, 超过0.04MPa时从受压转变为受拉, 之后应力随荷载增加不明显。第三阶段加载开始时, 钢筋仍处于线弹性阶段, 拱部钢筋处于受压状态, 接近0.8 MPa时曲线出现斜率变小趋势, 继续加载钢筋应力均随荷载增加变化不大, 且应力已接近240 MPa, 表明钢筋已进入塑性状态。拱部混凝土仍处于线弹性阶段, 22号测点为受拉状态, 其余测点为受压状态, 22号与27号测点应力随荷载近似成线性关系, 但未超过混凝土的标准单轴抗压强度, 因此仍处于弹性阶段;其余测点随应力与荷载近似成线性关系, 增长明显, 12号、17号与32号测点在荷载接近0.5 MPa时曲线出现斜率变小趋势, 继续加载应力均随荷载增加变化不大, 且应力已接近混凝土的标准单轴抗压强度, 此时测点附近已出现裂缝, 已不能按照弹性阶段公式计算其应力, 混凝土进入塑性状态。在拱部荷载接近1.2 MPa时, 所有测点应力有突然减小的现象, 而位移有突然增大的现象, 表明钢筋与混凝土已经屈服。此时混凝土裂缝已明显增大, 试件破坏。

3 试件破坏特征与承载能力

试验时间随着荷载增加拱部先出现裂缝, 腿部后出现裂缝, 且基本为左右腿对称出现, 随着荷载增加, 裂缝继续发展, 后期拱部与左腿交接部位裂缝发展明显, 破坏时裂缝呈斜切状, 与试件表面具有一定角度, 呈现上下贯通, 表现为剪切破坏。试件破坏拱部荷载为1.2 MPa, 通过所得模型破坏荷载计算得到试件的抗压强度为30.2 MPa, 标准试块单轴抗压强度为27.6 MPa。

4 结论

以上数据说明在理想状态下的数值模拟得到的支护模型的破坏荷载和实验室测得的数据略有偏差, 但受力状态基本吻合, 都是模型拱顶内侧应力最大, 破坏先出现在支护结构的内侧。支护结构破坏时, 试验测得的应力为30.2MPa, 大于标准试块单轴抗压强度27.6 MPa及由理论公式计算得到的应力24.4 MPa, 表明支护结构在均匀荷载作用下有较高的承载能力, 可满足一般情况下喷层支护的要求。

试件强度要求合格, 支护结构将处于安全状态, 表明脱硫石膏基混凝土代替水泥混凝土运用于煤矿巷道支护是可行的。

参考文献

[1]马月文, 林海燕, 阳勇福, 郭献军, 沈丽婷, 王玉江.高强耐水脱硫石膏基胶结材的研制[J].新型建筑材料, 2012, 39 (8) :56-58.

[2]张方, 马彦涛, 胡将军.国内外火电厂烟气脱硫石膏的特点利用及处置[J].粉煤灰综合利用, 2003, 17 (4) :50-51.

[3]GB 50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].

[4]GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准[S].

[5]孟晓洁.复杂地质条件下深井巷道地面预注浆加固[D].淮南:安徽理工大学, 2012.

[6]荣传新.深厚冲积层冻结壁与井壁的力学特性及其共同作用机理研究[D].合肥:中国科学技术大学, 2006.

石膏模型 篇4

关键词：关键成功要素法,波特五力模型,北新建材,竞争战略

颗粒无收?这要从集群经济的成长规律中找答案, 要特别处理好政府与市场的关系。集群经济以个体和私营企业为主, 具有物种多样、依存共生和自组织的特点。同时集群经济发展又存在市场边界、市场失灵的弊端。对此, 政府要摆正自己的位置, 做自己该做的事情。这也是“沙集模式”探索出的以信息化带动农村集群经济发展的经验之一。

4、以多领域汲取“沙集模式”的发展优势

沙集的发展模式正在成为引领中国农业现代化的新模式。如何破解农业生产的发展难题, 我们可以从沙集模式找到方

的巨大变化, 从某种意见上来看, 这种变化才刚刚开始。当前, 电子商业正在整合重构整个工业生产体系, 沙集的发展引发了一个生产资源的重新配置, 当生产资源和要素重新在农村集结的时候, 当在城市的打工者重新回到农村的时候, 当许多现代物流公司进驻到农村的时候, 当大型银行的资金从城市重新回流到农村的时候, 我们需要重新审视信息化背景下中国农村现代化多元化的发展道路和发展模式。

以“网络+公司+农户”为特点的“沙集模式”中, 农民能够掌握自己的产业发展方向和生产产品的数量及价格, 最终能获得更多的就业机会。有订单, 再根据订单来生产产品的“沙集模式”是一个很好的模式, 农民在这种模式下根据自己当地的特色产品来做文章, 主要生产什么就在网上销售什么, 在这个基础之上要对自己的产品进行自主创新, 创造出自己的品牌。各个村、各个乡在利用电子商务平台的基础上, 要根据自己的特点来发展自己的网销模式。

当然, “沙集模式”的发展仍面临许多挑战, 需要良好的虚拟与实体经济良性互动的生态环境, 需要从个体经济到现代公司化的组织变革, 需要从产业价值链低端向高端的跃升, 更需要实现农村工业布局和基础设施建设从自发建设到有序规划的跨越。我们要在农村信息化的过程中不断地借鉴、发展和完善, 探索以信息化引领农村产业化发展的新模式。

(注:资助项目:山东省自然科学基金项目 (项目编号:

【参考文献】

[1]汪向东:自下而上的农村电子商务新模式“沙集模式”及其

启示[EB/OL].http://www.aweb.com.cn.2011-01-10.

[2]汪向东:“沙集模式”及其意义[EB/OL].http://www.ciweek.

(责任编辑:李文斐)

一、关键成功要素

关键成功要素法 (key success factors, K SF) 是1970年由哈佛大学教授W illiam Z ani提出的, 用于信息系统开发的规划方法之一, 即在现行系统中, 总存在着多个变量影响系统目标的实现, 其中若干个因素是关键的和主要的 (即成功变量) 。通过对关键成功因素的识别, 找出实现目标所需的关键信息集合, 从而确定系统开发的优先次序。这种方法在探讨产业特性与企业战略之间关系时也常常使用, 是企业在结合本身的特殊资源和能力, 应对组织内外环境中的重要要求和条件, 以此来获得良好的绩效。关键成功要素法通过分析找出使得企业成功的关键因素, 然后再围绕这些关键因素来确定系统的需求, 并进行规划。

关键成功因素的重要性在于其置于企业其他所有目标、策略之上, 寻求管理决策阶层所需的信息层级, 并指出管理者应特别注意的范围。若能掌握少数几项重要因素 (一般关键成功因素有5—9个) , 便能确保相当的竞争力, 它是一组能力的组合。如果企业想要持续成长, 就必须对这些少数的关键领域加以管理, 否则将无法达到预期的目标。同一个产业中的个别企业会存在不同的关键成功因素, 关键成功因素有四个主要的来源:一是个别产业的结构:不同产业因产业本身特质及结构不同, 而有不同的关键成功因素, 此因素是决定于产业本身的经营特性, 该产业内的每一公司都必须注意这些因素。二是竞争策略、产业地位及地理位置:企业的产业地位是由过去的历史与现在的竞争策略所决定的, 在产业中每一公司因其竞争地位的不同, 而关键成功因素也会有所不同, 对于由一两家大公司

业务竞争战略构建

和5F模型方法

赵富强1

湖北武汉430070北京100101)

主导的产业而言, 领导厂商的行动常为产业内小公司带来严重问题, 所以对小公司而言, 大公司竞争者的策略可能就是其生存竞争的关键成功因素。三是环境因素:企业因外在因素 (总体环境) 的变动, 都会影响每个公司的关键成功因素。如在市场需求波动大时, 存货控制可能就会被高阶主管视为关键成功因素之一。四是暂时因素:大部分是由组织内特殊的理由而产生, 这些是在某一特定时期对组织的成功产生重大影响的活动领域。

对于一个行业而言, 也有发展的生命周期, 不同阶段具备不同的特点, 竞争要素也各有不同, 企业除了结合自身的资源秉赋外, 更要顺应行业大势, 把握住行业每个阶段的关键点。由于建材是涉及国计民生的基础产业, 与钢铁、冶金等重投资型大行业相比, 建材行业相对属轻投资型行业, 市场竞争非常充分, 只有把握了关键成功要素, 才有可能在竞争中获胜。因此, 本文旨在以建材行业为分析对象, 来探讨这个行业的特点, 从而分析在这个行业取得成功的关键。由于竞争策略、产业地位以及地理位置和暂时因素等关键成功要素变化无常, 不同企业情况各异, 为使战略环境分析更具有共同性, 我们主要从产业结构、环境因素的角度进行分析。从其宏观用途着手, 来分析其共性特点和发展趋势。

