工业副产磷石膏综合利用的根本出路

刘开义等

摘要：在介绍了我国工业副产磷石膏的生产、排放基本情况的基础上，指出每年排放和历年堆积的大量磷石膏已成为制约磷化工行业可持续发展的重要环保问题。作者讨论了磷石膏的资源化综合利用的关键难点，同时也对磷石膏国家标准的几个指标提出了商榷，指出即使提高了标准的要求，用磷石膏生产建筑石膏制品任然会出现盐霜和霉变等问题。作者认为磷石膏的根本出路是资源化综合利用和资源化长久堆放并举，在排放前生产企业必须要对磷石膏做无害化处理。

关键词：工业副产磷石膏；资源综合利用；废渣；磷化工

1. 磷石膏概况

我国是世界上工业副产磷石膏第一排放大国，工业副产磷石膏年排放量已经超过7000万吨。至2013年，堆积总量超过3亿吨。大部分磷石膏以占地堆存为主，磷石膏综合利用率不到20%。

我国的工业副产磷石膏产生和排放具有典型区域性特点，90%以上集中在内陆地区的云南、贵州、四川和湖北四省。磷石膏固体废渣不仅占用大面积土地，还可能造成严重环境污染。

每年排放和历年堆积的大量磷石膏已成为制约磷化工行业可持续发展的严重环保问题。磷化工行业面临高代价磷石膏规范堆场建设和逐年提高准入门槛的综合利用要求。磷石膏综合利用事关磷化工行业健康生存和可持续发展。

2. 资源化综合利用关键难点

磷石膏含有大量磷、氟等游离酸性杂质和有机杂质。磷石膏综合利用需要控制使用性能影响最大的杂质成分，特别是可溶性酸性杂质成分。水洗和石灰中和反应工艺处理方法是常用的两种可能选择。水洗工艺是比较理想的分离和降低磷石膏游离酸性杂质方法，难题是如何处理大量的二次废水。石灰中和反应工艺是相对简单的工艺方法，但石灰中和反应工艺存在诸多附加影响，如生产的建筑石膏粉出现假凝、不凝和强度大幅下降等现象。

实际上，出于经济和环保综合原因，水洗工艺方法几乎没有应用于磷石膏综合利用工业生产；石灰中和反应工艺方法也很少使用。综合利用生产所采用的磷石膏大多是经雨水洗涤后酸性杂质自然稀释的长期堆积原料。雨水洗涤自然稀释效果具有很大的不确定性，严重影响综合利用的产品质量。

3. 商榷磷石膏国家标准

GB/23456-2009国家标准规定了磷石膏质量主要控制指标。作为基本要求的几项控制指标值得商榷。

3.1. 标准要求附着水控制指标（H2O）≤25 %，存在如下问题

其一：主要由于经济和产量原因，综合利用生产企业不会使用这么高含湿度的原料。以建筑石膏粉生产为例，含湿度提高10%，单位产量热消耗提高50%以上，生产线产能降低50%以上。

其二：磷石膏堆放自然保湿率在12%左右，高含湿度排放的磷石膏必然流失包含磷、氟等游离酸性杂质的大量水分，造成环境污染。

其三：高含湿度排放不利于促进磷化工企业的技术进步。从经济技术角度考虑，将游离附着水控制在≤15%是完全可行的，例如火电厂排放脱硫石膏游离附着水一般小于15%。

其四：有些磷化工企业出于水平衡（例如工厂废水零排放要求）需要而非技术原因，有意排放高附着水的磷石膏，相当于变相排放废水。

附着水控制指标有必要修改为（H2O）≤15%。

3.2. 标准要求磷石膏二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）含量：

一级≥85 %；二级≥75 %；三级≥65%

实际上二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）含量≤75%的磷石膏基本上不用于生产建筑石膏粉及其制品。还应该考虑一个特殊问题：磷石膏生产的建筑石膏粉，湿强度与天然石膏相同时，干强度低20%左右。所以标准不宜直接套用天然石膏标准要求，应该相对高于天然石膏原料要求。

磷石膏原料宜最低要求二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）含量≥78%。

3.3. 标准要求：

现行标准要求水溶性五氧化二磷（P2O5）含量≤0.80 %；水溶性氟（F）含量≤0.50%。这是一般重点磷化工企业都可以达到的标准。这样的标准要求不利于促进磷化工企业技术进步，更不可能促进磷石膏无害化处理排放。

水溶性五氧化二磷（P2O5）含量≤0.50%时，建筑石膏制品质量影响比较小；（P2O5）含量≤0.30%时，建筑石膏制品质量影响很小。应该将水溶性五氧化二磷（P2O5）含量要求控制在≤0.50%。

当然，即使使用提高要求的磷石膏原料生产的建筑石膏制品任然存在盐霜和霉变等长期问题。彻底解决办法在于磷石膏的无害化处理。

4. 磷石膏综合利用的根本出路——无害化处理排放

磷石膏资源化综合利用的前提是磷石膏应该是一种可以方便和经济利用的资源，而不是“被”资源化的勉强利用。无害化排放的磷石膏，不仅现在容易实现经济化综合利用，也是后人方便使用的资源。

