磷石膏综合利用现状和展望

武新民，杨再银

(1.泰山石膏股份有限公司，山东泰安 271026；2.中国建筑材料联合会石膏建材分会，北京 100024)

磷石膏综合利用现状和展望

武新民1，杨再银2

(1.泰山石膏股份有限公司，山东泰安 271026；2.中国建筑材料联合会石膏建材分会，北京 100024)

介绍了目前我国磷石膏综合利用现状和最新进展。2016年我国磷石膏产生量为76 000 kt，综合利用量达到27 700 kt，同比增长4.5%，当年综合利用率36.5%。指出磷石膏用作水泥用缓凝剂、制纸面石膏板、制备Ⅱ型无水石膏胶结材、用作石膏墙板是今后主要利用方向，并提出综合利用过程中存在的问题及政策建议。

磷石膏 综合利用 建筑材料 现状 进展

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 磷石膏综合利用现状

磷石膏是在磷肥生产过程中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，其主要成分为二水硫酸钙，除此之外磷石膏中还含有很多对环境和综合利用有害的杂质，如磷、氟、有机物、碱金属元素等。这些有害物质可因堆存时间过长、防渗处理不当而引起周边土壤水质变化，导致污染环境，并且对人体健康会产生极大的危害。

随着我国磷肥工业的快速发展，中国已成为世界最大的磷肥生产国，也成为了第一大磷石膏副产国。全国除北京、天津、上海、吉林、黑龙江、海南、西藏等省区市外，其余省份均有磷石膏产出，磷石膏排放企业相对集中分布在云南、贵州、湖北、四川等产磷省份。2016年我国磷石膏产生量为76 000 kt，综合利用量达到27 700 kt，同比增长4.5%，当年综合利用率36.5%，同比提高了3百分点[1]。

目前国内外磷石膏综合利用方式主要有：用磷石膏替代天然石膏作为水泥缓凝剂，磷石膏经煅烧制建筑石膏粉，磷石膏制纸面石膏板和石膏砌块，磷石膏用作土壤调理剂，用磷石膏生产石膏标砖等。在我国磷石膏消纳方向主要有制建材、化学法分解和制土壤调理剂。由于工艺相对简单，目前磷石膏用量最大的是制水泥缓凝剂。另外，磷石膏还可用作路基材料。而在化学法利用方面，磷石膏制硫酸联产水泥、磷石膏制硫酸铵等技术都比较成熟，但是因为成本等因素，推广较难，业内各企业还在摸索新的综合利用技术。

因磷石膏呈酸性，且含硫、钙、镁等元素，可适用于改良盐碱地的土壤调理剂，目前每年在云南、甘肃等地的应用量有近百万吨，对缓解土地荒漠化发挥了重要作用。国内现在倡导科学施肥，未来几年磷肥的产量不会大幅增长，磷石膏的产生量也应该维持在75 000 kt/a左右。建材行业是未来磷石膏综合利用的最重要领域。

2 磷石膏综合利用进展情况

我国石膏产业总产值约为400亿元/a，未来3年石膏行业将继续快速发展，行业产值增长率将超过10%。石膏行业整体产品附加值较低，石膏耗用量最大的领域是水泥缓凝剂，增长最快的是抹灰石膏、装饰石膏板、纸面石膏板。过去几年中国建筑材料联合会石膏建材分会与企业主要推动与大力发展的是抹灰石膏、自流平石膏、纸面石膏板、装饰石膏板。

2016年我国石膏行业细分领域的用量见表1。

表1 2016年我国石膏行业细分领域的用量

2.1 水泥用缓凝剂

在水泥水化过程中，由于掺入了适量石膏，铝酸三钙在饱和的石灰-石膏溶液中生成溶解度极低的水化硫铝酸钙晶体，包围在水泥颗粒表面形成一层薄膜，阻止了水分子向未水化的水泥粒子内部扩散，延缓水泥熟料颗粒水化，从而达到缓凝目的。GB 175—2007中规定：硅酸盐水泥中三氧化硫质量分数小于或等于3.5%，矿渣硅酸盐水泥中三氧化硫质量分数小于或等于4.0%。