二、基于KSF的建材石膏板行业特点分析

1、购买者与使用者的分离

建材是建筑的基础材料, 不管是公用建筑, 还是民用建筑, 其最终都是为了给人提供居住或活动的空间, 所以从这个意义上说, 建材是典型大众化消费产品, 但与其他的大众化消费产品的最大区别是, 其他大众化消费产品多由消费者本人或家庭直接购买, 而建材产品的直接购买者并非最终的使用者。购买者与使用者的分离, 是建材行业有别于其他消费品行业的最突出特点, 也是我们分析问题的起点。

2、行业利益相关链条较长

购买者与使用者的分离, 直接导致的另一结果是建材行业的利益相关链条长, 包括业主方、建筑施工承建方、装饰装修商、工程设计商、材料供应商、材料生产商、最终用户 (有时与业主方重合) 。业主方关心的是质量和成本, 建筑施工承建方关心的是成本和施工难易程度, 装饰装修商关心的是成本和装饰性, 工程设计商关心的是装饰性和功能性, 最终用户关心的是环保、节能及装饰性, 材料供应商 (流通商) 关心的是流通效率和盈利空间。各方的利益诉求不同, 且都对建材产品的选用有发言权或谏言权, 都会影响到最终的决策选择, 所以建材供应商或生产商如果要在市场竞争中胜出, 必须得到各利益相关者的共同认可。

3、市场容量大, 应用广泛

中国的石膏板行业起步于上个世纪70年代, 最初引进的是国外的生产线, 尽管石膏板产品在引入中国前已在国外有非常成熟和普及的应用, 但在中国市场推广的前期, 还是遇到了很大的阻力, 由于质轻体薄, 其用途性能受到中国用户的很大质疑。经过三十多年的市场推广, 目前在楼堂馆所等公共建筑领域, 已在吊顶、隔墙中有普及性使用, 在民用住宅中也有一定的应用, 但应用率还非常低, 与发达国家相比有很大的差距。据统计, 美国每年的人均石膏板消费量12平米左右, 欧洲等国家每年的人均石膏板消费量也在5—6平米左右, 而中国2010年的人均石膏板消费量仅1.5平米左右, 主要原因就是民用建筑占建筑总量的比例很高, 石膏板在民用建筑中的应用比例还比较低, 目前城市楼房装修中, 仅在吊顶、分室墙中有少量的应用, 所以说石膏板在民用建筑中的应用还处在方兴未艾的发力期。另一方面, 由于中国人口多, 城镇化建设、新农村建设、旧房改造的工程量巨大, 所以石膏板产品的市场容量也非常巨大, 这是中国石膏板行业第一个重要的特点, 即市场增长潜力巨大。从近几年中国石膏板行业的总增长量来看, 每年的增长率超过20%, 超过很多行业的增长率, 更远高于国家G D P的涨幅。

4、建设成本低, 增长速度快

由于石膏板的投资建设成本相对较低, 有一定规模的先进生产线的投资额需1-2亿, 民营企业选择的规模小、质量低的生产线只需几百万的投资, 投资门槛相对较低, 所以庞大的市场规模和较高的增长率吸引了大量涌入的市场竞争者。不管是外资企业, 还是国营、民营企业, 都看好石膏板行业的市场前景, 大举扩张发展。市场竞争激烈, 企业实力和技术水平参差不齐, 是中国石膏板行业的第二个特点。

5、受制于上游供应商资源的分布

中国石膏板行业的第三个特点来自于上游原料供应商, 以往石膏板大多以天然石膏为原料, 工厂建设受制于矿产资源的分布。随着中国环保事业的不断推进, 燃煤电厂全面要求脱硫排放, 以减少酸雨危害。电厂脱硫后产生了大量的工业废弃物———脱硫石膏, 脱硫石膏的品位高, 是制造石膏板的理想原料, 这对石膏板行业是一个绝大的利好机会, 企业可以摆脱以往对石膏矿山资源的依赖, 在更广的地域范围里生产制造, 给行业的规模扩张提供了原料基础。在电厂脱硫初期, 脱硫石膏作为工业废弃物, 属于等待消纳的“垃圾”, 但随着各地石膏板生产线的陆续建设, 以及脱硫石膏在水泥等领域的全面应用, 这种以往的“垃圾”成了稀缺资源, 并成为制约很多石膏板企业发展的瓶颈, 这就是中国石膏板行业的第三个主要特点。

三、基于5F的建材石膏板行业竞争环境分析

企业的经营发展面临众多的资源限制, 特别是在充分竞争的行业里, 要想取得长久的竞争优势, 必须要抓住行业的关键成功要素, 将企业的资源集中投放于此, 形成在行业关键成功要素上的核心竞争力。我们使用波特的五力模型, 通过对以下五个维度竞争要素的综合权衡来找出中国石膏板行业的关键成功要素。

1、上游供应商

脱硫石膏的供应商是垄断地位的电力企业, 而且脱硫石膏资源在当前及未来较长的一段时间内将属于供应存在一定紧缺的资源。所以石膏板企业要想赢取资源供应优势, 一定要快速抢占资源, 在电厂将脱硫石膏作为“垃圾”处理的初期开展合作, 增强其合作意愿, 从而在供应领域占领主动权。

2、竞争对手

石膏板行业目前竞争者林立, 竞争者梯队清晰。外资品牌和国产的龙牌石膏板位于竞争的第一梯队, 品质高、价格高;以泰山为主要代表的国产品牌位于竞争的第二梯队, 也是市场容量最大的梯队, 品质好、价格适中, 性价比相对较高;第三梯队充斥着大量民营企业生产的质量价格低劣的石膏板。由于石膏板属品质区分度高的产品, 产品的平整性、可加工性、环保性等差异很大, 所以梯队分级与品牌美誉度直接相关, 要想在竞争中占据高端的领导性地位, 必须在品牌上处于领先优势。

3、潜在进入者

巨大的市场容量和市场增长潜力以及相对较低的投资建设成本, 吸引了大量的潜在进入者, 包括扩张规模的已进入市场者和市场的新进入者。如何来有效阻止潜在进入者的不断涌入?对有实力、扩大规模的先入者, 要采用先发制人, 先其而动, 对其形成全面包围之势, 以扼杀其扩张发展态势;对拟新进入者, 要通过较高的技术壁垒来增大其进入难度, 或者不断提高自身的技术水平和产品的技术含量来拉大与落后者的差距, 从而扼制潜在的进入者。

4、替代性产品

作为隔墙材料, 具备与石膏板类似性能优势的替代产品是不多的, 木墙、玻璃墙或是砖石墙与石膏板隔墙相比, 在环保、价格、装饰性与施工便利度方面各自有很大的劣势。作为吊顶材料, 石膏板存在一定的替代性产品, 包括矿棉板、硅钙板等, 但由于应用领域各有侧重, 功能优势也有较多不同, 在功能需求一定的情况下, 基本上不存在替代性产品的问题。所以这个维度对于石膏板行业的关键成功要素影响不大, 基本可以忽略。

5、客户

不管是公共建筑还是民用住宅, 石膏板大多应用在装饰装修环节, 由于其造价在装饰装修总成本中所占的比重较低, 又属于内装饰工程, 所以以往不太被直接客户和最终用户所关注。但随着对建筑环保、节能、防火、隔声等综合性能要求的不断提高, 以及石膏板应用技术体系的不断成熟, 石膏板产品体系对于建筑使用性能的影响已被越来越多的客户所认识, 因而越来越多的客户开始指定石膏板的品牌, 而选择何种品牌就主要取决于品牌的美誉度和市场口碑。

四、基于建材石膏板行业竞争制胜的关键途径

1、品牌打造可以解决长链条的销售攻关和竞争差异化问题

建材及石膏板行业的相关利益方多, 长链条的销售公关固然可以解决这个问题, 但难度很大。除此之外, 赢得共同认可的最直接、最有效的手段就是打造品牌的知名度。由此我们总结, 建材行业首要的关键成功要素就是品牌。品牌是产品质量、技术创新、企业管理、营销与服务、企业文化、产品与企业形象、内涵与外延等综合价值和竞争力的总和。知名品牌的打造, 不只是广告投入所带来的知名度, 而应在知名度的背后, 凭借稳定、可靠的产品质量来提高美誉度, 最终以广泛的美誉度来赢得各利益相关者的一致认可。

2、技术可以解决行业竞争的成本和差异化竞争问题

根据波特的竞争战略, 企业竞争主要有两种手段, 一是差异化战略, 二是成本领先战略。对于技术含量高、品质区分度高的建材产品而言, 企业可以实施差异化战略, 以技术为支撑, 以品质塑造差异化形成品牌的独特定位, 形成面向目标市场、目标客户的竞争优势。对于技术含量一般或者产品品质差异度低的产品而言, 稳定、可靠的质量不再成为关键问题, 能否形成竞争优势就取决于能否成功实施成本领先战略, 能否有核心的技术专长、运营管理手段来形成成本优势。其中技术专长对成本的影响起决定性作用, 运营管理效率对成本的影响起次要性作用。所以在建材行业, 不管是产品品质区分度高还是低的产品, 归根结底企业的竞争优势依赖于企业的技术能力、技术创新的水平。

