磷石膏綜合利用現狀和展望

武新民，楊再銀

(1.泰山石膏股份有限公司，山東泰安 271026；2.中國建筑材料聯合會石膏建材分會，北京 100024)

磷石膏綜合利用現狀和展望

武新民1，楊再銀2

(1.泰山石膏股份有限公司，山東泰安 271026；2.中國建筑材料聯合會石膏建材分會，北京 100024)

介紹了目前我國磷石膏綜合利用現狀和最新進展。2016年我國磷石膏產生量為76 000 kt，綜合利用量達到27 700 kt，同比增長4.5%，當年綜合利用率36.5%。指出磷石膏用作水泥用緩凝劑、制紙面石膏板、制備Ⅱ型無水石膏膠結材、用作石膏墻板是今后主要利用方向，并提出綜合利用過程中存在的問題及政策建議。

磷石膏 綜合利用 建筑材料 現狀 進展

Abstract: The present status and recent progress in comprehensive utilization of phosphogypsum in China are introduced.The output of phosphogypsum of China in 2016 was 76 000 kt,and comprehensive utilization amount reaches 27 700 kt,an increase of 4.5%, the comprehensive utilization rate of 36.5% in 2016.It is pointed out that it will be the main direction of utilization in the future,such as phosphogypsum as retarder for cement, producting plasterboard,preparation of type II anhydrite cement,used as gypsum wallboard. And puts forward the existing problems and policy recommendations in the process of comprehensive utilization.

Keywords: phosphogypsum; comprehensive utilization; building materials; status; prospect

1 磷石膏綜合利用現狀

磷石膏是在磷肥生產過程中用硫酸處理磷礦時產生的固體廢渣，其主要成分為二水硫酸鈣，除此之外磷石膏中還含有很多對環(huán)境和綜合利用有害的雜質，如磷、氟、有機物、堿金屬元素等。這些有害物質可因堆存時間過長、防滲處理不當而引起周邊土壤水質變化，導致污染環(huán)境，并且對人體健康會產生極大的危害。

隨著我國磷肥工業(yè)的快速發(fā)展，中國已成為世界最大的磷肥生產國，也成為了第一大磷石膏副產國。全國除北京、天津、上海、吉林、黑龍江、海南、西藏等省區(qū)市外，其余省份均有磷石膏產出，磷石膏排放企業(yè)相對集中分布在云南、貴州、湖北、四川等產磷省份。2016年我國磷石膏產生量為76 000 kt，綜合利用量達到27 700 kt，同比增長4.5%，當年綜合利用率36.5%，同比提高了3百分點[1]。

目前國內外磷石膏綜合利用方式主要有：用磷石膏替代天然石膏作為水泥緩凝劑，磷石膏經煅燒制建筑石膏粉，磷石膏制紙面石膏板和石膏砌塊，磷石膏用作土壤調理劑，用磷石膏生產石膏標磚等。在我國磷石膏消納方向主要有制建材、化學法分解和制土壤調理劑。由于工藝相對簡單，目前磷石膏用量最大的是制水泥緩凝劑。另外，磷石膏還可用作路基材料。而在化學法利用方面，磷石膏制硫酸聯產水泥、磷石膏制硫酸銨等技術都比較成熟，但是因為成本等因素，推廣較難，業(yè)內各企業(yè)還在摸索新的綜合利用技術。

因磷石膏呈酸性，且含硫、鈣、鎂等元素，可適用于改良鹽堿地的土壤調理劑，目前每年在云南、甘肅等地的應用量有近百萬噸，對緩解土地荒漠化發(fā)揮了重要作用。國內現在倡導科學施肥，未來幾年磷肥的產量不會大幅增長，磷石膏的產生量也應該維持在75 000 kt/a左右。建材行業(yè)是未來磷石膏綜合利用的最重要領域。

2 磷石膏綜合利用進展情況

我國石膏產業(yè)總產值約為400億元/a，未來3年石膏行業(yè)將繼續(xù)快速發(fā)展，行業(yè)產值增長率將超過10%。石膏行業(yè)整體產品附加值較低，石膏耗用量最大的領域是水泥緩凝劑，增長最快的是抹灰石膏、裝飾石膏板、紙面石膏板。過去幾年中國建筑材料聯合會石膏建材分會與企業(yè)主要推動與大力發(fā)展的是抹灰石膏、自流平石膏、紙面石膏板、裝飾石膏板。

2016年我國石膏行業(yè)細分領域的用量見表1。

表1 2016年我國石膏行業(yè)細分領域的用量

2.1 水泥用緩凝劑

在水泥水化過程中，由于摻入了適量石膏，鋁酸三鈣在飽和的石灰-石膏溶液中生成溶解度極低的水化硫鋁酸鈣晶體，包圍在水泥顆粒表面形成一層薄膜，阻止了水分子向未水化的水泥粒子內部擴散，延緩水泥熟料顆粒水化，從而達到緩凝目的。GB 175—2007中規(guī)定：硅酸鹽水泥中三氧化硫質量分數小于或等于3.5%，礦渣硅酸鹽水泥中三氧化硫質量分數小于或等于4.0%。

