脱硫石膏的综合利用及研究现状论文设计.docx

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脱硫石膏的综合利用及研究现状论文设计

摘要

为了减少大气污染，控制火电厂排放烟气中SO2的排放量。

燃煤锅炉和燃煤电厂回收燃煤或油的烟气中的二氧化硫大多是用石灰-石灰石法来进行回收，石灰-石灰石法会产生大量成分为亚硫酸钙和二水硫酸钙的钙基脱硫副产物，此产物便是脱硫石膏。

脱硫石膏堆积占用大量土地资源，其所含的重金属、酸性氧化物等物质会污染环境。

为了处理这些废弃物，提高资源利用率，实现其利用价值，目前国内国外都对脱硫石膏有了不同方面的利用。

而在国家环境保护的大形趋势下，工业固体废物的综合利用也成为了热门话题。

本文主要介绍了脱硫石膏的形成和利用情况，阐述了脱硫石膏材料特性和制备α-半水石膏的研究方法，并分析其目前发展所存在的问题。

关键词：

脱硫石膏；综合利用；研究现状

Abstract

Inordertoreduceairpollution,controltheemissionofSO2inthefluegasdischargedbythermalpowerplants.Sulfurdioxideinfluegasfromcoaloroilrecoveredbycoal-firedboilersandcoal-firedpowerplantsismostlyrecoveredbylime-limestonemethod,whichproducesalargeamountofcalcium-baseddesulfurizationby-productcomposedofcalciumsulfiteandcalciumsulfatedihydrate,whichisdesulfurizationgypsum.Theaccumulationofdesulphurizationgypsumtakesupalotoflandresources,andtheheavymetalsandacidoxidescontainedinitwillpollutetheenvironment.Inordertodealwiththesewastes,improvetheutilizationrateofresourcesandrealizeitsutilizationvalue,desulfurizationgypsumhasbeenusedindifferentaspectsathomeandabroad.Underthetrendofnationalenvironmentalprotection,thecomprehensiveutilizationofindustrialsolidwastehasalsobecomeahottopic.Thispapermainlyintroducestheformationandutilizationofdesulphurizationgypsum,expoundsthematerialcharacteristicsofdesulphurizationgypsumandtheresearchmethodofpreparationofcarbon-hemihydrategypsum,andanalyzestheexistingproblemsinitsdevelopment.

Keywords:

desulphurizationgypsum;Comprehensiveutilization;Theresearchstatus

第一章引言

1.1脱硫石膏的介绍

1.1.1脱硫石膏的产生

脱硫石膏主要成分为CaSO4·2H2O。

燃煤电厂的烟气脱硫所产生的产物便是脱硫石膏，此脱硫过程将产物磨成液体状，经除尘后通过浆液洗涤器除去含SO2的烟气。

脱硫石膏的形成是因为石灰浆和SO2产生硫酸钙和亚硫酸钙，然后被空气氧化成硫酸钙。

大部分的二氧化硫在大气中的是由于形成燃煤锅炉和燃煤电厂煤系统的工业燃烧。

我国的煤炭需求量很大，而煤炭的燃烧便会有大量的SO2排放到大气中。

如今又因环境问题的重视，所以每年都会有数亿吨因SO2而制成的脱硫石膏流入市场。

因此脱硫石膏在多个领域都有得以利用。

而脱硫石膏在建筑方面的应用也很广泛，即使脱硫石膏可以在很多方面被利用，甚至可以替代天然石膏，但还会有大量的脱硫石膏无法被直接利用。

剩余的脱硫石膏随处堆积、掩埋就会造成土地浪费和环境污染。

随着社会的发展，脱硫石膏的堆积量在不停的上升，这样所造成的的结果只能是将土地这方面的资源造成浪费。

而我国目前的形势所看，环境问题是炽手可热的，绝不会容忍任何有关资源浪费的问题。

因此，很多电厂等都在将石膏进行脱硫。

并且脱硫石膏的脱硫技术现状已经发展起来了，并在未来也得以完善[1]。

1.1.2脱硫石膏中的杂质成因

主要杂质为CaCO3和Al、Si质化合物。

CaCO3大多是圆形的颗粒，还有其他的一些物质是球形的或者不顾则的形状。

根据杂质的成因，也可将脱硫石膏中的杂质分为以下三种：

1.应不完全产物：

在生产的过程中，亚硫酸钙也会因为氧化的问题，从而产生CaCO3。

主要原因是因为该物质容易被氧化。

其次，在脱硫的过程中会加入石灰粉，又为了脱硫干净，在量的把控上没有把握好，使得产生杂质。

2.杂质通过烟雾进入：

同样是在脱硫的过程中，使用了烟气的脱硫方法，那么便会有一些粉煤灰就也进入到脱硫石膏中了。

而粉煤灰的也是由一些碳颗粒等物质组成的。

3.进行脱硫的产品自身带有杂质：

在工作过程中，针对吸收剂的要求也很高，主要体现在品质和细度上。

而有些并没有达到要求，导致引入一些黏土类的矿物，同时也具有很高的活性。

1.2本课题研究的意义

脱硫石膏也被称为烟气脱硫石膏，大多数是因火电厂煤炭的燃烧形成的烟气进行脱硫处理而得到的。

国外的脱硫石膏大多是用来生产建筑方面的石膏制品，还有的是用来当做水泥生产的缓凝剂。

近些年来，我国对脱硫石膏的预处理技术、深加工工艺技术装备的研究也逐渐成熟了。

脱硫石膏的综合利用处在十分迅猛的发展阶段。

长江三角区的石膏需求量极大，但又没有天然石膏的资源，因此脱硫石膏在长江三角区的综合利用发展与我国其他地区相比是相对于最快的。

在上海、浙江和江苏等地都有很多新建或筹建的生产线，其中就有以脱硫石膏为原料的大型纸面石膏板。

在其他的一些地区脱硫石膏的综合利用也正在计划和建设之中。

我国相关部门提出“推广绿色建材，提高绿色建材在建筑工程中使用比例;到2020年，新建建筑中绿色建材应用比例达到40%以上;在水泥、砂浆、混凝土等产品中利用副产石膏等大宗工业固废，开发绿色建材”[2]。

