中国工业副产石膏利用现状及“十四五”展望

2021-11-04杨再银

硫酸工业 2021年7期

杨再银

（建筑材料工业技术情报研究所，北京100024）

近几年大多数建材产品产量保持稳定，但是石膏行业的发展总体来看势头良好，仍然处于稳步增长阶段。主要原因有：①随着经济发展和生活水平的提高，对住宅质量的提升带动了石膏消费量的增加，特别是砂浆类石膏用量的激增；②受环保政策的影响，工业副产石膏的资源化应用成效显著，工业副产石膏用量占比增加，特别是西南地区政府出台的相关政策促进了磷石膏用量的增长；③近几年水泥的价格始终在高位运行，水泥和石膏在一定程度上存在互补的作用，水泥价格的上涨对石膏价格的上扬和石膏应用范围的扩大产生一定的促进作用；④在劳动力价格快速增长的背景下，石膏产品施工速度快、效率高、劳动强度低、可以不掺砂石和施工环境清洁的优势满足了降低成本和环境保护的需求。

1 石膏建材行业发展现状

1.1 石膏原料（工业副产石膏和天然石膏）

2020年，我国磷石膏产生量74 Mt，同比下降1.3%，利用率约为44%；来自火电厂产生的烟气脱硫石膏排放量约为78 Mt，增长了约1%；钛石膏的排放量居第三位，产生量约为30 Mt，但其利用率很低，约为8%。随着环保政策越来越严格，氯碱石膏、氟石膏、芒硝石膏等企业也投入了巨大力量开展工业副产石膏综合利用[1]。

近几年磷石膏综合利用呈现如下特点：①各级行业主管部门越来越重视磷石膏的综合利用；②磷石膏条板、磷石膏砂浆等产品发展迅速，利用磷石膏做路基材料在一些项目上进行了实际应用，磷石膏水泥缓凝剂用量持续增长；③磷石膏综合利用单位开始重视原材料均化和净化，部分企业采用水洗、重选加浮选等工艺建成或正在建设几十万t/a甚至两百万t/a规模的磷石膏预处理生产线。

2010—2020年我国磷石膏排放和利用情况见图1，2005—2020年我国电厂排放烟气脱硫石膏总量见图2。

图1 2010—2020年我国磷石膏排放和利用情况

图2 2005—2020年我国电厂排放烟气脱硫石膏总量

2020年天然石膏开采量约为16 Mt，相比上一年略有下降。天然石膏原料和产品企业由沿海向内陆迁移。天然石膏原料生产地主要分布在宁夏、甘肃、四川、云南等西部地区。西部地区石膏产业经过多年发展，成效显著。宁夏盐池石膏产业基地规划占地2.67平方千米，已经发展成为全国最大的天然石膏产业园。通过水路和海运从国外进口的天然石膏数量略有增加，主要市场分布在东南沿海地区。

1.2 纸面石膏板

2020年全国纸面石膏板行业的产能达48.8亿m2，全国有大小生产线约200条（部分生产线属于淘汰或限制的落后产能）。2018和2019年期间，受到环保督察压力增大、燃煤窑炉改造、区域产能过剩、价格战竞争激烈等因素影响，陆续有不少生产线关停或被淘汰。2020年全国规上企业纸面石膏板的产量为33.5亿m2，与2019年33.2亿m2的产量相比基本持平，其中，北新建材、可耐福、圣戈班和USG博罗四家企业占了市场总额的67.9%，其余32.1%市场份额为其他中小企业占据，中小企业的产能利用率一般不到60%。