磷石膏用于水泥缓凝剂已经较好的解决了标准化工作。在水泥厂添加过程中，只要将原有设备稍加改造即可解决堵料问题。目前脱硫石膏、天然石膏比较充沛，如果磷石膏的到厂价格和其他种类石膏相比没有竞争优势，水泥厂一般不会积极采用磷石膏做水泥缓凝剂。2016年我国水泥总产量2 400 Mt，水泥缓凝剂消耗石膏约91 310 kt。在尽可能多使用磷石膏生产石膏建材的同时，应该将水泥缓凝剂作为大量处理磷石膏的首选措施。在磷石膏排放大省，政府应该出台禁止使用天然石膏做水泥缓凝剂的政策。

2.2 磷石膏制纸面石膏板

纸面石膏板是一种新型的建筑装饰轻质板材料，纸面石膏板具有质轻、隔声、隔热、抗震、收缩率低、强度高、自动微调室内湿度、加工性能强及施工方法简便的特点。近年来，国内石膏制纸面石膏板项目较多，但主要以天然石膏和脱硫石膏为原料。随着国内磷石膏净化除杂技术的提高，不少企业开始新建磷石膏制纸面石膏板项目。据不完全统计，目前我国磷石膏制纸面石膏板总产能约8×108m2/a，泰山石膏股份有限公司主要利用磷石膏生产水泥缓凝剂，或用副掺其他副产石膏作为纸面石膏板使用，该公司是我国综合利用磷石膏量最大的企业。

纸面石膏板行业已经基本走完了产业集中的进程，建议其他磷肥企业如有建设纸面石膏板线计划，应优先考虑与泰山石膏股份有限公司等行业领军企业开展合作、共同开发。

2.3 磷石膏制备Ⅱ型无水石膏胶结材

Ⅱ型无水石膏的强度与耐水性能明显优于建筑石膏，在国外已得到大量生产和运用。国外生产的无水石膏基自流平材料、抹灰材料、腻子材料，是石膏基材料的重要组成部分。Ⅱ型无水石膏一般是由二水石膏在600～900 ℃的条件下进行煅烧所得。

试验表明：磷石膏制备Ⅱ型无水石膏的适宜煅烧温度为800 ℃。在800 ℃煅烧磷石膏，使得石膏晶体中的共晶磷析出，有机物蒸发，消除了它们对石膏制品的不利影响，这是其他预处理无法达到的。另外，石灰中和也可大大改善磷石膏中可溶磷、氟等对石膏建材的不利影响。中温煅烧不仅大幅减小了磷石膏中可溶磷、共晶磷、有机物的影响，而且磷石膏颗粒形态与粒级也得到了很大的改善，其胶结材性能与天然石膏胶结材相当。

在欧洲国家，硬石膏是有一种主要的胶凝材料。欧洲Anhydritec公司年产硬石膏基自流平砂浆约700 kt，是欧洲最大的硬石膏供应商。其他公司生产的石膏基自流平砂浆，所采用的胶凝材料也多为硬石膏，如Henkel(汉高)AS1 rapid快速修补型硬石膏基自流平、AS2纤维硬石膏基自流平；UZIN(优成)NC110硬石膏基自流平等[2]。

Ⅱ型无水石膏还可以配制出硫酸盐复合水泥，具有快硬早强和抗硫酸盐性能；还可以配制硅酸盐-铝酸盐-硫酸盐三元复合水泥，具有快凝、早强、微膨胀(可补偿收缩)的特点。

未来磷石膏制备Ⅱ型无水石膏胶结材，进而生产石膏基自流平砂浆或硫酸盐复合水泥，在我国具有极大的发展潜力。

2.4 石膏墙板发展空间大

根据GB 50574—2010《墙体材料应用统一技术规范》术语，墙板指“用于维护结构的各类外墙暨分隔室内空间的各类隔墙板”，因此这里所指墙板不仅包括纸面石膏板，也包含石膏砌块、石膏条板等隔墙材料。

自1991年国家开始推动墙材革新、限黏禁黏政策后，截止2010年新型墙体材料比重已经达到55%。在推动墙材革新的各种因素中，建筑结构的变化起到了至关重要的作用。20世纪九十年代城乡建筑主要以砖混结构为主，随着框架结构、剪力墙结构比例的不断上升，市场不得不使用非承重、轻质的新型墙材。目前地级以上城市框架、剪力墙结构建筑面积已经占有绝对比例，一些城市甚至超过90%以上。县级城市框架、剪力墙结构建筑面积占比一般都达过了50%。框架结构建筑分户墙、分室墙，剪力墙结构厨卫间、室内隔墙均需要适用大量非承重墙体材料。这位石膏墙板的发展提供了极为广阔的空间。