诸多政策的颁布，那么国家对脱硫石膏的处理及资源利用提出很多更高的要求，因此脱硫石膏的综合利用和技术发展也是目前需要讨论的。

不仅如此，脱硫石膏自身所能提供的环保性能及政策优惠也促进了绿色建材的发展。

第二章脱硫石膏的综合利用研究现状

2.1国外脱硫石膏的综合利用研究现状

对于一些经济发展领先一步的国家来说，早也就将一些问题得到了解决。

就德国来说，其脱硫石膏每年的产量也超过了700万吨。

而他不仅产量高，对于产品的要求也很高，尽管在高标准的前提下，也能保证品质的优越。

相对于德国主要将脱硫石膏运用于水泥缓凝剂，那么英国则是主要用来生产无水石膏和砌块。

美国是消费大国，那么与其他国家相比，美国的用量那是极多的。

但美国所存在的问题是他们处理脱硫石膏的方式已经给环境带来了严重的污染。

因此在环保方面还要对脱硫石膏有更深的研究。

而在欧洲和日本他们利用脱硫石膏制成的一种产品已经进入商品化阶段，这种产品便是自流平材料。

众所周知，地面自流平材料具有良好的流动性和稳定性的特点，是一种无机胶凝型功能材料。

自流平材料在未来的混凝土自流平层，砂地面的修补方面具有广阔的发展前景。

因此脱硫石膏也会因自流平材料的发展得到更多的利用。

由此可知，国外脱硫石膏的综合利用不管在研究方面还是开发应用方面都较为完善了。

其工艺设备也更加专业化、系列化。

日本的石膏基本全部都可以被利用起来，因此也是脱硫石膏综合利用最大的国家之一。

在日本的脱硫石膏主要是来当做水泥添加剂和墙板原料，还要一部分可做石膏天花板等产品。

另外，日本将脱硫石膏和粉煤灰，石灰进行混合形成烟灰材料，而所形成的材料可以代替路基下所需的沙土。

这样以来不仅将脱硫石膏综合利用为环保做出贡献，也给企业生产降低了成本，获得更多的经济效益。

德国在脱硫石膏资源化利用方面的研究发展也很领先，与日本相同大部分的脱硫石膏也都被资源利用了。

主要还是用于建筑方面较多。

相对于其他发达国家，德国的脱硫石膏已经在逐渐的代替天然石膏，在不久的将来也会全部替代天然石膏。

而剩余的脱硫石膏就被丢弃，主要用于填埋露天矿，脱硫石膏在室外堆放会给环境带来很大破坏。

2.2国内脱硫石膏的综合利用研究现状

2.2.1水泥行业的应用

丛钢[3]等人在水泥的缓凝问题上做出了研究，实验表明，脱硫石膏中所拥有的CaCO3可以提高水泥的强度。

脱硫石膏的掺入也能改善水泥的凝结时间。

翟洪轩[4]通过对硫酸产生的石膏水泥系统的研发，研制出高强低碱水泥。

同时也将脱硫石膏流动性的问题得到了改善。

（1）降低水泥凝结时间。

脱硫石膏中自由水的含量低，并且杂质也少，在性能方面和天然石膏也差不多相同，因此可以直接用于水泥生产。

同时脱硫石膏也能改善水泥的凝结时间，水泥的性能方面也能正常提现，活性有所提高，并且在强度方面会比天然石膏更好一些。

（2）硫酸的产生可被生成的石膏水泥。

将烘干后所得到的的石膏与炭粒，土进行粉磨搅拌放入窑内。

进行矿化反应如下：

12CaO+2SiO2+2A12O3+Fe2O3→3CaO·SiO2+3CaO·Al2O3+4CaO·A12O3·Fe2O3

（3）可作水泥矿化剂。

脱硫石膏的加入使产品的性能得到提高。

熟料方面的主要问题是分解的现象严重，而加入脱硫石膏所烧出的熟料改善了这一问题。

因为脱硫石膏自身所拥有的介质能够降低物料的温度，使C3S能出来。

这样的改善也就是使熟料容易燃烧了[5]。

（4）生产低碱度的水泥。

主要成分是硅酸三钙，混有石灰石。

此水泥原材料除了脱硫石膏还有石灰石等烧制成的。

由工场的实验验证，这样的水泥不仅强度高，而且生产成本低。

目前主要用于“GRC”轻质多孔板，用低碱度水泥制造出来的玻璃纤维，使水泥制品的重量轻、强度高、韧性好、不变形。

脱离石膏在此方面的利用不仅使生产成本降低了，也同时制造出优质的产品。

2.2.2建材行业的应用

（1）生产纸面石膏板。

纸面石膏板轻巧、不易燃等优点已经在建筑材料方面占有很大的市场。

正因纸面石膏板的优质，近几年的投入使用率也在持续上涨，在未来的发展趋势也很强劲。

因此这样的发展，生产成本则成了目前发展纸面石膏板的首要问题。

而正好利用脱硫石膏制成的纸面石膏板减少了生产成本，从而带来了更大的利润空间。

除此之外，这样的利用也同时响应了国家的循环经济政策。

虽然脱硫石膏制成的纸面石膏板优点很好，但其缺点是在生产过程中会出现泛霜的情况。

这种情况严重影响了石膏板的粘结性。

控制电厂脱硫石膏中的杂质，通并过加入其它试剂的方式，降低其它物质析出的概率。

脱硫石膏在此方面的应用所带来的优势，可知脱硫石膏是生产纸面石膏板较好的原材料。

并相信通过纸面石膏板的发展也加快了脱硫石膏的利用。

（2）生产石膏砌块。

用于生产主要原因还是取决于价格低。

可以加入矿渣和脱硫石膏，添加一定的激发剂，这样所制成的脱硫石膏砌块性能更加优越。

提高砌块的强度和耐水性的方法如下：

将脱硫石膏和粉煤灰作为原材料，加入复合减水剂和早强剂，这样不仅可以改善孔结构，也能提高砌块的强度和耐水性。

脱硫石膏在煅烧后加入适量的外加剂和掺入一定量的水，进行高速搅拌，入模成型，最后放置干燥处10小时，从而形成空心砌块。

其抗压最大荷载3000N，导热系数0.2W/m·K。

利用脱硫石膏生产石膏板需以煅烧的脱硫石膏为基材，即先将二水脱硫石膏在较低温下煅烧促使其生成半水石膏，在生产实际中，可以掺入木纤维、纸纤维等组分和水混合成石膏料浆，挤压成型纸面石膏板，再经切割干燥而成[6]。