综上所述, 建材行业的关键成功要素在于品牌和技术, 品牌决定当期的市场份额, 技术决定长期的市场份额。反观中国的建材企业, 由于行业进入门槛相对较低, 从业者素质参差不齐, 轻品牌、轻技术者居多, 多数企业处在无序竞争的层次。由于中国的市场容量巨大, 建材产品的消费、供应也受运输距离限制而呈现区域化的特点, 所以许多不重视品牌、技术的建材企业也得以生存。但随着市场的逐渐成熟, 随着企业的不断并购扩张, 若不把握这些关键成功要素, 企业的生存将愈加困难。因此, 对于中国的石膏板行业企业而言, 关键成功要素主要是:规模扩张速度与资源抢占能力、品牌美誉度、技术创新能力。这是基于对行业整体分析形成的结论, 具体到每个企业, 还需要结合企业自身的发展阶段, 在行业的竞争地位, 自身所具有的资源秉赋条件, 来选择最适合自身的关键成功要素及最优的发展路径。下面我们以北新建材企业为分析对象, 根据其资源秉赋情况来探究其关键成功因素, 并与其自身的实践进行对比。

五、北新建材石膏板业务的竞争战略

1、基本概况

北新建材成立于1979年, 是将中国石膏板引入规模化生产的第一家企业, 自创立起至上个世纪90年代外资石膏板进入中国前, 在中国石膏板行业长期处于启萌者、引领者的地位。

2、SWOT分析

综合而言, 北新建材当时所具备的优势 (S) :有多年市场推广形成的较好的品牌美誉度基础, 设备引进国外的时间较早, 技术基本消化吸收, 具备一定的技术基础。劣势 (W) :与外资品牌的强大号召力相比, 品牌美誉度还不够, 生产制造过于集中, 缺少规模优势, 与民营企业相比缺乏成本优势, 所以综合性价比不高。机会 (O) :转机来自于中国经济增长方式向“资源节约型、环境友好型”的转变, 燃煤电厂全面要脱硫以满足环保要求。挑战 (T) :随着外资品牌、民营品牌的大举进入, 北新建材的石膏板产业在上世纪90年代末、本世纪初一度滑落到中国第三的规模, 品牌的优势地位也岌岌可危, 生存遇到很大问题。

3、竞争战略

在以上战略环境分析的基础上, 北新建材扬长避短进行了突围。首先, 进行全国性产业布局, 敏锐地意识到并把握住了战略机会, 先行业大势而动, 以上游原料供应商为核心开始进行全国性产业布局, 并快速果断实施, 用三年的时间将石膏板的业务规模发展成为中国第三, 又用两年的时间发展成为亚洲第一。截至2010年底, 北新建材的石膏板产能从2004年的4500万平米发展到10亿平米, 在中国石膏板市场形成了绝对的压倒性地位。通过此举, 一是快速抢占了上游的原料资源, 在资源上扼制了后发者的进入愿望, 包括外资品牌的扩张速度。二是克服了建材产品由于货值低而形成的运输距离限制, 以密集的布局、较低的成本保障全国性的供应, 使北新建材的地域性品牌有可能发展成为全国性品牌。

其次, 北新建材在大举扩张规模发展的同时开始在品牌和技术上发力, 并明确将品牌建设和技术创新作为推动企业发展的两大引擎。为全面提升品牌的知名度、美誉度, 北新建材制定了非常明晰的品牌建设策略, 囊括了品牌的定位、品牌的宣传到品牌形象的维护、品牌价值的提升等各方面。在品牌定位上, 着力强化龙牌石膏板的高端定位, 与外资品牌站在第一阵营, 不因产能的扩张而降低品牌的等级。为了捍卫和不断提升高端品牌的定位, 坚持在质量、价格上全面领先于外资品牌, 不因扩张而忽视对产品质量的关注, 不因竞争激烈而轻易调低市场的售价, 避免给客户造成不必要的质量误导。为了不断提升品牌的知名度、美誉度, 凭借自身的实力, 北新建材积极参评各类重量级奖项, 并明确将拿下品牌界的各项奥斯卡奖作为坚定不移的目标。几年间, 北新建材相继取得了中国名牌产品、中国驰名商标、国家免检产品、国家环境标志认定产品等荣誉称号, 通过外部荣誉赢取了客户的信赖。同时, 北新建材还抓住一些关键性热点事件, 展开营销, 比如抓住奥运、世博等全世界瞩目的时机, 策划并被授予奥运品牌贡献单位、参与世博贡献单位等, 通过这些举措快速放大和急速提升并强化了龙牌石膏板的知名度和美誉度, 与其他品牌建立了鲜明的区分度。

再次, 市场和客户, 两手抓两手硬。品牌荣誉是为了赢取更大的市场, 品牌的知名度只依靠外部机构授予的荣誉是不够的, 市场和客户是否选择才是根本。为此, 北新建材制定了以拿下国家各大重点工程、各地的标志性工程为特征的制高点策略, 目标明确后部署了清晰的实施步骤, 收集所有重点工程的项目信息, 了解客户装饰装修所面临的主要需求和关键挑战, 从客户的功能需求出发, 为客户提供完善的应用解决方案, 积极地与客户沟通, 满足甚至超越客户的需求。

最后, 通过动态制高点战略不断实现动态竞争优势。一是通过重点工程和地标建筑制高点战略, 北新建材取得了全面的成功。北京奥运场馆中包括鸟巢、水立方在内的需要使用石膏板、龙骨的所有场馆, 北新建材都以不低于世界500强的价格, 凭借世界一流的品质独家中标, 出色地完成了鸟巢等高难度隔墙的方案设计与产品开发, 以及中国馆、日本馆、澳大利亚馆等在内的四十多个世博场馆, 中国第一高楼上海环球金融中心、北方第一高楼天津津门津塔群、华南第一高楼广州西塔、亚洲最大单体酒店澳门威斯尼人酒店、世界十大建筑奇迹之一当代万国城、首都航站楼、C C T V新台址等, 在这些全世界都有很大影响力的建筑中, 北新建材都以世界一流的品质和不低于世界500强的价格全面中标, 在工程项目制高点一役中取得了战略性胜利, 并通过建筑工程的知名度进一步强化了北新建材龙牌产品的高端尊贵地位。二是通过客户制高点战略, 与全国各大装修公司、建筑公司建立战略合作关系, 加大在高端直接客户中的影响力。三是通过渠道制高点, 与全面主流经销渠道形成全面合作, 通过其辐射更广更大的客户群。四是通过产学研制高点, 与全国知名设计院所、高校建立合作关系, 把握和引导未来建筑的发展趋势。五是通过标准制高点, 主导和参与行业标准制定, 推动行业的进步升级。通过这些逐步深入、稳步推进的举措, 北新建材的高端品牌形象被牢牢树立, 在市场上占有绝对领导性地位。

通过不断的战略管理创新, 2009年, 北新建材在世界品牌实验室评估的中国最具价值品牌500强中, 排列第95位, 品牌价值评估达到76亿;2010年, 位次前进到第87位, 品牌价值评估增长到93亿, 在建材行业排名第一。

参考文献

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[3]Porter.The Competitive advantage of Nations[M].New York:Free Press, 1998.

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[5]张爱民:关键成功因素法在决策者信息需求识别中的应用[J].晋图学刊, 2009 (6) .

脱硫石膏替代天然石膏技改体会 篇5

2008年9月份开始, 我公司进行了用脱硫石膏完全代替天然石膏的生产应用研究, 解决了脱硫石膏粉下料不畅等问题, 经过三年的生产实践, 脱硫石膏已完全代替了天然石膏, 水泥质量稳定, 已累计消耗脱硫石膏近6万吨, 减少了环境污染, 促进了资源综合利用。

1 成本分析

脱硫石膏是发电厂烟气脱硫时生成的一种工业副产石膏, 主要成分为Ca SO4·2H2O。SO3含量在40%左右、附着水含量在15%左右、烧失量低于2%的脱硫石膏可用作水泥缓凝剂, 经过试验, 若对水泥强度、安定性无任何副作用即可使用。尤其是本地区脱硫石膏资源丰富, 价格低, 进厂落地价含税在65元/吨左右, 使用后可使吨水泥成本降低4~5元。从降低水泥成本考虑, 用脱硫石膏代替二水石膏已势在必行。

2 数据搜集

2008年10月份对沧州国华电厂送样脱硫石膏进行了小磨试验, 数据如表1。

此样品SO3含量为43.83%, 通过以上试验可知, 完全可以应用于大磨生产。

3 实施方案

脱硫石膏是粉状物料, 且含有一定量的水分, 需进行下述技改以解决下料不畅问题, 满足使用要求。

在水泥磨厂房北侧增建脱硫石膏使用装置, 包括1个料斗、2个振动器、2条皮带输送机、1台计量秤, 总投资在11.2万元。料仓容量为10t, 上口长3.5m, 宽2.5m, 高2m, 下口宽0.4m。在料仓下部两侧对称安装两台ZW-10型三相附着式混凝土振动器。磨机工根据悬挂皮带秤在微机上的称重显示数据, 设置时问继电器振动间隔时间和每次振动时间, 操作简单, 下料流畅。

