磷石膏的综合利用途径和处置方法

黎元龙，鄢富坤，曾晓岛，籍烨，蔡灿，易厚燕



磷石膏的综合利用途径和处置方法

黎元龙*，鄢富坤，曾晓岛，籍烨，蔡灿，易厚燕

（贵州瓮安经济开发区管理委员会，贵州瓮安，550400）

根据我国磷化工发展情况和磷石膏综合利用现状，通过阐述磷石膏制硫铝酸盐水泥、硫酸联产硅酸盐水泥、磷石膏矿渣水泥、水泥缓凝剂、化肥生产工艺，及生产石膏粉、装饰建材、墙体材料、新型建筑材料等的利用情况及市场前景。经过对工业能耗、产品性能、市场前景的分析，为磷石膏综合利用建言献策，对磷石膏采取最有效、最经济的回收利用方式，既能解决磷石膏堆放问题又能产生经济效益。

磷石膏；磷化工；综合利用

引言

目前，世界磷石膏年排放量达2.8亿吨，平均有效利用率约4.5％左右，在日本、德国、韩国等发达国家利用率较高一点，特别是日本，磷石膏几乎全部得到利用[1]。我国年产磷石膏已超过5000万吨，有效利用率约10％左右，其余绝大部分当作废渣堆放[2]。磷石膏堆放一是占地大、投资高，二是浪费资源，三是由于含氟化物、游离磷酸、P2O5、磷酸盐等易造成环境污染。所以，磷化工的可持续发展，必须解决磷石膏综合利用问题。

1 磷石膏水泥工业原料

磷石膏可作为硫铝酸盐水泥、硫酸联产硅酸盐水泥、磷石膏矿渣水泥、水泥缓凝剂的原料[3-7]。

1.1 制硫铝酸盐水泥

硫铝酸盐水泥是一种低碱度水泥，主要以石灰石、磷石膏、矾土为原料，含65％的无水硫铝酸钙、25％的硅酸三钙，掺和10%的磷石膏和石灰石磨制而成。磷石膏可改善水泥生料的易磨性和易浇性，具有早强、快硬、抗裂、防腐等特殊功能，主要用于机场跑道、铁路、港口、码头、水坝、油井建设和普通建筑地下工程。

1.2 制硫酸联产水泥

制硫酸联产水泥工艺可实现硫资源的循环利用，解决了磷石膏污染问题，是国家支持发展的循环经济工程，该工艺对原料的要求高，其关键在于磷石膏生料的煅烧，既要制得稳定高浓度的SO2，又要熟料必须符合生产高标号水泥的要求。国内共建有7套装置，因为能耗较高，目前只有鲁北化工集团公司、青岛东方化工集团股份有限公司还在生产，其余均已停产。从环保要求看，在能降能低能耗的前提下，磷石膏制硫酸联产水泥工艺还是具有很强竞争力的。

1.3 制矿渣水泥

磷石膏矿渣水泥主要以矿渣、无水磷石膏和熟料配制而成，具有较强的抗腐蚀能力，可用于一些特殊工程项目上。矿渣水泥根据矿渣种类不一样，可大致分为三种，一是磷石膏高炉矿渣水泥，约含磷石膏10％~20％，二是磷石膏铁炉渣水泥，约含磷石膏9％~16％，三是磷石膏转炉钢渣水泥，约含磷石膏5％~12％。

1.4 制水泥缓凝剂

含磷石膏的水泥缓凝剂可提高水泥强度、降低生产成本，但必须对磷石膏进行预处理，使可溶性F小于0.5％，可溶性P2O5含量小于0.3％，再将处理后的磷石膏制粒，粒度大小为10~30mm，可按水泥使用量的4％~6％加入作为水泥缓凝剂。