2.2.3路面基层的应用

目前国内脱硫在路面基层方面的应用仅为路基填料，若能将脱硫石膏用于道路基层材料，使其发挥其价值，变废为宝，也能提高材料性能。

另一方面可能降低生产成本，同时也能减少道路建设中的碳排放，保护了环境。

张鸿迪将矿渣、脱硫石膏和生石灰按照比例掺入黄土中，经过泡水试验和冻融循环试验，研究了混合固体废弃物黄土的特性。

主要体现了其强度和耐水性的特点，满足国家对铁路路基的填筑要求。

胡军通过脱硫石膏+水泥+矿渣制成的基层材料抗压强度试验表明，7d的抗压强度已经高达5.96MPa,满足一级公路对道路基层的强度要求[7]。

2.3脱硫石膏制备α-半水石膏的研究现状

以脱硫石膏为原料制备半水石膏,选用常压水热法制备α-半水石膏。

研究了氯化钙和复方溶液对脱硫石膏转化率的影响。

目前研究发现，脱硫石膏所具备的特点有：

纯度高、稳定性强、晶体小等，这些特点非常适合盐溶液制备α-HH。

目前脱硫石膏在运输、干燥等方面仍存在问题，如果能在这种制备方法下解决这些问题，脱离石膏就可得到充分利用。

随着资源利用的发展趋势，废弃资源的综合利用已成为建设资源节约型社会的重要内容，也符合国家绿色节能建筑的理念。

研究脱硫石膏的综合利用是一个很有意义的课题，因为脱硫石膏在资源利用方面有更加深入的研究对社会的意义也是积极的。

有研究表明，石膏也有很深的颜色，粒子的表面积大并不适于生产和使用的高附加值产品。

常压盐溶液可制备出强度高、密度高的半水石膏，在建筑方面得到较多的应用。

通过此方法的制备，使脱硫石膏得到了充分的应用，并且促进了环境的保护，因此其未来发展的道路很大。

此制备方法原料使用的是烟气脱硫石膏，在水热法制备α-半水石膏过程进行综合分析影响因素，通过一系列的实验，改变催化剂，配合比等因素从而获得更好的实验方式，为脱硫石膏的转化寻找具有科学性的理论依据。

而实验已经找出目前最适合半水石膏的制备常用的盐溶液是氯化钙。

脱硫石膏的综合利用方法有物理法和化学法两种。

物理方法主要用于建筑和农业：

石膏砌块，肥料、改善盐碱地等。

下面主要介绍化学法如何利用脱硫石膏：

（1）常压水热法：

水热法，也称盐溶液法，在饱和水蒸气或液体水溶液中，在一定温度和压力下，从石膏中除去1.5种水分子，并作为液态水存在。

然后半水石膏在其中溶解并达到过饱和状态，这种过饱和状态是由结晶作用形成的。

如果原料是可溶的，溶解度比较小，为了满足核的其他生长部分会溶解核[8]。

这样一来，核的数目就会减少，形态和大小的差别就会很大。

然而，脱硫石膏难以被包裹，导致其晶核数量少，晶体形态差异大。

由于强电解质的存在，静电引力的存在也会影响ɑ-水石膏晶须的生长。

（2）蒸压法：

用二水石膏在高压釜中进行热处理，然后二水石膏变成半水石膏，产品经过热处理后从高压釜中取出干燥。

的上述高强石膏的生产方法的分析，可以看出，高压灭菌的生产石膏的缺点，即在干燥的产品，在许多情况下，会形成可溶性无水石膏[9]。

采用缓冲法等方法制备石膏加工设备时，会形成二水石膏。

高压釜工艺对设备要求高，参数控制严格，适用于大宗物料的生产。

此方法也提高了生产效率，更适合工业生产。

第三章脱硫石膏综合利用所存在的问题

脱硫石膏随着工业的发展其产量在不断增加，而脱硫石膏如果不进行利用处理，则会对环境造成影响。

随着我国对于环境的保护不断地有政策下发，有更多人愿意投身其中，用自己的知识储备去提高脱硫石膏的资源利用率。

但在脱硫石膏的综合利用方面还存在很多需要应对的问题。

3.1脱硫石膏堵料问题

我国脱硫石膏标准规定：

脱硫石膏的含水量应该小于10%，但大部分的含水量却是8%-20%。

因此，脱硫石膏在用作水泥缓凝剂时，在生产中常会因为其含水量高而发生堵料现象，影响生产。

因此，解决堵料问题尤其重要。

解决脱硫石膏堵料问题有以下几种方法:

