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(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)石膏建材分會(huì)，北京 100024)

磷石膏綜合利用現(xiàn)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(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)石膏建材分會(huì)，北京 100024)

介紹了目前我國(guó)磷石膏綜合利用現(xiàn)狀和最新進(jìn)展。2016年我國(guó)磷石膏產(chǎn)生量為76 000 kt，綜合利用量達(dá)到27 700 kt，同比增長(zhǎng)4.5%，當(dāng)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(wú)水石膏膠結(jié)材、用作石膏墻板是今后主要利用方向，并提出綜合利用過(guò)程中存在的問(wèn)題及政策建議。

磷石膏 綜合利用 建筑材料 現(xiàn)狀 進(jìn)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(xiàn)狀

磷石膏是在磷肥生產(chǎn)過(guò)程中用硫酸處理磷礦時(shí)產(chǎn)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(duì)環(huán)境和綜合利用有害的雜質(zhì)，如磷、氟、有機(jī)物、堿金屬元素等。這些有害物質(zhì)可因堆存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、防滲處理不當(dāng)而引起周邊土壤水質(zhì)變化，導(dǎo)致污染環(huán)境，并且對(duì)人體健康會(huì)產(chǎn)生極大的危害。

隨著我國(guó)磷肥工業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)已成為世界最大的磷肥生產(chǎn)國(guó)，也成為了第一大磷石膏副產(chǎn)國(guó)。全國(guó)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(chǎn)出，磷石膏排放企業(yè)相對(duì)集中分布在云南、貴州、湖北、四川等產(chǎn)磷省份。2016年我國(guó)磷石膏產(chǎn)生量為76 000 kt，綜合利用量達(dá)到27 700 kt，同比增長(zhǎng)4.5%，當(dāng)年綜合利用率36.5%，同比提高了3百分點(diǎn)[1]。

目前國(guó)內(nèi)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(jīng)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(diào)理劑，用磷石膏生產(chǎn)石膏標(biāo)磚等。在我國(guó)磷石膏消納方向主要有制建材、化學(xué)法分解和制土壤調(diào)理劑。由于工藝相對(duì)簡(jiǎn)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(xué)法利用方面，磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥、磷石膏制硫酸銨等技術(shù)都比較成熟，但是因?yàn)槌杀镜纫蛩?，推廣較難，業(yè)內(nèi)各企業(yè)還在摸索新的綜合利用技術(shù)。

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(diào)理劑，目前每年在云南、甘肅等地的應(yīng)用量有近百萬(wàn)噸，對(duì)緩解土地荒漠化發(fā)揮了重要作用。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在倡導(dǎo)科學(xué)施肥，未來(lái)幾年磷肥的產(chǎn)量不會(huì)大幅增長(zhǎng)，磷石膏的產(chǎn)生量也應(yīng)該維持在75 000 kt/a左右。建材行業(yè)是未來(lái)磷石膏綜合利用的最重要領(lǐng)域。

2 磷石膏綜合利用進(jìn)展情況

我國(guó)石膏產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值約為400億元/a，未來(lái)3年石膏行業(yè)將繼續(xù)快速發(fā)展，行業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)率將超過(guò)10%。石膏行業(yè)整體產(chǎn)品附加值較低，石膏耗用量最大的領(lǐng)域是水泥緩凝劑，增長(zhǎng)最快的是抹灰石膏、裝飾石膏板、紙面石膏板。過(guò)去幾年中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)石膏建材分會(huì)與企業(yè)主要推動(dòng)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(guó)石膏行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的用量見表1。

表1 2016年我國(guó)石膏行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的用量

2.1 水泥用緩凝劑

在水泥水化過(guò)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(nèi)部擴(kuò)散，延緩水泥熟料顆粒水化，從而達(dá)到緩凝目的。GB 175—2007中規(guī)定：硅酸鹽水泥中三氧化硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于3.5%，礦渣硅酸鹽水泥中三氧化硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于4.0%。

