基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法剖析磷石膏研究及進(jìn)展

侯 江，郭衛(wèi)廣，雍 毅，羅大鵬，吳 怡

（四川省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，四川 成都 610041）

磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體廢渣，其主要成分為二水硫酸鈣（質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90%左右），每生產(chǎn)磷酸1 t 可產(chǎn)生磷石膏4.8 ～5.0 t［1］。目前，我國磷石膏的總庫存量約5 億t，每年仍產(chǎn)生磷石膏約7 000萬t。國內(nèi)磷石膏產(chǎn)生量排名前5的省份分別是湖北、云南、貴州、四川和安徽，其磷石膏產(chǎn)生量占全國總產(chǎn)生量的85%以上［2］。磷石膏露天堆存仍然是處置的主要方式，不僅占用土地，且其中的可溶性磷、氟及重金屬易造成土壤、水體及大氣污染［3］。

2019 年8 月，國家生態(tài)環(huán)境部通報(bào)長江經(jīng)濟(jì)帶“三磷”專項(xiàng)排查結(jié)果，7 ?。ㄊ校?92 家“三磷”企業(yè)（礦、庫）中有276 家存在生態(tài)環(huán)境問題，占比約39.9%。其中，磷石膏庫的問題最為突出，50%以上的磷石膏庫存在環(huán)境隱患，主要原因是歷史遺留的磷石膏非規(guī)范化堆積以及磷石膏的綜合利用率較低。

隨著磷石膏堆場環(huán)境問題的日益突出，國內(nèi)磷石膏相關(guān)研究呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，但大多集中在磷石膏理化性質(zhì)［4-5］、磷石膏堆體污染治理［6-8］、磷石膏清潔生產(chǎn)技術(shù)［9-11］、磷石膏綜合利用［12-15］等實(shí)驗(yàn)研究和政策研究上，對(duì)于磷石膏的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)研究較少，且對(duì)磷石膏研究歷程及未來趨勢(shì)、熱點(diǎn)的相關(guān)研究幾乎沒有。筆者采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，對(duì)中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫（CNKI）中以磷石膏為主題的文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)定量分析，為后續(xù)進(jìn)行磷石膏研究的相關(guān)學(xué)者提供方向參考。

1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來自于中國知網(wǎng)（CNKI）。以磷石膏為主題對(duì)1956—2019 年（共計(jì)64 年）文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)6 482 篇，其中中文文獻(xiàn)5 011 篇，英文文獻(xiàn)1 471 篇。按照文獻(xiàn)類型分類：期刊論文5 546篇，博士論文68篇，碩士論文478篇，會(huì)議論文248篇，報(bào)紙新聞66篇，圖書76部。

2 研究方法

筆者采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）、文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析軟件（Citespace）和數(shù)據(jù)分析軟件（Origin）對(duì)磷石膏相關(guān)研究文獻(xiàn)進(jìn)行研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)分析。文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)作為文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析的主流方法，以數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)方法為依托，相關(guān)信息材料為對(duì)象，通過數(shù)量統(tǒng)計(jì)與分析，對(duì)樣本所呈現(xiàn)的數(shù)量特征進(jìn)行描述，由此評(píng)價(jià)樣本在某一階段的發(fā)展歷程［16-17］。文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法已被應(yīng)用于高?？蒲兴皆u(píng)價(jià)、期刊水平評(píng)價(jià)、文獻(xiàn)綜合指數(shù)評(píng)價(jià)、各學(xué)科領(lǐng)域的論文統(tǒng)計(jì)及發(fā)展趨勢(shì)分析等［18-19］。

3 結(jié)果與分析

文獻(xiàn)的年度趨勢(shì)分析、區(qū)域分布、研究機(jī)構(gòu)分析、期刊來源分析、關(guān)鍵詞分析是衡量科研成果的5項(xiàng)重要指標(biāo)，特別是關(guān)鍵詞分析能夠?qū)Ρ绢I(lǐng)域的研究歷程進(jìn)行綜述，并對(duì)未來研究趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測［20］。