磷石膏资源化综合利用的基础和根本在于无害化处理排放。

业内有一种共识：“磷石膏利用是世界性难题”。这需要深入分析和认识。磷石膏利用难主要是二次无害化处理难，二次无害化处理不简单是巨额投资问题，更主要因为二次无害化处理的堆场建设和废水处理环保许可难题。现在的综合利用几乎都是没有二次处理的勉强利用。

从技术和经济综合角度，磷化工企业在线进行磷石膏无害化处理排放是可行的。例如增加循环碱性水中和水洗和二次脱水处理工艺，通过再次混水搅拌、去污渍、碱性水中和反应和二次脱水处理等工序可以除去几乎100%的磷、氟等游离酸性杂质和大部分有机杂质。循环碱性水中和水洗工艺不会产生废水排放，工厂成本代价最小。初步分析估算，在线处理50万吨磷石膏，投资约2000万元，吨处理成本5～10元。综合考虑多次运输装卸和环保许可等各种因素，二次无害化处理是在线无害化处理成本的10倍左右。

在线无害化处理，控制磷石膏游离附着水15%以内，接近磷石膏自然保湿率，基本无自然流失污染。实际上，经过严格意义的无害化处理的磷石膏呈不含游离酸性杂质成分的中性或弱碱性态，对环境没有影响。无害化和低附着水的磷石膏原料方便长期堆存，可以大幅度降低堆场建设费用。

经济可行的磷石膏无害化处理排放既无未来环境影响远虑，又无当今综合利用近忧。环境保护和科学综合利用的根本在于无害化处理排放。

建议国家政策制定单位和行业管理部门重视磷石膏无害化排放的科研试点和行业推广实施。

5. 其它相关建议

5.1. 资源化综合利用和资源化长久堆存并举

尽管有国家发改委“到2015年磷石膏综合利用率达到30%”和工信部《磷铵生产准入条件》等国家政策要求，要实现这些目标还存在诸多困难。典型区域分布特点就是实现这些要求目标的难点之一。磷石膏排放主要集中在经济并不发达的西南地区，很多磷化工企业远离使用新型建材相对集中的大城市。不分区域特点的统一政策要求，必然会使很多磷化工企业对磷石膏的综合利用流于形式。

从专业技术角度，有些磷石膏是不亚于一般天然石膏的宝贵资源。例如贵州开磷的磷石膏原料，其二水石膏品位、色度和生产出的建筑石膏粉质量指标均超过许多天然石膏原料，如果能够实现无害化处理和有条件合理堆放，将是未来和后人的宝贵资源。随着天然石膏资源减少和价格的上升，运输技术进步和运输成本的降低，地域性条件限制相应减少，今天面临的困境可能是明天的资源。

优质原料长期堆存和资源化综合利用并举、区别对待排放质量等级、逐步实现无害化处理排放等综合措施不啻是更佳的多样化选项。

5.2. 加强堆场管理

磷石膏原料混入建筑垃圾和塑料垃圾等异物，将严重影响综合利用的生产稳定性和安全性；混入化学物质的磷石膏原料，会严重影响产品质量。磷石膏堆场变相成为垃圾场，尽管垃圾比例很小，但使用影响巨大，在磷石膏综合利用方面已经不是个案。原因很简单，磷石膏不是，起码现在不是排放企业的资源，排放企业重视和管理力度有限。

建议排放和堆场管理分离。即堆场建设和使用归排放方，征收合理排放费；堆场由环保部门监督的专业管理团队管理，开支由排放费支付。

5.3. 慎重使用地膜防渗透技术

堆场建设使用地膜防渗透技术，需要仔细考虑和详细论证，慎重采用。地膜防渗透可以解决当前一时的环境污染，但最大的问题是可能带来未来的严重集中污染。原因主要有两点：一是地膜不可能永远不坏；二是即使今后有条件对堆存磷石膏进行二次无害化处理，不能保证不损坏地膜。地膜防渗会将磷石膏游离酸性杂质富集在堆场下部地膜附近，一旦地膜损坏，必然造成集中污染。这不是对未来和后人负责任的做法。

5.4. 政策扶持

建议将磷石膏生产的建筑石膏粉列入国家减免税收产品范围。磷石膏生产的建筑石膏制品属于国家减免税收产品范围，磷石膏建筑石膏粉产品并没有列入其中。建筑石膏粉是石膏新型建材的基础，也是综合利用的关键和难点所在。建筑石膏粉的工业规模化生产是经济综合利用的基本条件；而建筑石膏制品可以相对多样和分散。将磷石膏生产的建筑石膏粉列入国家减免税收产品范围有利于鼓励源头项目投资和工业规模化生产企业积极性。

建议按磷石膏排放质量等级和无害化处理标准征收不同等级的排放费：优质低费；劣质高费。排放费主要用于返还、扶持和奖励综合利用贡献单位，特别是综合利用技术进步贡献单位。