磷石膏用于水泥緩凝劑已經(jīng)較好的解決了標(biāo)準(zhǔn)化工作。在水泥廠添加過(guò)程中，只要將原有設(shè)備稍加改造即可解決堵料問(wèn)題。目前脫硫石膏、天然石膏比較充沛，如果磷石膏的到廠價(jià)格和其他種類石膏相比沒有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，水泥廠一般不會(huì)積極采用磷石膏做水泥緩凝劑。2016年我國(guó)水泥總產(chǎn)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(chǎn)石膏建材的同時(shí)，應(yīng)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(yīng)該出臺(tái)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(zhì)板材料，紙面石膏板具有質(zhì)輕、隔聲、隔熱、抗震、收縮率低、強(qiáng)度高、自動(dòng)微調(diào)室內(nèi)濕度、加工性能強(qiáng)及施工方法簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)石膏制紙面石膏板項(xiàng)目較多，但主要以天然石膏和脫硫石膏為原料。隨著國(guó)內(nèi)磷石膏凈化除雜技術(shù)的提高，不少企業(yè)開始新建磷石膏制紙面石膏板項(xiàng)目。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)磷石膏制紙面石膏板總產(chǎn)能約8×108m2/a，泰山石膏股份有限公司主要利用磷石膏生產(chǎn)水泥緩凝劑，或用副摻其他副產(chǎn)石膏作為紙面石膏板使用，該公司是我國(guó)綜合利用磷石膏量最大的企業(yè)。

紙面石膏板行業(yè)已經(jīng)基本走完了產(chǎn)業(yè)集中的進(jìn)程，建議其他磷肥企業(yè)如有建設(shè)紙面石膏板線計(jì)劃，應(yīng)優(yōu)先考慮與泰山石膏股份有限公司等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)開展合作、共同開發(fā)。

2.3 磷石膏制備Ⅱ型無(wú)水石膏膠結(jié)材

Ⅱ型無(wú)水石膏的強(qiáng)度與耐水性能明顯優(yōu)于建筑石膏，在國(guó)外已得到大量生產(chǎn)和運(yùn)用。國(guó)外生產(chǎn)的無(wú)水石膏基自流平材料、抹灰材料、膩?zhàn)硬牧?，是石膏基材料的重要組成部分。Ⅱ型無(wú)水石膏一般是由二水石膏在600～900 ℃的條件下進(jìn)行煅燒所得。

試驗(yàn)表明：磷石膏制備Ⅱ型無(wú)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(jī)物蒸發(fā)，消除了它們對(duì)石膏制品的不利影響，這是其他預(yù)處理無(wú)法達(dá)到的。另外，石灰中和也可大大改善磷石膏中可溶磷、氟等對(duì)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(jī)物的影響，而且磷石膏顆粒形態(tài)與粒級(jí)也得到了很大的改善，其膠結(jié)材性能與天然石膏膠結(jié)材相當(dāng)。

在歐洲國(guó)家，硬石膏是有一種主要的膠凝材料。歐洲Anhydritec公司年產(chǎn)硬石膏基自流平砂漿約700 kt，是歐洲最大的硬石膏供應(yīng)商。其他公司生產(chǎn)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(bǔ)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(wú)水石膏還可以配制出硫酸鹽復(fù)合水泥，具有快硬早強(qiáng)和抗硫酸鹽性能；還可以配制硅酸鹽-鋁酸鹽-硫酸鹽三元復(fù)合水泥，具有快凝、早強(qiáng)、微膨脹(可補(bǔ)償收縮)的特點(diǎn)。

未來(lái)磷石膏制備Ⅱ型無(wú)水石膏膠結(jié)材，進(jìn)而生產(chǎn)石膏基自流平砂漿或硫酸鹽復(fù)合水泥，在我國(guó)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(jù)GB 50574—2010《墻體材料應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范》術(shù)語(yǔ)，墻板指“用于維護(hù)結(jié)構(gòu)的各類外墻暨分隔室內(nèi)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(guó)家開始推動(dòng)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(jīng)達(dá)到55%。在推動(dòng)墻材革新的各種因素中，建筑結(jié)構(gòu)的變化起到了至關(guān)重要的作用。20世紀(jì)九十年代城鄉(xiāng)建筑主要以磚混結(jié)構(gòu)為主，隨著框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)比例的不斷上升，市場(chǎng)不得不使用非承重、輕質(zhì)的新型墻材。目前地級(jí)以上城市框架、剪力墻結(jié)構(gòu)建筑面積已經(jīng)占有絕對(duì)比例，一些城市甚至超過(guò)90%以上?？h級(jí)城市框架、剪力墻結(jié)構(gòu)建筑面積占比一般都達(dá)過(guò)了50%?？蚣芙Y(jié)構(gòu)建筑分戶墻、分室墻，剪力墻結(jié)構(gòu)廚衛(wèi)間、室內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)校等多為框架結(jié)構(gòu)，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(guó)紙面石膏板在墻體領(lǐng)域主要應(yīng)用于公共建筑，在住宅內(nèi)隔墻領(lǐng)域基本為零。按照相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2016年全國(guó)住宅房屋竣工面積1.707×109m2，如果石膏墻材在住宅領(lǐng)域得到大量推廣，未來(lái)墻材領(lǐng)域石膏用量將會(huì)有較大增長(zhǎng)。