2 磷石膏建筑材料

磷石膏在建筑材料行业可用于生产石膏粉、装饰建材、墙体材料、新型建筑材料等[8]。

2.1 制石膏粉

石膏粉可分为生石膏粉和熟石膏粉。生石膏粉是将石膏直接磨细而得，可用于改良土壤、水泥添加剂等；熟石膏粉通过对磷石膏洗涤、脱水、除杂、煅烧、磨细等工序而制得，可用于建材、化工、食品、铸造、模具等行业，主要分为α—石膏粉、β—石膏粉两种，α—石膏粉主要用于陶瓷工业、精密铸造、首饰模具、医疗卫生等领域，β—石膏粉主要用于墙体摸平、制石膏板、制石膏砌块、嵌缝石膏粉、粉刷石膏粉等用途。目前，根据我国建筑行业的发展，熟石膏粉因房屋装修需要，在建材行业消耗量很大，具有广阔的市场。

2.2 制装饰建材

一是用熟石膏作为原料制纸面石膏板，具有保温、隔声、耐火、强度高等优势，且生产成本低、价格便宜，施工方便、发展空间大，足以满足人们对板材的要求，目前主要运用在普通民用建筑、商品房的内隔墙装饰和天花板吊顶装饰，在纸面石膏板生产中我国每年最低可消耗磷石膏500kt。二是制麦草石膏板，以熟石膏为胶凝材料，利用麦秸或稻草为增强材料制麦草石膏板，具有隔热、隔声、质轻、防火、强度高等良好性能，也是一种具有发展前景的新型绿色建材。三是制隔墙板，具有耐火性能好、密度小、可加工性强、装饰美观的性能，是一种质优、物美价廉的新型装饰材料，在隔墙板生产中，我国每年最低可消耗磷石膏20kt。四是制粉刷石膏，粉刷石膏是一种黏结力强、凝结硬化快、防水性能好、质地细腻光滑、体积稳定性好的新型抹灰材料，还具有一定的隔热、吸声、保温性能，深受消费者的青睐，在粉刷石膏生产中，我国每年最低可消耗磷石膏2~4Mt。

2.3 制墙体材料

墙体材料包括磷石膏砖、磷石膏砌块等。磷石膏砖分为磷石膏烧结砖和磷石膏免烧砖，磷石膏烧结砖掺入少量的添加剂，经混合、造型、烧结而成，与黏土烧结砖相比，每块砖可降低40％的成本，具有较大发展前景的墙体材料。利用水泥为黏结剂，通过加压成型、养护后得到磷石膏免烧砖。磷石膏砌块可分为抗压强度l0MPa以上的高强度砌块和抗压强度10MPa以下的低强度砌块，与传统黏土砖相比，磷石膏空心砌块可降低建筑物总基础费用的5％，总质量减轻8％，每平方米造价减少3％，在墙体材料生产中，我国每年最低可消耗磷石膏250kt。

2.4 制新型建筑材料

磷石膏可制新型建筑材料石膏基导电材料、石膏基磁性材料、磷石膏基聚氯乙烯型材、隔热材料、高水速凝固填充剂等。在处理后的磷石膏中掺入导电聚合物、石墨等可制成石膏基导电材料，可屏蔽电磁波，可用于电热材料和耐热导电材料等；在磷石膏制品中将磁化粒子定向排列制成石膏基磁性材料，可使建筑物具有自动传感、自控调节功能；磷石膏基聚氯乙烯型材具有耐腐蚀性、耐候性，使用寿命长，有防水、防潮、抗静电、绝缘、强度高、阻燃的性能，应用广泛；磷石膏渣有隔热、导热性差的特点，可制作隔热材料；高水速凝固材料具有凝结速度快、强度高、易输送、成本低、无污染的优点，适用于民用房屋赶工修建、矿井填充等。