4 效益分析

我公司进厂天然二水石膏价格在165元/吨, 脱硫石膏价格在65元/吨, 生产过程中天然二水石膏掺加量在5.5%左右, 脱硫石膏小磨试验最佳掺加量在2.5%左右, 照此核算吨水泥成本可降低4.41元 (天然二水石膏与脱硫石膏掺加量的差值由矿渣补充, 进厂矿渣含税落地价75元/吨) , 每天按生产900t水泥计算, 31天即可收回投资, 效益明显。

5 结语

磷石膏制备建筑石膏的实验研究 篇6

国内外对磷石膏的资源化利用开展了大量的研究工作[3,4],取得了一些科研成果和产业化业绩,形成了磷石膏生产硫酸联产水泥技术、磷建筑石膏粉、石膏板、空心石膏砌块等成熟技术。其中磷石膏制备熟石膏粉,进一步加工生产石膏板和磷石膏砌块技术,由于具有高效、低成本、低能耗和消耗量大等优点,具有极大的工业化前景[5,6]。

本研究目标是以磷石膏为主要原料,通过焙烧制备熟石膏粉,再通过陈化改性,改变熟石膏粉质量,从而达到高效、低成本、低能耗利用磷石膏的目的。

1 实验部分

1. 1 实验药品及仪器

奈系减水剂( FDN) ; 聚羧酸减水剂( G - 30) 。盐酸,AR; 邻苯二甲酸氢钾,AR; 95% 乙醇,AR。

D / Max2200型X射线衍射仪 ( 日本) ; 8420+ 型X射线荧光光谱仪( 瑞士ARL公司) ; MAS-TERSIZER - 200( 德国) ,WHY - 300压力试验机( 上海华龙) ; 电热鼓风干燥箱 ( 上海实验仪器厂) ; 水泥稠度凝结测定仪( 维卡仪) ; 稠度仪; 棒磨机,PHILIPS - HR2096搅拌机; 水泥快速试模。

1. 2 实验过程

以磷石膏为原料,在干空气中焙烧 ( 150 ~170℃ ) 制备β半水石膏粉,通过陈化改性控制石膏粉结晶水质量分数为4. 5% ~ 5. 5% ,根据建筑石膏粉性能测定中水膏比结果添加水和外加剂,在模具成型设备中制备测试用石膏块和石膏产品。其工艺流程见图1所示。

1. 3 建筑石膏性能测定

石膏三相分析参照中华人民共和国国家标准G / B 5484 - 2012《石膏化学分析方法》; 石膏标准稠度、凝结时间、强度等性能测定参照中华人民共和国国家标准G/B17669. 3 - 1999《建筑石膏力学性能》测定。

2 结果与讨论

2. 1 磷石膏分析及形貌表征

实验用磷石膏化学成分见表1。

采用扫描电镜观察磷石膏中二水硫酸钙晶体结构,结果见图2。图2表明,磷石膏组成总体上分为3部分: 粗颗粒,石膏晶形完整,表面平整,厚板状,粒度大小介于20 ~ 80μm; 细颗粒,晶形不规则,具有平整表面和光滑边缘,粒度大多小于5μm; 石英颗粒与化学分析相一致,吸附于石膏晶体表面或介于石膏晶体之间,类似胶结状不规则晶体。

2. 2 磷石膏预处理提纯

称取150. 0 g磷石膏,加入到500 m L 1mol/L盐酸溶液中,设置反应温度80℃,反应时间4 h,待反应完全后,静置分层,下层酸洗磷石膏用清水洗至中性,即得酸洗磷石膏,其成分分析见表2,外观见图3。

表2表明,磷石膏经过酸洗提纯后,Ca O和SO3含量增加,Si O2和其他杂质含量减少,经分析计算可知,提纯后Ca SO4·2H2O含量大于92. 0% 。目测石膏白度增加; 实验过程中用酸洗进行预处理的目的是降低其他杂质含量,提高Ca SO4·2H2O含量,但存在酸洗成本高,经济效益差等缺点,后续实验以未酸洗磷石膏为原料制备半水石膏粉和石膏样品。

2. 3 磷石膏制备建筑石膏粉工艺条件

2. 3. 1 焙烧温度对石膏粉成分及力学性能的影响

在恒温2 h条件下,于不同温度下焙烧制备磷建筑石膏粉,并对其进行了相分析和物理力学性能测试,实验结果见表3和表4。

由表3可知,在温度达到设定值后并保温2. 0 h时,在焙烧温度大于170℃后,熟石膏粉Ca SO4·1 /2H2O含量大于72. 0% ,Ca SO4·2H2O含量小于9. 6% ; 随着温度升高到190℃,Ca SO4·1 /2H2O含量增加到77. 87% ,Ca SO4·2H2O含量降低至0,而可溶性无水石膏Ⅲ( Ca SO4) 增加至5. 0% ,综合考虑建筑石膏标准和实验条件,选择焙烧温度180℃。

由表4可知,磷石膏的初凝时间和终凝时间随着焙烧温度的升高变化不大,基本都能满足国家标准需求。根据GB /T 9776 - 2008《建筑石膏》物理力学性能标准分类,磷建筑石膏粉能达到国家1. 6级以上标准。

2. 3. 2 焙烧时间对建筑石膏粉力学性能影响

选择焙烧温度180℃,考察不同焙烧时间对石膏性能的影响,结果见表5。

由表5可知,焙烧时间小于2. 0 h时,磷建筑石膏粉中残留二水石膏较多,影响石膏产品的强度; 焙烧时间为2. 5 h时,又会使石膏过烧,部分生成Ⅲ型硬石膏,这部分石膏与半水石膏的水化速度不一样,影响石膏的物理力学性能。实验中取不同焙烧时间熟石膏粉进行力学性能测试,实验结果如图4所示,结果表明: 当焙烧时间达到2h时,石膏产品抗压强度达到9. 6 MPa,随着焙烧时间增加,抗压强度增加不明显。结合磷石膏粉三相分析和力学测试,将焙烧时间定为2. 0 h。

2. 3. 3 减水剂对磷建筑石膏的增强作用

加入减水剂可显著改善建筑石膏的力学性能,强度的提高是拌和用水量减少的结果,添加减水剂后干燥24 h,测定结果表6。

从表6中看出,建筑石膏强度随着减水剂掺量的增加而升高,在生产过程中添加量约0. 5% 。磷建筑石膏空白抗折强度为9. 1 MPa,添加聚羧酸减水剂时,掺量0. 5% 时,抗折强度达到14. 6 MPa,强度提高近60. 44% ; 添加FDN减水剂后,当掺量0. 5% 时,抗折强度达到14. 8 MPa,强度提高近56. 02% 。其SEM电镜分析见图5。图5结果表明,掺减水剂石膏产品较空白密实,强度更高,这主要是由于加入减水剂后,石膏硬化体的晶体这间搭接更为密实,晶体之间的空际相应变小所致。

3 小结

通过磷石膏预处理,焙烧制备建筑石膏粉,实验结果表明:

1) 石膏晶体以片状为主,晶形表面平整,厚板状; 石英颗粒吸附于石膏晶体表面或介于石膏晶体之间,类似胶结状不规则晶体。通过酸洗后能提高石膏中Ca SO4·2H2O含量和白度,存在问题是预处理成本高;

2) 磷建筑石膏粉焙烧工艺条件: 焙烧温度在180℃范围内,焙烧时间2 h,三相分析结果表明,半水石膏含量达到76. 6% ,抗折强度达到9. 6 MPa;

3) 减水剂可显著提高石膏流动性,对石膏水化进程,水化产物形貌影响较小但可明显改善硬化体孔结构,使孔隙率降低,孔径细化。

摘要：研究了磷石膏制备建筑石膏粉的工艺条件,通过添加减水剂改善磷建筑石膏粉的力学性能。采用常规分析方法、XRD和扫描电镜等方法对磷石膏原料,磷建筑石膏粉进行分析和表征。结果表明:磷石膏为片状结晶体,含有少量石英颗粒;在温度180℃和焙烧时间2.0 h条件下,半水石膏含量达到76.6%;磷建筑石膏粉强度随着减水剂掺量的增加而升高,聚羧酸减水剂掺量0.7%时,抗折强度达到15.0 MPa,强度提高近64.84%;FDN减水剂掺量0.7%时,抗折强度达到14.8 MPa,强度提高近62.64%。