磷石膏用于水泥緩凝劑已經較好的解決了標準化工作。在水泥廠添加過程中，只要將原有設備稍加改造即可解決堵料問題。目前脫硫石膏、天然石膏比較充沛，如果磷石膏的到廠價格和其他種類石膏相比沒有競爭優(yōu)勢，水泥廠一般不會積極采用磷石膏做水泥緩凝劑。2016年我國水泥總產量2 400 Mt，水泥緩凝劑消耗石膏約91 310 kt。在盡可能多使用磷石膏生產石膏建材的同時，應該將水泥緩凝劑作為大量處理磷石膏的首選措施。在磷石膏排放大省，政府應該出臺禁止使用天然石膏做水泥緩凝劑的政策。

2.2 磷石膏制紙面石膏板

紙面石膏板是一種新型的建筑裝飾輕質板材料，紙面石膏板具有質輕、隔聲、隔熱、抗震、收縮率低、強度高、自動微調室內濕度、加工性能強及施工方法簡便的特點。近年來，國內石膏制紙面石膏板項目較多，但主要以天然石膏和脫硫石膏為原料。隨著國內磷石膏凈化除雜技術的提高，不少企業(yè)開始新建磷石膏制紙面石膏板項目。據不完全統(tǒng)計，目前我國磷石膏制紙面石膏板總產能約8×108m2/a，泰山石膏股份有限公司主要利用磷石膏生產水泥緩凝劑，或用副摻其他副產石膏作為紙面石膏板使用，該公司是我國綜合利用磷石膏量最大的企業(yè)。

紙面石膏板行業(yè)已經基本走完了產業(yè)集中的進程，建議其他磷肥企業(yè)如有建設紙面石膏板線計劃，應優(yōu)先考慮與泰山石膏股份有限公司等行業(yè)領軍企業(yè)開展合作、共同開發(fā)。

2.3 磷石膏制備Ⅱ型無水石膏膠結材

Ⅱ型無水石膏的強度與耐水性能明顯優(yōu)于建筑石膏，在國外已得到大量生產和運用。國外生產的無水石膏基自流平材料、抹灰材料、膩子材料，是石膏基材料的重要組成部分。Ⅱ型無水石膏一般是由二水石膏在600～900 ℃的條件下進行煅燒所得。

試驗表明：磷石膏制備Ⅱ型無水石膏的適宜煅燒溫度為800 ℃。在800 ℃煅燒磷石膏，使得石膏晶體中的共晶磷析出，有機物蒸發(fā)，消除了它們對石膏制品的不利影響，這是其他預處理無法達到的。另外，石灰中和也可大大改善磷石膏中可溶磷、氟等對石膏建材的不利影響。中溫煅燒不僅大幅減小了磷石膏中可溶磷、共晶磷、有機物的影響，而且磷石膏顆粒形態(tài)與粒級也得到了很大的改善，其膠結材性能與天然石膏膠結材相當。

在歐洲國家，硬石膏是有一種主要的膠凝材料。歐洲Anhydritec公司年產硬石膏基自流平砂漿約700 kt，是歐洲最大的硬石膏供應商。其他公司生產的石膏基自流平砂漿，所采用的膠凝材料也多為硬石膏，如Henkel(漢高)AS1 rapid快速修補型硬石膏基自流平、AS2纖維硬石膏基自流平；UZIN(優(yōu)成)NC110硬石膏基自流平等[2]。

Ⅱ型無水石膏還可以配制出硫酸鹽復合水泥，具有快硬早強和抗硫酸鹽性能；還可以配制硅酸鹽-鋁酸鹽-硫酸鹽三元復合水泥，具有快凝、早強、微膨脹(可補償收縮)的特點。

未來磷石膏制備Ⅱ型無水石膏膠結材，進而生產石膏基自流平砂漿或硫酸鹽復合水泥，在我國具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.4 石膏墻板發(fā)展空間大

根據GB 50574—2010《墻體材料應用統(tǒng)一技術規(guī)范》術語，墻板指“用于維護結構的各類外墻暨分隔室內空間的各類隔墻板”，因此這里所指墻板不僅包括紙面石膏板，也包含石膏砌塊、石膏條板等隔墻材料。

自1991年國家開始推動墻材革新、限黏禁黏政策后，截止2010年新型墻體材料比重已經達到55%。在推動墻材革新的各種因素中，建筑結構的變化起到了至關重要的作用。20世紀九十年代城鄉(xiāng)建筑主要以磚混結構為主，隨著框架結構、剪力墻結構比例的不斷上升，市場不得不使用非承重、輕質的新型墻材。目前地級以上城市框架、剪力墻結構建筑面積已經占有絕對比例，一些城市甚至超過90%以上。縣級城市框架、剪力墻結構建筑面積占比一般都達過了50%?？蚣芙Y構建筑分戶墻、分室墻，剪力墻結構廚衛(wèi)間、室內隔墻均需要適用大量非承重墻體材料。這位石膏墻板的發(fā)展提供了極為廣闊的空間。