3.1 年度趨勢(shì)分析

圖1 1956—2019年CNKI收錄磷石膏相關(guān)研究文獻(xiàn)量變化

1956—2019 年CNKI 收錄磷石膏相關(guān)研究文獻(xiàn)量變化見圖1。磷石膏相關(guān)文獻(xiàn)研究發(fā)展歷程共分為3個(gè)階段：1956—1981年為研究起步階段，每年發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量在10 篇以下，該時(shí)期國內(nèi)各項(xiàng)研究受到環(huán)境制約，基本都處于起步摸索階段；1982—1995 年為緩慢發(fā)展期，每年發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量呈現(xiàn)較快增長，但年發(fā)表量仍保持在100篇以內(nèi)；1996—2019 年為快速發(fā)展期，發(fā)文量呈線性快速增長趨勢(shì)，14 年間發(fā)文量達(dá)到5 779 篇，占總發(fā)文量的89.2%，此階段外文文獻(xiàn)也呈現(xiàn)快速增長趨勢(shì)。

3.2 研究區(qū)域分布

將CNKI 的檢索結(jié)果按研究地區(qū)在地圖上標(biāo)注，并將文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量進(jìn)行賦值，然后導(dǎo)入GIS軟件中，采用反距離插值等工具進(jìn)行研究區(qū)域集聚狀態(tài)和熱點(diǎn)分析。研究發(fā)現(xiàn)，我國磷石膏相關(guān)研究主要集中在云南、貴州、湖北、四川4個(gè)省份，文獻(xiàn)發(fā)表量分別為852篇、783篇、702篇和630篇。這4 省為我國最重要的磷礦資源地和磷化工聚集區(qū)，磷礦石總產(chǎn)量約占全國的73%，磷化工產(chǎn)業(yè)相應(yīng)較為發(fā)達(dá)，磷石膏的產(chǎn)生和堆存量也居于全國前列。其他研究區(qū)域主要為山東省（259 篇）、江蘇?。?55篇）、北京市（220篇）、重慶市（214篇）、湖南?。?44篇）、安徽?。?13篇）等。

3.3 研究機(jī)構(gòu)分析

在CNKI 中，對(duì)1956—2019 年以磷石膏為主題的文獻(xiàn)進(jìn)行檢索統(tǒng)計(jì)分析，文獻(xiàn)發(fā)表量前20 的單位見表1。由表1 可知，文獻(xiàn)發(fā)表量靠前的單位主要為以學(xué)術(shù)研究為主的大學(xué)。

表1 磷石膏相關(guān)研究機(jī)構(gòu)文獻(xiàn)發(fā)表量

3.4 期刊來源分析

1956—2019 年出版的磷石膏相關(guān)期刊論文，發(fā)表于北京大學(xué)《中文核心期刊要目總覽》來源期刊（以下簡稱北大中文核心期刊）共計(jì)1 219 篇，EI 來源期刊150篇，SCI 來源期刊29篇?？d磷石膏類相關(guān)文獻(xiàn)較多的期刊見圖2。