宁夏石膏资源及石膏产业发展前景 篇7

宁夏石膏探明资源储量约26亿吨, 列山东、内蒙古、青海、湖南和湖北之后, 居全国第六位, 是我区潜在经济价值仅次于煤的优势矿产资源。优质石膏 (矿石中石膏+硬石膏含量大于85%) 和高纯度石膏资源量约1.3亿吨, 约占总量的5%。但其矿床勘查程度较低, 经勘探者1处, 详查4处, 普查2处, 其余均为预查或找矿阶段。预测资源量, 在300m以浅, 逾520亿吨。石膏矿产资源主要分布于盐池县中部、中卫市西部和中宁、海原、同心三县交界地带等三个地区。此外, 在六盘山地区、南西华山等地区也有少量分布。全区目前, 区内已知石膏矿产地 (矿床和矿点) 共有30多处, 其中大型 (储量大于3000万吨) 9处、中型 (储量1000-3000万吨) 2处、小型 (储量小于1000万吨) 9处, 矿点10处。已探明储量的矿产地 (进行过普查或详查) 有5处, 包括大型矿床3处 (中宁贺家口子、中卫小红山和盐池石记场) , 小型矿床2处 (中卫甘塘和固原双河湾) 。其中, 中宁贺家口子矿占据了绝大部分探明的资源储量 (24.11亿吨) 。宁夏的石膏皆为沉积型, 成矿时代以渐新世为主, 次为早石炭世, 个别为早白垩世。现分述如下:

1.1 早石炭世石膏矿

赋存于下石炭统前黑山组, 该组在中卫、中宁地区有石膏大型矿床1处, 小型5处, 矿点2处, 矿石质量好。代表性主要有:小红山石膏矿床和甘塘石膏矿床。属海陆交互相膏盐建造, 为早石炭世泻湖相矿床。其资源量占全区总量的0.09%。

该组赋石膏1-6层, 主要为一层。厚一般为10-55m, 个别地段仅2m。矿石自然类型有灰白-灰黑色细-粗晶质石膏、半透明块状石膏、条带状石膏、含灰岩碎屑角砾状石膏、泥质石膏、硬石膏为主, 另有少量土沫状风化石膏及裂隙次生填充纤维状石膏脉。矿石化学成分Ca SO4·2H2O含量在80.13-95.77%。

1.2 渐新世石膏矿

赋存于渐新统清水营组, 岩性为砖红、褐红色泥岩、粉砂岩夹灰绿色砂岩、泥岩及石膏层, 属河湖相红色碎屑岩含石膏建造, 湖泊相石膏矿床, 地层可见厚1000m。代表性主要有:贺家口子石膏矿床、石记场石膏矿床和南泥沟石膏矿床。

该组为区内主要含石膏层位, 共发现石膏矿床 (点) 21处, 其中大型8处, 中型1处, 小型5处, 矿点7处。其资源量占全区总量的99.13%。

在盐池地区, 含石膏1-4层, 厚1.6-24.51m, 矿石成分Ca SO4·2H2O+Ca SO4含量在78.09-96.76%。

在中宁贺家口子-田子一带, 含工业石膏矿层12-147层, 厚29.08-151.57m, 单层最大厚度36.71m。矿石成分Ca SO4·2H2O+Ca SO4含量一般为55-85%。

在张易-赵家洼地区, 石膏层变薄, 张易一带, 含石膏多层, 厚0.2-0.5m, 赵家洼一带含石膏2-3层, 厚3.32-5.22m, 矿石成分CaSO4·2H2O含量在71.20-75.46%。

1.3 早白垩世石膏矿

赋存于下白垩统乃家河组, 岩性为兰灰、紫红色钙质泥岩、灰岩夹石膏层。为湖泊相沉积。本组仅海原县阳明地区发现石膏矿点1处, 含石膏7层, 总厚1-1.5m, 单层厚2-3cm, 矿石Ca SO4·H2O含量平均87%。

宁夏境内的石膏矿床主要有两大类:一类是产于古近纪渐新世湖相蒸发岩系, 以泥质石膏、条带石膏为主, 矿层及矿石质量变化大, 矿层多, 分布广, 资源量巨大, 是我区探明和预测石膏资源的主要类型;另一类是产于早石炭世早期滨海泻湖相蒸发岩系, 以晶质块状、条带状矿石为主, 矿层厚度变化大但质量较稳定, 分布局限, 资源量相对较小, 是目前我区石膏开采的主要类型。此外, 尚有早白垩世晚期湖相蒸发岩系的石膏, 因层多而薄, 无开采价值。

宁夏石膏品种主要有:雪花石膏、纤维石膏、透明石膏和泥质石膏四种。优质石膏 (矿石中石膏+硬石膏含量大于85%) 和高纯度石膏资源量约1.03亿吨, 约占总量的5%。宁夏石膏矿山多分布在包兰、中宝两条铁路带两侧, 距铁路直距4-50公里范围以内, 铁路外运方便。矿区资源储量丰富, 已探明的石膏矿石大部分属于Ⅰ级品和Ⅱ级品, 且开采技术条件优越, 矿体厚度大, 埋藏浅, 产状稳定, 均适于露天开采。目前所有矿山均为露天开采, 开采成本较低。

宁夏石膏资源预测量约520亿吨。圈定的石膏矿产远景区有2处:中宁、海原、同心的喊叫水-前川远景区和盐池高沙窝-小青山远景区, 远景资源潜力巨大。据踏勘及已知资料分析, 如按20%的优质石膏比例计, 盐池县中部石膏矿集区内优质石膏潜在资源将达2.6亿吨。且本区石膏矿层构造简单, 优质石膏层与普通石膏较易剥离。这将是我区今后最有前景和开发价值的石膏产业区域, 特别是中部石记场-黄米湾一带。

2 宁夏石膏资源开发利用现状

宁夏石膏资源虽丰, 但大多数未充分利用。至今正开采的矿区仅8处, 不足已勘查矿床的1/3。现开采者有小红山、甘塘、红佛寺、石记场-陈家圈、王家庄、南泥沟、石峡口、麻黄山等8处, 开采方式均为露天手工-半机械化开采的小型矿山, 大部分均不分矿石级别混采, 大多数矿山呈间歇式开采, 规模很小。我区石膏开采量不到全国总量的5%。

3 宁夏区内石膏产业现状及存在的问题

根据国内市场状况和宁夏具体条件, 从1999年起, 宁夏石膏产业进行了产业结构调整, 从出卖原矿和生产低档普通石膏粉转变为发展高档次、较高效益和高附加值的陶模粉、特种用途石膏粉、建筑用粉刷石膏、各种石膏制品等。宁夏石膏粉在生产水平、产品质量和档次、生产工艺和装备上等方面在全国应该说是最高的, 在全国有重要影响。如粉刷石膏是国内第一条从德国引进的生产线, 从而带动了整个国内粉刷石膏的发展。再如:α型高强石膏生产线也是宁夏建成第一条生产线, 而后传播到国内11省市自治区的。我区石膏加工工业基础薄弱, 规模小, 产量低, 流动资金不足, 货款回收困难, 人才严重缺乏, 距离市场远, 交通运输费用高, 缺少大型石膏加工企业。目前共有20余家石膏粉加工企业, 实际年产量只有18万吨, 石膏砌块40万m2, 纸面石膏板3500万m2。开采石膏原矿石约50余万吨。

4 宁夏石膏工业发展前景

4.1 区位战略背景

宁夏拥有整个西部地区的共同特点, 既有劳动力成本优势和资源优势, 但在管理水平和产品质量方面劣势明显。国家西部大开发把银川列为欧亚大陆桥西陇海兰新线经济带和呼包银西经济带上的重要节点城市。这一区域正处于全国陆地腹心部位, 已经初步形成了煤炭、电力、冶金、化工、建材、机械、轻纺、新材料、生物制药和特色农产品等具有现代化水平和区域特色的产业带。

宁夏矿产资源总的特点是以煤、石膏、石灰岩、粘土、白云岩等沉积类能源及非金属矿产为主, 占全部矿产的90%以上, 形成了典型的煤-建材非金属型矿产资源结构。宁夏具有能源优势, 发展建材工业潜力巨大, 其中煤、煤层气等能源矿产和石膏等非金属矿产具有资源开发前景。

4.2 石膏工业发展方向

宁夏石膏资源储量丰富, 大中型矿床居多, 已探明的石膏矿石大部分属Ⅰ级品和Ⅱ级品, 且开采技术条件优越、矿体厚度大、埋藏浅、层位稳定, 均适于露天开采。我区有纤维石膏、雪花石膏、透明石膏, 这些石膏均品质优良, 具有很大的竞争力。目前我区石膏生产应当逐步降低普通石膏粉的生产, 增加高强石膏粉、粉刷石膏、特白石膏粉、粘结及嵌缝石膏粉及中高档陶瓷石膏粉的生产。石膏原矿的外销要以Ⅱ级矿石转为Ⅰ级矿石外销为主, Ⅰ级矿石主要指二水硫酸钙含量大于95%的石膏, 矿种以纤维石膏、雪花石膏和透明石膏为主, 这三种原矿适用于强度、白度要求高的行业。以原矿和颗粒石膏 (半加工品) 为主, 出口日本、韩国及东南亚等地。重点发展市场容量大、经济效益好的产品, 例如粉刷石膏 (抹灰石膏) 的生产。适当发展各种石膏制品, 提高石膏产品的附加值。石膏制品有:纸面石膏板、无纸石膏板、石膏砌块、石膏防潮吸音吊顶板等。利用我区优质石膏原料, 生产特种石膏粉, 主要品种有齿科石膏、工艺美术石膏、出口玩具石膏、精密铸造石膏、原模石膏等品种。本世纪将是中西部地区经济大发展的时期, 宁夏丰富的石膏资源将成为沿海地区的工业“食粮”。