民用住宅如果采用石膏墻體材料做填充墻，則框架建筑結構體系中石膏墻材的使用面積與建筑面積的比值一般為1/3，剪力墻建筑結構體系中石膏墻材的使用面積與建筑面積的比值一般為1/4甚至略低。公共建筑如醫(yī)院、學校等多為框架結構，成墻面積較大，石膏墻材的使用面積與建筑面積的比值甚至大于1。目前我國紙面石膏板在墻體領域主要應用于公共建筑，在住宅內隔墻領域基本為零。按照相關統(tǒng)計數據，2016年全國住宅房屋竣工面積1.707×109m2，如果石膏墻材在住宅領域得到大量推廣，未來墻材領域石膏用量將會有較大增長。

3 存在的問題和政策建議

我國磷石膏綜合利用取得了一定成績，但用過程中還存在許多問題，如產品的下游市場還有待拓展、國家有關磷石膏綜合利用的鼓勵政策還有待完善、制約磷石膏綜合利用的共性關鍵技術有待突破、磷石膏綜合利用產品的標準體系有待進一步完善等。目前磷石膏綜合利用中還存在以下不利因素：①湖北、云南、貴州、山東、安徽五省的磷石膏產量占到了全國磷石膏總量的75%以上，且企業(yè)大多地處偏遠地區(qū)，遠離石膏消費市場，運輸半徑長，制約了磷石膏綜合利用經濟效益的提升；②磷石膏含有磷、氟等雜質，要開發(fā)出質量好的新型建材需進行預處理，這導致其在與天然石膏和電廠脫硫石膏的市場競爭中處于不利地位；③綜合利用磷石膏需要企業(yè)大量投入技術改造資金，與之相比，其后延產品的利潤便顯得微薄。

針對這些不利因素，業(yè)內人士紛紛表示，為讓磷石膏綜合利用更上一個臺階，國家亟須在政策、資金等方面給予更多的支持，幫助業(yè)界打開下游市場，使這條產業(yè)鏈更加健康地運行。具體措施如下：

1)從源頭控制磷石膏質量。由于磷肥行業(yè)與建材行業(yè)分屬兩個不同行業(yè)，上游企業(yè)為了降低成本、提高效益，并不過多關注磷石膏的質量。又由于磷石膏用途不同，有害雜質限量、質量指標要求不同。工業(yè)副產石膏的質量問題已經嚴重影響到了石膏企業(yè)的正常生產。德國在20世紀七十年代即通過立法保證工業(yè)副產石膏的質量，我國也應該加強在這方面的工作。規(guī)范磷石膏的堆存管理，防止雜質混入其中，這樣即使當前無法完全利用，但為未來綜合利用提供了保證。

2)磷石膏可以改良北方鹽堿地，開發(fā)成建材做公路墊層和地下填充物等。但因運費較高目前南方的磷石膏不能運到北方。鐵路貨物不同種類有不同的運輸價格，可把磷石膏列入改造鹽堿地的專用肥料，解決運價問題。同時對企業(yè)生產運輸使用工業(yè)廢棄物生產的新型建材時，在公路運輸環(huán)節(jié)開設綠色通道，減免過橋、過路等費用。

3)根據我國新型建材技術發(fā)展的實際情況，及時調整資源綜合利用應享受優(yōu)惠政策的產品目錄，在磷石膏制品推廣應用方面給予支持。如在制定相關標準時，能綜合考慮到有利于促進磷石膏的處理利用。質監(jiān)部門對以化學石膏為原料生產的建材產品進行嚴格的質量監(jiān)控，特別是加強對環(huán)境和人體健康的監(jiān)控。

4)繼續(xù)拓寬磷石膏綜合利用范圍。石膏砂漿、自流平石膏等一些石膏產制品未來用量將會逐步擴大甚至成為這一應用領域主導產品。磷石膏作土壤改良劑在很多地方已經進行了小規(guī)模試驗，效果很好，應繼續(xù)加強在這方面的嘗試。法國、比利時、印度、前蘇聯、美國等都在用磷石膏作筑路材料。國內應通過各種不同的途徑，逐步擴大磷石膏綜合利用率。

[1] 葉學東.2016年磷石膏利用情況簡析[C].第二十四屆全國磷復肥行業(yè)年會論文集.北京：中國磷復肥工業(yè)協會，2016：225.

[2] 朱海霞.石膏基自流平砂漿的技術進展研究[J].新型建筑材料，2016(6)：1-5.

Statusandprospectofcomprehensiveutilizationofphosphogypsum

WUXinmin1,YANGZaiyin2

(1.Taishan Gypsum Co., Ltd., Taian, Shandong, 271026, China; 2.Gypsum Association of China Building Materials Federation, Beijing, 100024, China)

TQ111.16；TQ177.3

B

1002-1507(2017)08-0018-04

2017-08-30。

武新民，男，泰山石膏股份有限公司工程師，主要從事石膏建材及機械設計制造工作。手機：18553837788；E-mail：wuxinmin007@163.com。