民用住宅如果采用石膏墙体材料做填充墙，则框架建筑结构体系中石膏墙材的使用面积与建筑面积的比值一般为1/3，剪力墙建筑结构体系中石膏墙材的使用面积与建筑面积的比值一般为1/4甚至略低。公共建筑如医院、学校等多为框架结构，成墙面积较大，石膏墙材的使用面积与建筑面积的比值甚至大于1。目前我国纸面石膏板在墙体领域主要应用于公共建筑，在住宅内隔墙领域基本为零。按照相关统计数据，2016年全国住宅房屋竣工面积1.707×109m2，如果石膏墙材在住宅领域得到大量推广，未来墙材领域石膏用量将会有较大增长。

3 存在的问题和政策建议

我国磷石膏综合利用取得了一定成绩，但用过程中还存在许多问题，如产品的下游市场还有待拓展、国家有关磷石膏综合利用的鼓励政策还有待完善、制约磷石膏综合利用的共性关键技术有待突破、磷石膏综合利用产品的标准体系有待进一步完善等。目前磷石膏综合利用中还存在以下不利因素：①湖北、云南、贵州、山东、安徽五省的磷石膏产量占到了全国磷石膏总量的75%以上，且企业大多地处偏远地区，远离石膏消费市场，运输半径长，制约了磷石膏综合利用经济效益的提升；②磷石膏含有磷、氟等杂质，要开发出质量好的新型建材需进行预处理，这导致其在与天然石膏和电厂脱硫石膏的市场竞争中处于不利地位；③综合利用磷石膏需要企业大量投入技术改造资金，与之相比，其后延产品的利润便显得微薄。

针对这些不利因素，业内人士纷纷表示，为让磷石膏综合利用更上一个台阶，国家亟须在政策、资金等方面给予更多的支持，帮助业界打开下游市场，使这条产业链更加健康地运行。具体措施如下：

1)从源头控制磷石膏质量。由于磷肥行业与建材行业分属两个不同行业，上游企业为了降低成本、提高效益，并不过多关注磷石膏的质量。又由于磷石膏用途不同，有害杂质限量、质量指标要求不同。工业副产石膏的质量问题已经严重影响到了石膏企业的正常生产。德国在20世纪七十年代即通过立法保证工业副产石膏的质量，我国也应该加强在这方面的工作。规范磷石膏的堆存管理，防止杂质混入其中，这样即使当前无法完全利用，但为未来综合利用提供了保证。

2)磷石膏可以改良北方盐碱地，开发成建材做公路垫层和地下填充物等。但因运费较高目前南方的磷石膏不能运到北方。铁路货物不同种类有不同的运输价格，可把磷石膏列入改造盐碱地的专用肥料，解决运价问题。同时对企业生产运输使用工业废弃物生产的新型建材时，在公路运输环节开设绿色通道，减免过桥、过路等费用。

3)根据我国新型建材技术发展的实际情况，及时调整资源综合利用应享受优惠政策的产品目录，在磷石膏制品推广应用方面给予支持。如在制定相关标准时，能综合考虑到有利于促进磷石膏的处理利用。质监部门对以化学石膏为原料生产的建材产品进行严格的质量监控，特别是加强对环境和人体健康的监控。

4)继续拓宽磷石膏综合利用范围。石膏砂浆、自流平石膏等一些石膏产制品未来用量将会逐步扩大甚至成为这一应用领域主导产品。磷石膏作土壤改良剂在很多地方已经进行了小规模试验，效果很好，应继续加强在这方面的尝试。法国、比利时、印度、前苏联、美国等都在用磷石膏作筑路材料。国内应通过各种不同的途径，逐步扩大磷石膏综合利用率。

[1] 叶学东.2016年磷石膏利用情况简析[C].第二十四届全国磷复肥行业年会论文集.北京：中国磷复肥工业协会，2016：225.

[2] 朱海霞.石膏基自流平砂浆的技术进展研究[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师，主要从事石膏建材及机械设计制造工作。手机：18553837788；E-mail：wuxinmin007@163.com。