圖2 刊載磷石膏類研究的主要期刊相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表量對(duì)比

3.5 關(guān)鍵詞分析

在CNKI 中以磷石膏為主題進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，將中文文獻(xiàn)以Refworks 格式導(dǎo)出，并導(dǎo)入CiteSpace軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞聚類分析，得出磷石膏研究相關(guān)文獻(xiàn)關(guān)鍵詞知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖譜，圖譜以關(guān)鍵詞“磷石膏”和“綜合利用”為中心呈雙中心輻射結(jié)構(gòu)。在中文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次分析中，除了“磷石膏”以外，“綜合利用”成為出現(xiàn)頻次最高的關(guān)鍵詞，其他高頻關(guān)鍵詞依次為“水泥”、“粉煤灰”、“濕法磷酸”、“土壤改良劑”、“聯(lián)產(chǎn)水泥”、“硫酸”、“水泥緩凝劑”、“硫酸鈣晶須”、“半水石膏”、“資源化利用”、“硫酸鉀”、“建筑石膏”、“堆場”、“α-半水石膏”、“制磚”、“砌塊”等。大部分關(guān)鍵詞和“綜合利用”同時(shí)出現(xiàn)的頻次都比較高。可見在中文文獻(xiàn)中磷石膏綜合利用是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥、水泥緩凝劑、半水石膏、紙面石膏板、建筑石膏、石膏砌塊和制磚是磷石膏綜合利用重要的研究方向。

將CNKI 中中文文獻(xiàn)主要關(guān)鍵詞進(jìn)行分年統(tǒng)計(jì)，使用Origin繪圖分析軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞頻次趨勢(shì)分析，如圖3 所示。由圖3 可知，從1996 年開始，各個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次都呈現(xiàn)較大數(shù)量增長。

磷石膏相關(guān)中文文獻(xiàn)中，1963 年關(guān)鍵詞“聯(lián)產(chǎn)水泥”首次出現(xiàn)，主要介紹歐洲各國高度關(guān)注磷石膏污染及資源化問題，開始將磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥進(jìn)行工業(yè)化；1977 年首次出現(xiàn)文獻(xiàn)報(bào)道，國內(nèi)開始磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究；1983年文獻(xiàn)開始報(bào)道國內(nèi)磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥工業(yè)化測試研究；1995—2000 年出現(xiàn)第一次相關(guān)研究熱潮，主要集中在機(jī)制和工業(yè)工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化研究；2005—2015 年出現(xiàn)持續(xù)性大量研究，為研究爆發(fā)期，包含磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的機(jī)制研究、新工藝研究、政策研究等；2015—2018 年，相關(guān)研究文獻(xiàn)逐漸減少，主要集中在文獻(xiàn)綜述和政策建議研究等。

圖3 磷石膏相關(guān)關(guān)鍵詞頻次年度趨勢(shì)

磷石膏相關(guān)中文文獻(xiàn)中，關(guān)鍵詞“水泥緩凝劑”最早出現(xiàn)在1978 年，從1999 年開始出現(xiàn)持續(xù)大量研究，至今仍為研究熱點(diǎn)。從最初的磷石膏直接作為水泥緩凝劑研究，到磷石膏預(yù)處理后作為水泥緩凝劑研究，再到磷石膏的新型改性研究，使磷石膏制作水泥緩凝劑的工藝更加成熟，水泥產(chǎn)品質(zhì)量更加可靠。

磷石膏相關(guān)中文文獻(xiàn)中，關(guān)鍵詞“半水石膏”最早出現(xiàn)在1975 年，從2010 年開始出現(xiàn)持續(xù)大量研究，且逐年增加，2019 年相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表量最多，為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。半水石膏研究熱點(diǎn)也從磷石膏制備半水石膏試驗(yàn)研究、半水石膏轉(zhuǎn)晶劑條件測試研究、半水石膏結(jié)晶機(jī)制研究轉(zhuǎn)向α-半水石膏不同生產(chǎn)工藝研究、半水石膏工業(yè)化生產(chǎn)研究、高品質(zhì)高強(qiáng)度半水石膏的研制與應(yīng)用研究。

磷石膏相關(guān)中文文獻(xiàn)中，關(guān)鍵詞“堆場”最早出現(xiàn)在1989 年，1989—2005 年相關(guān)研究文獻(xiàn)較少，年平均文獻(xiàn)量一直保持在5篇以內(nèi)。從2008年開始出現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢(shì)，特別是2017—2019 年，相關(guān)文獻(xiàn)出現(xiàn)爆發(fā)式增長，成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。磷石膏堆場研究熱點(diǎn)從國外堆場研究報(bào)告、國內(nèi)堆場技術(shù)設(shè)計(jì)、堆場堆體穩(wěn)定及安全性研究，逐步轉(zhuǎn)向堆場浸出污染物遷移規(guī)律研究、堆場滲濾液研究、堆場歷史沉積石膏研究、堆場污染整治與封場技術(shù)研究、堆場資源化利用研究。

