引言
隨著快速的經濟增長和資源需求增加,中國正在面臨一系列的環境污染問題,特別是燃煤產生二氧化硫污染環境問題。由于受到經濟的限制,大部分燃煤燃燒前不經過脫硫處理,嚴重污染了環境?,F在公認的脫硫過程是煙氣脫硫過程,是控制二氧化硫污染的主要方式,石灰石(石灰)-石膏濕法脫硫技術采用廉價的石灰石或石灰作為脫硫吸附劑,因其具有脫硫效率高、運行穩定,運行費用低等特點,得到了廣泛的應用。脫硫石膏是石灰石(石灰)/石膏經濕法煙氣脫硫的副產物,又稱為燃煤煙氣脫硫廢棄物,是經過細分的濕態晶體,是高品位的二水硫酸鈣(CaSO4· 2H2O),具有產生量大、資源化程度低等特點,因此對其再利用也成為國內外的研究熱點。從20世紀90年代后期許多國家都致力于脫硫石膏的再生資源化利用開發工作,并且在理論和實踐上取得了較大的成果[1].尤其在建筑業的用途較為廣泛,主要用于建筑材料和建材制品,另外在礦山填埋及公路路基回填材料等領域也有應用。
由于人們對脫硫石膏性質及功能認識的不斷深入,脫硫石膏在農業上的應用也得到了廣泛的發展。各國學者的研究表明利用工業脫硫石膏改良鹽堿地具有良好的經濟效益和生態效益[2-3].
土壤鹽漬化是世界旱地農業面臨的四大生態環境問題(干旱缺水、水土流失、風蝕沙化和土壤鹽漬化)之一,給農林業生產造成了嚴重影響。聯合國糧農組織的資料表明,其總面積約達9.5×108hm2,占地球陸地面積的7.26%.中國也是鹽漬化土壤分布廣泛的國家,其面積約為1.0×108hm2,分布于遼、吉、黑、冀、魯、豫、晉、新、陜、甘、寧、青、蘇、浙、皖、閩、粵、內蒙古及西藏等19個省區。而且,近年來寧夏地區土地鹽漬化程度日趨加重,其中僅銀川地區中度和重度鹽漬土達到4597.5 km2,占總面積的50%以上。為緩解耕地面積減少和人口增長的壓力,合理改良和開發利用鹽堿地,可持續利用和保護土壤資源,實現食物質量安全、生態安全和城鄉人居環境安全,促進國家生態文明建設,都具有重大的現實意義和深遠的歷史意義[4].堿性土壤表面鹽分積累造成土壤滲透性差,不利于植物的生長[5-6].二價陽離子的加入可以減少黏土分散,增加土壤的滲透系數[7].石膏或石灰中的Ca2+代換鹽堿土中的Na+實現鹽堿土的改良[8],石膏對植物無毒,適度的溶解性和易于搬運的特點,使得石膏成為最常見的鹽堿地改良劑[9],因此,筆者從脫硫石膏的主要成分、特征、功能、中國鹽堿地改良現狀及脫硫石膏在鹽堿地改良中的作用等方面,論述了脫硫石膏改良鹽堿地的應用現狀和發展趨勢。
1 脫硫石膏的物理化學特性
脫硫石膏與普通石膏性質相似,由于雜質成分上的差異,導致兩者在脫水特性、易磨性及煅燒后的熟石膏粉在力學性能、流變性能等宏觀特征上的不同[10].
從顏色上來看,脫硫廢棄物-脫硫石膏為淺灰色。分析原因可能是與含有一定量的粉煤灰有關。原始物理狀態的脫硫石膏呈單獨的結晶顆粒存在,具有較高的含水量,一般在10%左右甚至更高,因此流動性差;煙氣脫硫石膏呈較細顆粒狀,平均粒徑約40~60 μm,顆粒呈短柱狀,徑長比在1.5~2.5之間[11].為了保證脫硫石膏化學成分的穩定性,提高煙氣脫硫效果,在煙氣脫硫過程中,技術上對用于煙氣脫硫的石灰石(或石灰粉)中的氧化鈣含量有較高的要求。
脫硫石膏的主要成分是CaSO4,其中二水硫酸鈣含量在90%以上,游離水在10%左右,還含有飛灰、碳酸鈣、亞硫酸鈣以及鈉、鉀、鎂的硫酸鹽或氯化物組成的可溶性鹽[12].具體理化性質如表1所示。
2 脫硫石膏對土壤的作用
國內外學者開展了脫硫石膏對土壤的影響的廣泛研究,脫硫石膏對土壤的影響在很大程度上取決于原始煤炭的特性和土壤調查結果。脫硫石膏溶解產生Ca2+離子置換土壤膠體上交換性Na+離子,在水的作用下將被置換的鈉鹽從土壤中淋洗從而降低了pH值、土壤堿化度并改善土壤理化性質,同時脫硫石膏可增強土壤的離子吸附能力,提高土壤持水性。很多研究結果表明,脫硫石膏微溶于水,故脫硫石膏中的Ca2+濃度能在短時間內增加,從而緩解Al3+的毒害作用[13],同時由于脫硫石膏中含有一定量的未完全反應的CaCO3,可以中和土壤中H+,從而提高土壤的pH.脫硫石膏在生產過程中與飛灰混合后,會含有某些微量元素(如硼),對缺乏此類微量元素的土壤具有改良的作用。但是,脫硫石膏可能產生一些副作用,如重金屬的溶出[14].