1.3 抹灰石膏

2020年抹灰石膏的用量已达到6 Mt。近两年石膏抹灰的年平均增长率为30%左右。在房地产行业发展放缓及一些传统建材增速普遍减慢的大背景下，抹灰石膏逆势而上，增长趋势非常强劲。预计2022年我国抹灰石膏的需求量将达到8 Mt，按照70%的建筑石膏粉掺量，届时抹灰石膏所需建筑石膏粉将达到约6.7 Mt，抹灰用建筑石膏的需求将比2020年增加约1.70 Mt。在一些工业发达的国家，抹灰石膏的总用量已达到全部抹灰用量的50%以上，有的甚至达到70%，抹灰石膏的研究、生产、标准、装备及施工等已形成体系。从国外大型石膏企业看，石膏砂浆约占到石膏业务的35%。我国抹灰石膏生产企业均为小微企业，但近年出现一些新的动向：一些大的地产公司加大了对抹灰石膏的应用，通过集采模式统一运营。还有的房地产企业通过与石膏企业建立合资公司加大石膏砂浆的用量和质量的保障，一些大型建筑施工企业也在进入石膏砂浆行业，外资石膏企业也在加大布局石膏砂浆行业。也有石膏砂浆企业开始借助资本平台的力量加快自身发展。

1.4 自流平石膏（石膏基自流平砂浆）

石膏基自流平砂浆在我国生产厂家从2017年的不足10家，发展到目前百余家，增长势头迅猛。山东、江苏等地市场表现突出，市场接受度及使用情况良好。2020年石膏基自流平砂浆产量达到1 Mt左右。从石膏建材分会调研的数据看，行业内主要的自流平石膏企业2020年产量约为2019年产量的10倍。近期市场上高强石膏粉及建筑石膏粉均出现了货源紧缺的现象，这与石膏基自流平砂浆爆发式增长有着密切的关系。

1.5 其他石膏制品

近几年我国石膏条板在装配式建筑政策的推进下发展迅速，目前全国石膏条板生产能力已经超过4×107m2/a，仅四川石膏条板生产企业已达40家左右。石膏条板发展最快的省份是四川，已经建成及在建产能超过2.2×107m2/a。在市场的巨大需求下，石膏条板装备企业开发出了众多类型的生产装备，有侧立模浇注、挤出成型、真空挤出成型、半干法压制等。石膏条板在快速发展中，尚存在以下问题[2]：①行业集中度低，跨省份布点、具有较大规模的企业少；②前几年石膏条板利润高，造成了行业一哄而上，进入2019年以来，一些地区产品价格降幅加大，价格恶性竞争激烈；③企业普遍研发能力不足；④生产线智能化、自动化程度不高。

近两年石膏砌块在山东、河北、贵州等地发展迅速。在一些省份由于没有将石膏砌块列入装配式建材范畴，同时没有工业副产石膏综合利用优惠政策支持，石膏砌块发展缓慢。

石膏模盒是国内发展起来的、能大量消纳利用工业副产石膏的建筑产品，每万平方米建筑面积可消耗石膏800 t左右，2020年产量约530万块，消耗副产石膏十余万吨。石膏模盒用于现浇混凝土空心楼盖结构中的填充材料，适用范围广，具有强度高、空心率大、抗冲击力强、密封隔音效果好、环保轻质防火、板面平整、节省工程造价等优点，市场发展前景非常好。

2 “十四五”期间重点发展品种

2.1 纸面石膏板

近年来纸面石膏板有两个重点发展方向：一是产品的“减重增厚”，二是石膏板的多功能性。

减重增厚是未来的发展目标，主要是降低面密度，增加石膏板厚度，目前国内仅有几家大型企业生产12 mm及以上厚板。厚板具有隔声性好、强度高、符合装配式建筑需求的优点，在住宅的墙体领域潜力巨大。

石膏板的多功能性也是今后的发展趋势，建筑的多样化和对高质量发展的要求，增加了许多特殊的功能需求，也为石膏板的多功能发展提供了空间。目前市场上呈现出多种功能性石膏板产品，如防电磁波、印花纹纸、隔声、分解甲醛等纸面石膏板，还有玻纤毡石膏板、木纤维石膏板、阻燃石膏板等功能性产品。