其他關(guān)鍵詞如“改性磷石膏”、“硫酸鈣晶須”、“α-半水石膏”、“石膏板”、“紙面石膏板”等在最近5年作為高頻詞出現(xiàn)，也為當(dāng)今磷石膏領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。而“制磚”、“砌塊”、“粉煤灰”、“土壤改良劑”等關(guān)鍵詞在1995—2005 成為高頻詞，在最近5年出現(xiàn)頻次逐漸減少，為次要研究熱點(diǎn)。

4 討論

磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥是磷石膏綜合利用的重要方向，能使磷石膏中的硫、鈣等資源得到充分利用，在一定程度上緩解了我國硫資源嚴(yán)重依賴進(jìn)口、受制國外的情況。制得的硫酸可循環(huán)用于磷化工生產(chǎn)，制得的氧化鈣等可作為水泥的主要原料，在一定程度上減少了石灰石的開采量，利于生態(tài)保護(hù)。目前，我國磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥裝置已經(jīng)達(dá)到產(chǎn)業(yè)化程度，但存在能耗大、成本高的問題，降耗成為此方向研究熱點(diǎn)。

磷石膏生產(chǎn)水泥緩凝劑成為目前磷石膏的主要應(yīng)用方向。水泥緩凝劑是水泥生產(chǎn)中的添加劑，使用量僅為2% ～6%。但考慮到我國水泥生產(chǎn)規(guī)模及用量較大，且磷石膏生產(chǎn)水泥緩凝劑，預(yù)處理僅需要加入石灰拌混，工藝簡單，操作方便，水泥緩凝劑成為磷石膏的最主要綜合利用途徑。

磷石膏經(jīng)預(yù)處理或改性后，可制成α-半水石膏或β-半水石膏，再作為生產(chǎn)紙面石膏板、纖維石膏板、空心砌磚、粉刷石膏和自流平石膏等產(chǎn)品的直接原料，目前市場前景較好。但因磷石膏本身含有少量雜質(zhì)，原料質(zhì)量存在不穩(wěn)定性，因此磷石膏除雜、改性及制備穩(wěn)定高品質(zhì)的半水石膏成為研究熱點(diǎn)。

5 結(jié)論

最近15 年磷石膏相關(guān)研究呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，磷石膏領(lǐng)域研究越來越受到關(guān)注。我國磷石膏相關(guān)研究主要集中在云南、貴州、湖北、四川4省。磷石膏相關(guān)研究機(jī)構(gòu)主要為昆明理工大學(xué)、貴州大學(xué)、武漢理工大學(xué)、四川大學(xué)、西南科技大學(xué)等以學(xué)術(shù)研究為主的大學(xué)。

磷石膏領(lǐng)域未來重要研究方向主要為磷石膏的綜合利用和堆場的污染防治。

在磷石膏綜合利用領(lǐng)域，磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥、水泥緩凝劑、半水石膏、石膏板、自流平石膏、改性磷石膏是重要研究方向。其中，降低磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥工藝的能耗成為此方向研究熱點(diǎn)；磷石膏除雜、改性及制備穩(wěn)定高品質(zhì)的半水石膏成為磷石膏制備建材的研究熱點(diǎn)。

在磷石膏堆場的污染防治領(lǐng)域，堆場浸出污染物遷移規(guī)律研究、堆場滲濾液研究、堆場歷史沉積石膏研究、堆場污染整治與封場技術(shù)研究、堆場資源化利用研究成為重要研究方向。