4.3 石膏工业发展思路

以建筑应用为龙头, 大力发展具有竞争优势的粉刷石膏和高强石膏粉产品。支持石膏制品发展, 重点发展石膏空心砌块、资源综合利用石膏板材。加快培育和支持产品有市场、技术装备先进、有发展前景的石膏企业。通过政策扶持、联合重组、技术创新等方式和手段, 力争在较短的时间内, 培育几个产品附加值高、主业突出、核心竞争力强的龙头企业, 提高宁夏石膏工业的整体实力和市场竞争能力。

宁夏石膏产业调整产业结构, 应做以下几个方面的发展: (1) 高科技含量、高附加值产品:k型超高强石膏;造纸用石膏微纤维产品;精密铸造用模具粉;高档陶瓷模具粉;高档卫生、齿科专用石膏粉。 (2) 较高附加值的石膏深加工产品:粉刷石膏;石膏墙体材料 (石膏板或砌块) ;中、高档次陶瓷模具粉;建筑永久模板, 窗沿板材料;建筑用粘结石膏、嵌缝石膏、高膨胀石膏石膏腻子等。 (3) 建立产业带:根据目前宁夏石膏矿产资源和产业分布状况, 提出石膏产业发展的3个产业带。

4.4 石膏产业带设想

根据我区石膏矿产资源分布, 以及铁路、公路交通、煤炭资源分布状况, 提出以沿中宝铁路、包兰铁路和太中银铁路线建设三条石膏加工工业的产业带。

4.4.1 以中宝铁路为纽带建立第一条石膏产业带。

在这条铁路的两侧50km的范围内, 储存着我区石膏资源的60%。除石膏资源外在这条产业带内还有较丰富的煤炭资源, 主要矿山有:炭山煤矿、王洼煤矿。中宝铁路产业带从中宁县境内开始, 经同心、海原、固原、隆德四县。石膏矿山距铁路最远为50km, 最近为8km, 而大部分矿点在20km以内。在这条产业带内, 除建设年产20万吨石膏矿石的石膏矿 (其中一半将作为原料外销) , 还有陆续建立若干家石膏加工企业, 形成以原矿、颗粒石膏、高强石膏粉为主的产业区。

4.4.2 以包兰铁路为纽带建立第二条石膏产业带。

以中卫香山北麓 (小红山-甘塘-常乐一线) 石膏矿、内蒙鄂托克前旗石膏矿石膏原料为依托, 以及石嘴山、碱沟山与中卫下河沿等的煤炭资源为依托, 建立以高强石膏粉、普通石膏粉、超高强石膏粉、石膏制品、粉刷石膏为主要产品, 银川主要以生产高附加值高新技术的超高强石膏 (K石膏) 以及石膏制品为主。石膏制品以银川及周边城市为市场。石嘴山市可利用内蒙鄂托克前旗石膏矿来发展宁夏的石膏工业, 产品以高强石膏粉和普通石膏粉为主, 根据市场要求适当发展抹灰石膏和其它品种。

4.4.3 以太中银铁路为纽带建立第三条石膏产业带。

在新材料方面, 以市场为导向, 充分开发利用宁东太阳山基地周围石膏资源和煤矸石、粉煤灰、煤泥、废渣等, 选用先进适用技术, 以青山石记场石膏矿、苏步井石膏矿原料以及石沟驿、太阳山、冯记沟煤矿等的煤炭资源为依托, 生产满足市场需求的高效产品。盐池石膏是宁夏石膏资源中最具开发潜力的地区, 它有如下优点:a.探明资源储量大, 开发技术条件简单, 交通便利。b.质量好, 略加选矿, 石膏含量即可达85-95%。c.宁夏新建煤化工重镇-宁东镇位于它北西部, 周边煤炭资源、电力及石油资源丰富。d.太中银铁路及青岛-新疆高速公路从境内穿过, 至沿海地区距离拉近。

4.5 石膏工业发展措施

4.5.1 加大贷款投资力度

石膏工业作为我区重点发展的支柱产业, 必须加大银行贷款投资力度, 得到银行支持。石膏矿区大都地处我区老少边区, 经济不发达, 需银行给予大力支持。同时石膏加工工业与其它建材行业相比, 具有生产工艺简单、投资少、见效快的特点。与水泥工业相比, 吨投资比水泥低40-50%, 利润率比水泥高20-80%, 高附加值产品比水泥高2-10倍之多。

4.5.2 加强石膏矿产资源勘查评价工作

我区已知的石膏矿床总的勘查程度较低, 并且地质勘查评价均按以往一般的对石膏矿产工业要求进行的, 对矿石类型划分不适应目前的工业利用需求。故应对已知矿床补做勘查评价工作, 尤其是对高品位的纤维状、透明状石膏、雪花状石膏以及高白度的矿石特别圈定与评价, 以提供采矿依据。

4.5.3 保护资源, 合理开采

石膏矿石开采利用应严格按照《矿产资源法》进行, 严禁开采中出现“采大弃小”、“采肥弃瘦”和“优劣混合”的做法。应从矿产勘查、矿山设计与开采, 按不同级别矿质分别圈定和开采。应科学规划、合理开采、保护资源、造福子孙后代, 应充分和合理利用资源。

4.5.4 加强市场意识, 加强营销售宣传

我区石膏企业普遍存在着营销售宣传不够、营销手段不力、信息不当、市场开拓不够、思想观念落后等问题。这都严重影响了石膏企业的发展。针对这种情况, 企业转变观念, 加强营销策略, 全方位地加强企业产品形象的宣传和包装, 提高营销人员的素质和水平。

充分发挥“石膏工业协会”的社会功能, 为企业提供市场和技术信息;代政府宣传贯彻产业政策;引导企业进行技术创新, 引进新产品、新技术, 创名牌;协调产品销售价格;维护企业正当权益;成为政府与企业之间联系的纽带。

4.5.5 加强东西部合作, 引进外资

加强东西部地区的经济技术合作是加快我区经济建设的主要步骤。我区已与福建省结成对口支援的省区。福建省、广东省是我国经济发展最快的省区之一, 有众多华侨和港澳台关系, 是我国对台贸易的主要省区, 有雄厚的资金优势, 更主要的是福建省属于无石膏矿产资源的省区, 所有石膏石料 (包括原矿和石膏粉) 全部由湖北、湖南、山西等省运进, 而且福建陶瓷工业发达, 模具石膏粉和工艺美术用石膏粉容量大, 价格高。我们应与福建加强联系, 优势互补, 吸引资金, 或开展补偿贸易等联合形式, 吸引外资来宁投资办厂。或与闽粤方签定长期稳定的石膏产品供货合同等方式, 加快宁夏石膏工业的发展。

4.5.6 发展私营经济, 推动石膏产业发展

石膏企业尤其是适合私营经济的发展, 鼓励创办私营企业, 鼓励个人资金投入石膏加工行业, 认真落实自治区政府关于私营企业的各项优惠政策, 扶持私营企业的发展, 使石膏企业的私营经济成分占到90%以上。

大力发展私营石膏原矿开采、石膏产品深加工企业, 在贷款资金上给予优先支持, 政策和发展方向上给予积极引导, 技术上帮助解决, 产品质量加强监督检查;引导发展规模经济, 调整产业结构, 发展产销对路, 起点高, 经济效益好的产品。在“石膏工业协会”的引导下, 积极稳妥健康有序的发展。

摘要：本文对宁夏石膏资源的分布状况、矿石类型、矿石质量作了较详细的叙述。调查了解了宁夏区内石膏资源的开发利用现状。深入解剖了宁夏区内石膏产业现状及存在的问题。对宁夏石膏工业未来的发展进行了展望, 针对做大做强宁夏的石膏产业提出了具体有效的措施。

关键词：石膏资源,矿石类型,开发利用,产业现状,石膏工业发展

参考文献

[1]宁夏石膏资源开发利用调研报告.宁夏矿产地质调查所, 2005, 5.