3 磷石膏制肥料

磷石膏可制硫酸铵、硫酸钾肥料，这两种肥料在农业中需求量较大。因我国合成氨及副产硫酸铵产量都较大，同时磷石膏制硫酸铵需要经过预处理、碳酸铵溶液制备、磷石膏转化、碳酸钙过滤分离、硫酸铵溶液蒸发结晶、硫酸铵晶体干燥六大工序，工艺复杂、成本高，所以磷石膏制硫酸铵工艺在我国已停产，目前只有印度和印度尼西亚少许企业运用该技术生产。国内外对磷石膏生产硫酸钾的研究较多，主要有一步法和两步法两种工艺[9-10]，一步法是在高浓度35~40％的氨溶液中加入磷石膏和氯化钾反应制硫酸钾，工艺简单、流程短，但生成低浓度的氯化钙难以回收利用，易造成环境污染，且反应温度要求低(0~5℃)，需要冷冻装置，生产费用偏高，尚未工业化。两步法是用碳酸氢铵或碳酸铵代替高浓度氨液制硫酸铵；再将生成的碳酸钙分离出来，加入氯化钾与母液反应制硫酸钾，可实现氯化铵和碳酸钙的可循环利用，资源得到综合利用，减少环境污染，从而可使整个工业实现清洁化生产。

4 在农业中的应用

一是利用磷石膏作改良剂与碱性土壤反应，降低土壤碱性，磷石膏中的Ca2+与土壤中的HCO3-、CO32-反应生成Ca(HCO3)2、CaCO3，消除碳酸盐对农作物的危害，因为磷石膏的作用，不仅改善碱性土壤的密实度和表层硬壳现象，还降低碱性土壤饱和导水率，上世纪70年代，前苏联就开始用磷石膏作改良剂，我国在上世纪90年代才开始研究运用，起步较晚，但在徐州、巴盟、德州、华北等地区逐步实施运用。一般在pH值为9的盐碱地中每公顷可消耗磷石膏4.5~4t，磷石膏的消耗较大，前进较为广阔，我国每年至少消耗磷石膏1.25Mt。二是因用石灰改良酸性土壤的方法较为烦琐，不易深入深土层，所以研究利用磷石膏改良酸性深土壤，酸性深土壤中含有Al3+，对农作物造成生长不利影响，利用磷石膏中的游离态Ca2+反应取代土壤中Al3+，从而降低土壤深土层酸度。三是作硫、钙、硅肥使用，磷石膏中含有磷、硫、钙、硅等元素，对农作物有一定的增产作用。四是作长效复合肥及缓控肥料，将磷石膏在回转窑中加热到120~160℃干燥脱水5~20min，然后将尿素、硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、硫酸钾、磷酸铵、硫酸锰、磷酸二氢钾、硫酸锌等的水溶液加入搅拌均匀，造粒干燥得到磷石膏长效复合肥；磷石膏与碳酸氢铵、氨水混合起作保氮固氮作用，在高湿度下与尿素混合后经加热干燥处理后制成尿素石膏[CaSO4.4CO(NH2)2]，尿素石膏的肥效高于尿素，然而氮的释放速度只是尿素的50％。

5 其他

磷石膏可做筑路材料和颜料。在美国、法国、前苏联、比利时等国家在磷石膏中加入粉煤灰、石灰等固化剂作筑路材料，生成一种稳定的、高性能的磷石膏二灰材料，这种筑路材料强度高、抗离性能强，可消耗大量磷石膏，对磷石膏的处理前进广阔。用天然石膏和磷石膏为原料，经过独特工艺加工可制硫酸钙颜料和印刷涂布纸，目前，我国在这方面的研究还不成熟，硫酸钙颜料绝大部分依赖进口。

6 磷石膏综合利用重点

通过不断研究，我国磷石膏的综合利用取得了可喜的成就，磷石膏制水泥缓凝剂、石膏粉、筑石膏板等工艺技术已经成熟[11-13]，对磷石膏的消耗量大，成为今后磷石膏综合利用的重要发展方向。磷石膏制石膏砌块工艺技术也进一步取得进展，生产的石膏砌块具有一定市场优势，也将成为磷石膏资源综合利用的发展方向。目前，磷石膏的综合利用主要存在三个方面的困难：一是投资规模大、运行成本高、利润低，导致企业发展受限，二是磷石膏净化处理难度大、流程复杂，磷石膏中杂质种类、含量不同而净化处理工艺就不同，是造成磷石膏利用的主要困难，三是部分核心技术还未突破，磷石膏成分不同，利用途径就不同，回收利用时还可能会造成二次污染。因此，企业需要对磷石膏综合利用工艺方法进行优化创新，重点解决工艺复杂、成本高、经济利润低的难题。针对这些难题，一是根据磷石膏成分采取最有效、最经济的回收利用方式，二是进一步研究创新磷石膏在水泥工艺、建筑材料行业的利用，根据我国每年对水泥的消耗量已超过5亿吨，按此计算磷石膏的消耗约在2500万吨左右，占磷石膏总量的一半，利用磷石膏制石膏粉、砌砖、板条、砌块等约消耗500万吨左右，可见磷石膏在水泥、建材行业的利用前景是非常可观，三是磷石膏的量大，开发利用要求规模大、产量大、技术高生、产周期短、前景广，具有一定经济利润。四是制定磷石膏综合利用规划，引进国外先进的技术和设备，按照市场的需要进行有规划的合理利用。