2.2 Ⅱ型无水石膏

Ⅱ型无水石膏又称β型硬石膏，或称不溶性硬石膏（Insolustrongle-anhydrite）、难溶无水石膏等。它是二水石膏、半水石膏和Ⅲ型无水石膏经高温脱水后在常温下稳定的最终产物。在自然界中稳定存在的天然硬石膏也属此类。天然二水石膏或工业副产二水石膏在360～1 000 ℃温度下煅烧，煅烧后磨细即得高温煅烧石膏，它也被称为“水硬性石膏”。

国外大量采用无水石膏、β-半水石膏复合组成复合相形石膏胶结材，以改善建筑石膏性能。但Ⅱ型无水石膏凝结硬化缓慢，不能直接应用，必须进行活性激发或改性。国外多采用活性激发材改性或改性与激发相结合的技术路线，国内则一般采用硫酸盐激发其活性。

在水泥工业中长期以来被广泛用作调凝剂和增强剂的是二水石膏，主要原因是二水石膏与硬石膏的溶解度与溶解速率不同。二水石膏的溶解特点是早期溶解快、最终溶解度较低，硬石膏则与之恰恰相反，虽然在常温下的溶解度较大，但其溶解速率慢，所以其加入量一般应比二水石膏适当增加，才能满足调节凝结时间的要求。有研究表明[3]：在硅酸盐水泥中可以用硬石膏完全代替二水石膏，但需要依据熟料中铝酸三钙的含量而定。其中铝酸三钙质量分数小于11%时，掺硬石膏不会对水泥凝结时间性能产生不良影响，但是当铝酸三钙质量分数大于13%时则会引起水泥快凝。C.S.Poon等[4]的研究结果表明，在含有粉煤灰的砂浆中添加适当的硬石膏可以提高水泥的抗压强度。

磷石膏中残余的有机磷和部分活性较高的可溶性无机磷化合物，在高温下会部分或全部分解或转化为难溶性或活性较低的其他磷酸盐类物质（一般温度越高分解速率越快，分解越完全），如焦磷酸钙等。转化后所形成的化合物对石膏产品基本性能的影响较小，此时若根据所生产产品的用途再采用一些改性外加剂技术配套应用，就会得到所需要的优质的石膏产品。

因此，在锻烧过程中采用高温锻烧的方法，使磷石膏中的全部或部分物料继续脱水直至转化为Ⅱ型无水石膏（即高温煅烧石膏）。通过采用高效复合外加剂对其活性的激发，使其具有几乎与高强石膏相比拟的后期强度，具有极好的质量稳定性以及较高的抗水性能，使其成为配置优质高性能石膏砂浆的基料。

目前市场上的硬石膏产品相对来说还是较少，与国外发达国家差距较大。以石膏基自流平砂浆为例，国内几乎没有硬石膏基自流平砂浆，都是半水石膏基自流平砂浆。根据海南大学的汪俊峰博士介绍，德国室内地面和墙面基本都是石膏基砂浆产品，其中以复合相形抹灰石膏应用非常普遍。因此，“十四五”期间我国Ⅱ型无水石膏行业将迎来发展热潮。

2.3 装配式石膏条板

随着装配式建筑的大力推广，石膏条板在一些地区得到了迅猛发展。在某些地区甚至出现产品供不应求、个别石膏砌块企业转产石膏条板的现象。目前全国地级以上城市框架结构和剪力墙结构建筑所占比例越来越大，一些城市甚至超过90%以上，推动了石膏条板的应用。石膏条板在国内快速发展得益于以下原因：①工业副产石膏的大量使用，原料供应有了保障，节省原料成本；②与水泥基板材相比，石膏条板具有质量小、表面平整、不开裂、隔声性好的优势；③石膏凝结快、浇注性能非常好，方便生产制造；④石膏条板的生产装备技术提升，产品质量提高，规模化生产，成本降低；⑤装配式建筑的发展需求，为石膏条板进入市场提供了重要的保障。未来随着人工价格提升、装配率的提高，石膏条板将是消耗工业副产石膏的主导产品之一。