石膏模型 篇8

纸面石膏板的生产与使用在国际上已历时100多年,20世纪70年代前相当长时期内全球石膏板制造业均无例外地纯粹使用天然石膏为原料。20世纪70年代后期,全球天然石膏的年耗用量达6000余万t,其中约2/3用于制造纸面石膏板。20世纪90年代中期起,由于很多国家使用烟气脱硫石膏(简称脱硫石膏或FGD石膏)与废石膏(此处定义为“废弃的纸面石膏板经适当加工后所制得的石膏粉”),使全球石膏板制造业所用天然石膏的耗用量不断大幅下降。天然石膏在石膏原料中所占比例1995年为70%,2010年下降到45%,这标志着在全球石膏板制造业中,脱硫石膏与废石膏的耗用量已开始超过天然石膏。据一些专家的预测[1],2025年此值有可能进一步下降到33%左右(见图1)。

根据欧洲、美国与日本的经验,在石膏建材中纸面石膏板是耗用脱硫石膏与废石膏的大户。2010年全球纸面石膏板的产量达105亿m2,其中约1/3是纯粹用脱硫石膏与废石膏制成的。脱硫石膏的利用率在德国与日本均已达到100%,美国也已达到75%以上。这些国家废石膏的用量也在逐年增加[1](见图1)。

我国燃煤电厂安装烟气脱硫装置虽起步晚于上述发达国家,但近10年内发展极快,2010年全国脱硫石膏的总产量已达4000万t,居全球第一,但实际利用率仅在40%左右,与上述发达国家相比尚存在很大差距。废石膏在石膏板制造业中的推广应用在我国则尚未打开局面。另一方面,我国纸面石膏板的生产能力近10年间快速提升,2010年产量达到20亿m2,但按人均年产量与发达国家相比仍有较大差距(见表1)。发达国家在住宅建筑中广泛使用纸面石膏板作为轻质隔断与吊顶,而我国纸面石膏板主要使用于公用建筑中,在住宅建筑中的用量还很有限[2]。根据我国现行的财税政策,用脱硫石膏替代天然石膏制造纸面石膏板可免收增值税与部分所得税,因而可降低产品的制造成本与售价,有助于今后在住宅建筑中推广使用纸面石膏板。

欧洲、美国与日本使用脱硫石膏与废石膏制造石膏板已有25~30年的历程,他们在这方面所积累的经验值得我们参考与借鉴。

注:北欧四国为芬兰、瑞典、挪威与丹麦。

1 欧洲用脱硫石膏与废石膏制石膏板的进程与趋势

德国是全世界最先在燃煤电厂安装烟气脱硫装置,并收集与利用脱硫石膏的国家。早在20世纪70年代,原西德某些燃煤电厂即试用烟气脱硫装置以期降低空气中SO2的浓度。1983年原西德联邦政府为彻底改善空气质量、保障人体健康、减轻酸雨对森林的破坏,颁布了《排放控制法》[3],规定自1988年7月1日起新建的大型燃煤电厂必须安装烟气脱硫装置,脱硫量至少应达到85%,空气中残留的SO2浓度不得大于400 mg/m3;对当时现有的大型燃煤电厂则限定必须在5年内完成安装烟气脱硫装置,并达到相同的烟气脱硫目标。根据联邦政府的这一决策,所有大型燃煤电厂均如期安装了烟气脱硫装置,绝大多数厂采用石灰石/石灰-石膏脱硫工艺。在德国统一后,该决策仍然继续执行与贯彻,且成效卓著。全国SO2的排放总量已由1973年的300万t下降到1991年的20万t,下降率达93.3%。德国的上述举措,不仅显著改善了国内的空气质量、保护了环境,同时也对其它欧洲国家、日本与美国等采取相应的决策起了极大的推动与促进作用。

在德国由于电力工业与石膏建材工业的相互配合、密切合作,使得脱硫石膏得以充分利用,他们并非将脱硫石膏视为废料,而是认同为有较高使用价值的工业副产品。最初只是用脱硫石膏代替部分天然石膏制造纸面石膏板,后来通过使用实践逐渐认识到质量符合规定要求的脱硫石膏完全可代替天然石膏生产此种板材。1993年德国脱硫石膏的产量仅为320万t,1995年达到500万t,近年已增至700万t以上。原来有些德国专家预测,由于德国政府今后将大力发展以核电为主的新能源,因而脱硫石膏的产量会趋于逐年下降。但在2011年日本大地震后发生海啸,使核电站遭受严重损坏,引发核污染问题,德国的能源政策可能会有所调整。据此笔者认为,德国今后30年内脱硫石膏产量很可能仍保持现有的水平。

在德国的带动下,自20世纪90年代初以来,在欧洲很多国家均日益广泛使用脱硫石膏。斯堪的纳维亚国家原先生产纸面石膏板主要使用由西班牙进口的天然石膏,在本国燃煤电厂安装烟气脱硫装置后,即用脱硫石膏部分替代直至完全替代天然石膏。这些国家成为继德国之后,欧洲较早生产与使用脱硫石膏的先驱者。

20世纪90年代中期在欧洲脱硫石膏已被认为是天然石膏最好的替代品,因脱硫石膏不仅有相当高的纯度,而且有利于降低产品成本。有些国家新建的石膏板厂已纯粹使用脱硫石膏,为节约运输能耗、降低运输费用,不少新建石膏板厂已建于尽可能靠近燃煤电厂所在地。例如,拉法基公司2007年在英国建造的纸面石膏板厂即与Ferrybridge火力发电厂相邻,每年利用该电厂所产的20万t脱硫石膏,并可用皮带运输机直接送入制板厂内。

1992年,欧洲18个国家的脱硫石膏总产量仅300余万t(主要生产国是德国),1999年增至760万t,2006年进一步增至1480万t(利用量约900万t,利用率为60.8%)[4]。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,脱硫石膏在石膏板石膏原料中的平均含量仅占4%,90年代增至19%,2000年增至44%,2010年则又进一步增至60%[5]。近年来石膏板制造业中脱硫石膏用量的急剧增加,主要是由于新建石膏板厂纯粹使用此种工业副产石膏而不再使用天然石膏。有些欧洲国家的石膏板制造商因其本国的此种副产石膏的供应量有限,而由其它国家进口。最典型的例子是英国的石膏板制造业。2006年英国制造石膏板耗用脱硫石膏140万t,其中1/3为进口。据称,英国所用天然石膏的平均纯度为80%左右,而脱硫石膏的纯度可高达96%。

欧洲在石膏板制造业中使用废石膏始于21世纪初期。建于斯堪的纳维亚的国际再生石膏公司(Gypsum Recycling International,缩写为GRI)最初向丹麦、芬兰与瑞典等国的石膏板厂提供经集中加工的废石膏粉用以替代少量天然石膏。近年来,该公司已在全世界拥有5000个收集点,向欧洲、北美与亚洲10多个国家的纸面石膏板企业供货。废石膏粉在丹麦Danogips公司与BPB公司生产纸面石膏板的掺量已分别达到22%与25%。

自20世纪末期欧盟发布建筑废弃物合理处置的政策法规以来,对废弃石膏板的再生循环使用起了很大的推动与促进作用[5]。例如,2002年欧洲议会发布的33/2002决议中规定,石膏废弃物只能填埋于无有机废料存在的惰性填埋坑中。这是因为废石膏中的Ca SO4会与有机物起反应生成H2S。欧盟议会规定此决议应在2005年开始执行。迄今英国已较好地执行此决议,2010年将原先可填埋废弃石膏制品的1000处减少为10处,并将填埋收费由每吨30英镑增加至150英镑,因而有助于使更多的废弃石膏板再生循环利用。2008年欧盟又发布了《废弃物准则的法令》(“2008/98/EU Waste Framework Directive”),该法令中要求各成员国在2020年前务必有70%的建筑废弃物进行再生循环。有关专家预测,若2020年前欧洲有80%的废弃石膏板可回收后再生循环,则预计每年废石膏的使用量可达250万~300万t,约占石膏板制造业石膏原料总耗用量的20%。欧盟有关成员国的联合科研项目“生态轻质建筑废弃物的再循环”(“ECO-LCD:Ecological Lightweight Construction and Demolition Waste Recycling”),其目标为在石膏板生产中废石膏取代天然石膏的比例达到30%。

2 美国用脱硫石膏与废石膏制石膏板的进程与趋势

20世纪80年代美国参照德国的经验,在若干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》(“Clean Air Act”)和《州际净化空气的法规》(“Clean Air Interstate Rule”),促使更多的燃煤电厂安装以石灰石/石灰-石膏脱硫为主体的装备[6]。20世纪90年代初期,全美脱硫石膏年产量为200 t左右,仅用以取代5%以下的天然石膏。20世纪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,并不断增加天然石膏的取代量,有些企业已发展到全部取代,从而导致若干石膏矿关闭和待建的石膏矿被撤消。

2006年美国脱硫石膏的产量为1200万t,其中905万t得到使用,利用率达75.4%。所用脱硫石膏总量中的90%用于生产纸面石膏板,仅有约5%用于水泥工业。

2006~2009年期间,美国新建的16条石膏板生产线(总的生产能力相当于2006年全美石膏板生产总量的30%左右)均纯粹用脱硫石膏为原料,其中多数石膏板厂建于燃煤电厂毗邻地点,以减少原料运输费用并降低生产成本。2009年脱硫石膏的产量达到1350万t,每吨天然石膏的平均价格为7.5美元,而每吨脱硫石膏的平均价格仅为3.5美元。由于脱硫石膏的纯度高于天然石膏,价格较低,在全美石膏板企业中已用以取代60%以上的天然石膏。以最大的纸面石膏板企业USG公司为例,共拥有21家生产厂,其中9家纯粹使用脱硫石膏,6家则使用脱硫石膏与天然石膏的混合物。