7 我国磷石膏综合利用的展望

随着我国城镇化率的提高，对建材的需求量较大，目前，我国磷石膏主要在建材、水泥行业利用较多，对石膏建材而言是一个很好的发展机会，可替代传统的建筑材料，它具有防火、保温、隔音等特点，市场前景广阔。在资源越来越贫瘠的今天，资源的综合利用尤为重要，把磷石膏当成一种资源开发利用，可以解决磷石膏的堆放、污染问题，实现磷化工的可持续发展。据统计，我国对磷石膏利用产品的需求量每年以6.5％的速度增长，按这种递增速度计算，我国磷石膏基本可全部利用。我国磷石膏综合利用的前景较好，但需要不断创新优化工艺，更好更高地满足磷石膏产品质量，根据不同市场需要，实现磷石膏大规模综合开发利用。

8 结束语

从建国以来，通过大家的不断研究进取，我国的磷化工业、磷石膏综合利用经历了从无到有的发展历程，并取得了巨大的发展。随着磷化工工艺技术的发展和人们环保意识的不断增强，对磷石膏的综合利用进行了大量研究，利用磷石膏制水泥缓凝剂、石膏粉、筑石膏板等工艺技术已经成熟，进入工业化生产阶段，并消耗大量的磷石膏，同时，我国在“十三五”规划以后，各地方政府出台了相应一些优惠政策，按照“减量化、再利用、资源化”的原则，支持鼓励磷石膏产品发展。在资源匮乏的当今社会，磷石膏不应该作为一种工业废渣而被堆放，应当作工业原料进行回收利用，根据磷石膏产品的市场前景，在不久的将来，磷石膏将会被当作一种重要的资源。

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Comprehensive Utilization and Disposal Methods of Phosphogypsum

LI Yuanlong*, YAN Fukun, ZENG Xiaodao, JI Ye, CAI Can, YI Houyan

(Guizhou Weng'an Economic Development Zone Management Committee, Guizhou Wengan, 550400, China)

According to the development of phosphorus chemical industry and the present situation of comprehensive utilization of phosphogypsum in China, Described to the preparation of sulphoaluminate cement from phosphogypsum, sulphuric acid co production Portland cement, phosphogypsum slag cement, cement retarder, chemical fertilizer production of process, And described to gesso, decorative building materials, wall material, new building materials of the utilization and market prospect, After the analysis of industrial energy consumption, product performance and market prospects, Suggestions for the comprehensive utilization of phosphogypsum. By taking the most effective and economical method of recovery and utilization of phosphogypsum, It can not only solve the problem of piling up phosphogypsum, but also produce economic benefits.

phosphogypsum; phosphate industry; sustainable development

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.08.017

TQ172.78

A

1672-9129(2017)08-0037-03

黎元龙, 鄢富坤, 曾晓岛, 等. 磷石膏的综合利用途径和处置方法[J]. 数码设计, 2017, 6(8): 37-39.

LI Yuanlong, YAN Fukun, ZENG Xiaodao, et al. Comprehensive Utilization and Disposal Methods of Phosphogypsum[J]. Peak Data Science, 2017, 6(8): 37-39.

2017-03-13；

2017-04-12。

黎元龙（1987-），男，汉族，2014年毕业于昆明理工大学研究生院，现在贵州瓮安经济开发区管理委员会从事园区产业工作。E-mail:827840752@qq.com