3 存在的問(wèn)題和政策建議

我國(guó)磷石膏綜合利用取得了一定成績(jī)，但用過(guò)程中還存在許多問(wèn)題，如產(chǎn)品的下游市場(chǎng)還有待拓展、國(guó)家有關(guān)磷石膏綜合利用的鼓勵(lì)政策還有待完善、制約磷石膏綜合利用的共性關(guān)鍵技術(shù)有待突破、磷石膏綜合利用產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)體系有待進(jìn)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(chǎn)量占到了全國(guó)磷石膏總量的75%以上，且企業(yè)大多地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，遠(yuǎn)離石膏消費(fèi)市場(chǎng)，運(yùn)輸半徑長(zhǎng)，制約了磷石膏綜合利用經(jīng)濟(jì)效益的提升；②磷石膏含有磷、氟等雜質(zhì)，要開發(fā)出質(zhì)量好的新型建材需進(jìn)行預(yù)處理，這導(dǎo)致其在與天然石膏和電廠脫硫石膏的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(shù)改造資金，與之相比，其后延產(chǎn)品的利潤(rùn)便顯得微薄。

針對(duì)這些不利因素，業(yè)內(nèi)人士紛紛表示，為讓磷石膏綜合利用更上一個(gè)臺(tái)階，國(guó)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(chǎng)，使這條產(chǎn)業(yè)鏈更加健康地運(yùn)行。具體措施如下：

1)從源頭控制磷石膏質(zhì)量。由于磷肥行業(yè)與建材行業(yè)分屬兩個(gè)不同行業(yè)，上游企業(yè)為了降低成本、提高效益，并不過(guò)多關(guān)注磷石膏的質(zhì)量。又由于磷石膏用途不同，有害雜質(zhì)限量、質(zhì)量指標(biāo)要求不同。工業(yè)副產(chǎn)石膏的質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響到了石膏企業(yè)的正常生產(chǎn)。德國(guó)在20世紀(jì)七十年代即通過(guò)立法保證工業(yè)副產(chǎn)石膏的質(zhì)量，我國(guó)也應(yīng)該加強(qiáng)在這方面的工作。規(guī)范磷石膏的堆存管理，防止雜質(zhì)混入其中，這樣即使當(dāng)前無(wú)法完全利用，但為未來(lái)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(yùn)費(fèi)較高目前南方的磷石膏不能運(yùn)到北方。鐵路貨物不同種類有不同的運(yùn)輸價(jià)格，可把磷石膏列入改造鹽堿地的專用肥料，解決運(yùn)價(jià)問(wèn)題。同時(shí)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)輸使用工業(yè)廢棄物生產(chǎn)的新型建材時(shí)，在公路運(yùn)輸環(huán)節(jié)開設(shè)綠色通道，減免過(guò)橋、過(guò)路等費(fèi)用。

3)根據(jù)我國(guó)新型建材技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整資源綜合利用應(yīng)享受優(yōu)惠政策的產(chǎn)品目錄，在磷石膏制品推廣應(yīng)用方面給予支持。如在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，能綜合考慮到有利于促進(jìn)磷石膏的處理利用。質(zhì)監(jiān)部門對(duì)以化學(xué)石膏為原料生產(chǎn)的建材產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控，特別是加強(qiáng)對(duì)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(chǎn)制品未來(lái)用量將會(huì)逐步擴(kuò)大甚至成為這一應(yīng)用領(lǐng)域主導(dǎo)產(chǎn)品。磷石膏作土壤改良劑在很多地方已經(jīng)進(jìn)行了小規(guī)模試驗(yàn)，效果很好，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)在這方面的嘗試。法國(guó)、比利時(shí)、印度、前蘇聯(lián)、美國(guó)等都在用磷石膏作筑路材料。國(guó)內(nèi)應(yīng)通過(guò)各種不同的途徑，逐步擴(kuò)大磷石膏綜合利用率。

[1] 葉學(xué)東.2016年磷石膏利用情況簡(jiǎn)析[C].第二十四屆全國(guó)磷復(fù)肥行業(yè)年會(huì)論文集.北京：中國(guó)磷復(fù)肥工業(yè)協(xié)會(huì)，2016：225.

[2] 朱海霞.石膏基自流平砂漿的技術(shù)進(jìn)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(jī)械設(shè)計(jì)制造工作。手機(jī)：18553837788；E-mail：wuxinmin007@163.com。