美国燃煤电厂的发电量约占总发电量的50%。根据有关专家预测,2015年全美脱硫石膏的产量将达到2000万t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。有些专家建议将脱硫石膏用于制造诸如石膏纤维板等新型产品、浇筑自流平石膏地板以及作为钢结构的防火被覆层等。USG公司已用脱硫石膏、废石膏与废纸纤维等作为原料生产牌号为“Fiberrock”的石膏纤维板[6]。据称此种板材除了具有较好的防潮、防火性能外,其可挠性与可加工性优于普通纸面石膏板。目前该公司每年耗用约20万t的脱硫石膏生产此种板材。

2006年美国东北部废弃石膏板的排放量已达120万t以上。有些州已立法大幅度减少包括废弃石膏板在内的建筑废弃物的填埋量,有助于废石膏的再生利用。现个别石膏板厂废石膏在原料中的掺量已达20%左右。

3 日本用脱硫石膏与废石膏制石膏板的进程与趋势

在20世纪70年代前,日本因本国缺乏天然石膏资源,主要使用进口天然石膏生产纸面石膏板;70年代除了仍使用进口天然石膏外,还使用以磷石膏为主的工业副产石膏;80年代日本参照德国的经验,在燃煤电厂安装烟气脱硫装置,并将所收集的脱硫石膏用于生产石膏板与其它石膏建材;自90年代起,日本也同时在生产石膏板时使用一定量的由建筑工地回收废弃石膏板制成的废石膏粉。

日本是多地震国家,长期以来在各类建筑中使用石膏板、纤维水泥板等轻质建筑板材。2006年日本石膏板的产量曾高达6.5亿m2,此后因经济不景气致使石膏板产量逐年下滑,2008年降至5.2亿m2,2009年进一步降至4.4亿m2。根据Yoshino公司专家的统计[7],日本石膏板的用途如下:年产量的40%用于住宅建筑,30%用于写字楼,另外30%用于商业建筑与工业厂房等。由此可见,日本石膏板的年需要量仍然长盛不衰,尤其是新建的住宅建筑约半数是木结构,需用石膏板与之配套。2011年3月11日发生强烈地震与海啸,有些地区的建筑物受到严重损坏,灾后重建需要大量包括石膏板在内的建筑材料。

2009年日本石膏板制造业共耗用石膏原料385万t,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[7]。

日本燃煤发电与核电分别约占总发电量的15%与20%,脱硫石膏的年产量一直保持在230万t上下。这次大地震后发生海啸,使福岛核电站遭受严重损坏,引发核污染问题,为此日本政府将调整其能源政策,核电发展将受到一定的限制,因而脱硫石膏的年产量仍可能有增无减,并有助于其石膏板行业的进一步发展。

4 可供我国参考与借鉴的国外经验

4.1 利用脱硫石膏的经验

我国燃煤电厂安装烟气脱硫装置的起步时间至少要比上述发达国家滞后15年。20世纪90年代后期仅少数大型燃煤电厂试装由国外引进的烟气脱硫装置。但一旦肯定采用此类装置可显著改善空气质量、防止酸雨对森林与农作物的损害并保障广大民众的健康,我国政府即投入大量资金增大安装脱硫装置的燃煤电厂的发电容量,尤其是在“十一·五”时期发展更快。截至2008年底,安装此类装置的发电容量已达到3.79亿k W,占全国煤电总装机容量的66%,与2000年相比,增长约75倍[8],大大超越了所有发达国家。这意味着发达国家用25~30年发展起来的燃煤电厂脱硫措施,我国只用了15年左右。近年我国脱硫石膏年产量已达4000万t,相当于美国FGD石膏年产量的3倍。但是,我国在此种工业副产石膏的利用方面,与发达国家相比较还存在很大差距。前已指出,德、日等国脱硫石膏利用率早已达100%,美国的利用率也达75%以上,而我国的利用率目前仅在40%左右。这主要是由于我国在脱硫装置的操作技术、脱硫石膏的质量及推广应用等方面还存在一系列亟待解决的问题。

在欧洲与美国,石膏板行业是消纳脱硫石膏的大户,可消纳脱硫石膏总用量的60%以上。笔者认为,发达国家在利用脱硫石膏制造纸面石膏板方面的下列若干经验值得我们参考与借鉴。

(1)确保脱硫石膏的质量

脱硫石膏的质量及其稳定性对石膏制品的质量至关重要。虽然至今尚未见到这些国家关于脱硫石膏的国家标准,但他们均遵循协会或企业的标准。例如,Eurogypsum(欧洲石膏制品生产商联合会)专门制定了《烟气脱硫石膏的质量指标与分析方法》(“Quality Criterion and Analysis Method for FGD Gypsum”),对主要质量指标均有所规定(见表2)[9]。

注:(1)因含有惰性组分而使二水硫酸钙含量降低,对各种应用均无害;(2)颜色取决于脱硫石膏的应用及最终产品。

Knauf公司对FGD石膏的晶体形状与粒径也有一定的要求[9]。由于晶体太小,水化速率快,生产纸面石膏板过程中较难控制,为此提出应使晶体呈短柱状(见图2),而不应呈针状或片状(见图3)。晶体的平均粒径应大于32μm。

再如,美国USG公司专门制定了制造石膏墙板用的脱硫石膏质量准则,作为该公司所属纸面石膏板厂与脱硫石膏供应单位间签订协议的主要依据[10]。

我国目前有些燃煤电厂所产脱硫石膏的纯度偏低,二水石膏含量在90%以下,并且其中水溶性镁盐、水溶性钠盐与氯的含量均偏高,不符合制造纸面石膏板所用石膏的质量要求。为此建议尽早出台适合我国国情的脱硫石膏标准。

(2)石膏板厂需对现有装备进行必要的改进

由于脱硫石膏与天然石膏相比较,含湿量较大、粒径偏小且范围较窄,根据国外经验,当完全使用脱硫石膏替代天然石膏时,必须对现有装备进行必要的改进以保证所得产品的质量。

(3)供需双方应签订长期合同

为了保证电厂向石膏板厂不间断地供应质量稳定、价格适宜的脱硫石膏,电厂所产脱硫石膏又不致有太多的积存,供需双方应本着双赢互利的原则签订长期合作的合同。国外有些石膏板企业甚至与供应脱硫石膏的电厂签订了为期30年的合同。

(4)应合理择定新建石膏板厂的厂址

新建石膏板厂如完全用脱硫石膏为原料,厂址应尽可能选定在供给脱硫石膏的电厂附近,因这有利于降低原料运输的费用与能耗,也有利于环保。当然在某些情况下也要兼顾产品的主要销售市场等因素。

(5)要有长远考虑

在欧洲某些国家已出现脱硫石膏供过于求的情况。美国专家也在考虑如何面对脱硫石膏年产量不断增长及其进一步消纳问题。对此我们必须未雨绸缪,及早采取相应的对策。结合我国国情,除了在水泥工业中大量使用脱硫石膏与磷石膏外,应在石膏板制造业中使用更多量的脱硫石膏,同时进一步发展与推广用脱硫石膏制造砌块以及在粉刷石膏、石膏腻子、自流平地板、钢结构防火包覆等方面大量推广使用此种工业副产石膏。

4.2 利用废石膏的经验验值得我们参考与借鉴。

我国石膏板制造业虽尚未在回收建筑工地施工或拆卸所产生的废弃石膏板有所作为。但随着时间的推移,今后必将面对废弃石膏板的再生利用问题。根据国外的经验,在建筑施工过程中可产生约5%的废弃石膏板,此种废弃石膏板完全可再生利用。在除去其中约6%左右的纸纤维外,可获得约94%的二水石膏,经再加工后仍可作为制造石膏板的原料。发达国家在利用废石膏制造石膏板方面的下列若干经验是值得我们参考与借鉴的。

(1)政府立法

根据欧盟的经验,通过对建筑废弃物(包括废弃石膏板)处置的立法,显然有利于减少废弃物的填埋和对环境的保护,因而也可促进废弃石膏板在石膏板制造业中的再生循环利用。

(2)集中加工、集中供给

参照国外经验,宜对收集到的废弃石膏板进行集中加工并集中供货,这样不仅各石膏板厂不需另建废石膏加工车间,并且还可保证其质量。

5 结语

(1)欧洲国家、美国与日本在燃煤电厂中推广使用烟气脱硫装置经历了25~30年,而我国仅用15年在配置脱硫装置的发电装机容量与脱硫石膏的年产量方面已超越任何发达国家。

(2)我国在脱硫石膏的利用方面,与发达国家相比较尚存在较大差距,不仅脱硫石膏的利用率显著低于德、日、美等国,而且在制造纸面石膏板方面脱硫石膏的利用率也属偏低。

(3)我国石膏板制造业中使用废石膏尚未打开局面。

(4)发达国家利用脱硫石膏与废石膏制造纸面石膏板的经

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[9]Eurogypsum.Living with Gypsum:From Raw Material to FinishedProducts[OL].http://www.eurogypsum.org.