（1）干燥;

（2）干燥并造粒;

（3）改造料仓、料仓下料口、石膏输送线。

但又由于干燥，干燥并造粒所造成的成本会很大，因此第三种方法是可以被采用的。

3.2用于纸面石膏板存在的问题

脱硫石膏用于生产纸面石膏板主要需解决两个问题：

（1）脱硫石膏的颗粒级配比较集中，颗粒以短柱状颗粒为主，因此用脱硫石膏生产的建筑石膏粉流动性相对于天然石膏而言较差，可以通过与天然石膏混合使用或粉磨脱硫石膏来解决这一问题。

（2）二是脱硫石膏中含有的有害杂质，与天然石膏相比，脱硫石膏中的氯离子和水溶性盐含量较高，氯离子会影响石膏纸板和石膏芯的结合，且当纸面石音板在潮湿状态下使用时会使钉子和钢筋加速生锈。

水溶性盐有镁出钠盐和钾盐。

其中镁盐以MgSO4形式、钠盐以Na2SO4形式存在，而钾盐以CaSO4·K2SO4·H20复盐形式存在。

这些盐在干燥过程中会随水分迁移到石许板克西而形成还需现象，影响石膏芯与纸板的粘接。

3.3与天然石膏生产的砌块相比

用脱硫石膏生产的砌块与天然石膏生产的砌块主要不同的点如下：

（1）与天然石膏生产的石膏砌块相比，由于本身就有盐的存在，因此容易给砌块造成有盐析出的现象。

在生产、储存、使用的过程中，尤其在干燥过程中或二次受潮再干燥过程中，这部分盐会随同自由水的脱水路径析出到砌块制品表面，形成絮状物，造成产品的外观不佳。

而受潮所引起的鼓起掉落等现象则是目前最严重的问题解决。

此问题的方法一是快减供干，在可溶性盐来不及溶解时将水分排除，但此方法解决不了二次受潮起碱；二是使用添加剂或粉煤灰，使部分可溶性盐变成不溶性盐，降低可溶性盐含量。

（2）与天然石膏生产的石膏彻块相比，脱硫石膏砌块“收缩率大”。

脱硫石膏砌块收缩率大的主要原因主要有两点:

一是当脱硫石膏中未完全燃烧的粉煤灰飞灰较多；二是脱硫建筑石膏中可溶性无水石膏和二水石膏相不稳定所玫。

解决办法一是提高脱硫石膏原料品质，二是通过控制煅烧工艺和陈化稳定脱硫建筑石膏相组成。

就目前而言的火电厂也存在很多问题，例如脱硫石膏的杂质多，加工程序多，工作效率也低。

相对于电厂的其他方面所带来的利润，脱硫石膏所形成的利润较低，因此电厂处于经济方面的考虑就会在脱硫技术方面大打折扣。

所以致使石膏建材行业对脱硫石膏能够更好的利用存在很大的问题。

电厂的问题主要是生产技术部门只对脱硫率关心，而忽视了脱硫石膏的质量。

在脱硫石膏方面有专业了解的人员过少，对脱硫石膏的质量问题，只能用降低价格或者倒入灰库的简单办法处理。

采购部门也会因为成本的问题，采购价格较为便宜的石灰石。

用于脱硫剂的石灰石粉质量都差了，那么便会直接影响脱硫石膏的质量。

脱硫石膏中的杂质含量也会很大了，那么脱硫石膏的综合利用的难度也会加大。

解决以上的问题是目前所需要面对的，但是要通过科研找出更加成熟的方案，使脱硫石膏得到有效的利用，并且提供更多的利益。

脱硫石膏资源主要还是存在分布不均匀的问题。

南方发达地区的石膏产业发展较慢，是因为资源紧缺，并且运输路径远。

虽然北方地区的脱硫石膏产量大，但没有使其综合利用起来，造成大量堆积，资源浪费严重。

解决烟气脱硫石膏分布不均的问题，主要还是要通过政策方面的改变，让资源丰富的地区有把握，有实力的去利用起来。

在许多质量方面同样也存在一些问题。

例如，脱硫石膏的掺入比例不对，容易出现开裂膨胀、碳化的现象。

以上的现象会对其制品的质量问题有很大的影响。

由于国内在这一方面的经验还是不足，可以先学习他人的经验和技术，来解决并改善影响质量的一些因素，从而提高脱硫石膏使用后的质量。

在脱硫石膏利用上还存在运输方面的难题，一些企业距离火电厂的距离很远，在运输中会增加成本。

就此问题国家应该出台相关政策，从而鼓励企业在电厂附近建厂。

此方法不仅可以在运输方面带来便利，也能同时降低了成本。

人才引进也是发展技术不可缺失的一个关键因素，提供优良的政策才能提高人才的创造力，这样才能在科研方面有更大的发展。

第四章总结与展望

脱硫石膏的综合利用不仅可以产生经济效益，同时也能产生环境效益和社会效益。

从一开始的脱硫石膏露天堆积所造成的污染，到后来被综合利用起来，都是通过各个学者努力探索得来的。

不管是在水泥方面还是建材方面，脱硫石膏的综合利符合国家关于固体废物的“三化”原则，因此在政策方面都会有相应的优惠扶持。

目前环境保护的重要性，同时也推进了烟气的脱硫技术的发展，因此对脱硫石膏的发展也提供了方便除此之外，群众大部分对脱硫石膏的认知还以为是污染源，应该加大脱硫石膏宣传力度，使大家对其改观，意识到脱硫石膏的重要性，从而去了解利用脱硫石膏制成的产品。

烟气脱硫石膏因自身的特点被广为人知，因此更多的产品运用其为原材料去生产。

但除了优点诸多，还是存在很多缺点的。

在上文中已经有大概的叙述，现做出如下的总结：

（1）技术薄弱；

（2）环境意识不强；（3）未有相关标准发布；（4）天然石膏仍很丰富[10]

主要利用还是水泥缓凝剂和建筑类石膏，但是其利用方法主要是的煅烧和不煅烧，尽管这样，但在我国还是有所限制的。

因此在未来需要找到更适合我国发展脱硫石膏的方法。

而目前的研究在脱硫石膏高温分解方面有了新的发现：

当CO的含量在1%-4%,那么脱硫石膏的分解概率会有95%以上。

因此可知其分解率与CO的含量有关。

但分解率增长的频率却会越来越低。

那么，添加剂Fe2O3就可加快分解反应的速率。

此外，通过实验探究出一种使用煤炭来处理脱硫石膏系统的方法，从而为热化学研究奠定了基础[11]。

那么未来就是需要在这些方面还有其他方面进行研究，使得脱硫石膏在未来得到更深入的利用。

参考文献

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[3]丛钢,龚七一,丁宇.脱硫石膏作水泥缓凝剂研究［J］.水泥，1997（04）：

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[4]翟洪轩.脱硫石膏制硫酸联产水泥技术研究［J］.山东化工，2013，42（11）：

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[5]许依山,卢平.脱硫石膏资源化综合利用途径及未来发展[J].中国水泥,2016（05）:

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[6]许依山,卢平.脱硫石膏资源化综合利用途径及未来发展[J].中国水泥,2016（05）:

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[7]胡军.脱硫石膏在水泥稳定碎石基层中的工程应用研究[J].城市道桥与防洪,2014（04）:

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[9]方文仓.周建中.等．脱硫石膏综合利用的关键工艺技术及装备[J]．新型建筑材料，2010（12）：

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[10]许依山,卢平.脱硫石膏资源化综合利用途径及未来发展[J].中国水泥,2016（05）:

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[11]许依山,卢平.脱硫石膏资源化综合利用途径及未来发展[J].中国水泥,2016（05）:

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