JC/T 2625—2021《钛石膏》标准分析

李逸晨

（建筑材料工业技术情报研究所，北京100024）

我国90%以上的钛白粉由硫酸法生产，生产过程中产生大量用于偏钛酸水洗、酸解、冷却煅烧废气以及清洗设备的酸性废水，这些废水通常采用石灰或电石渣进行中和处理，产生以二水石膏（CaSO4·2H2O）为主要成分的副产物钛石膏。钛石膏中的二水硫酸钙含量很高，完全可以替代部分天然石膏用于建材行业，但因目前钛石膏产品标准缺失，各企业产出的钛石膏品质差异较大，不能满足市场需求，因此钛石膏的市场认可度较低，严重制约了钛石膏综合利用的发展。

JC/T 2625—2021《钛石膏》由中国建筑材料联合会提出，建材工业综合标准化技术委员会归口管理，建筑材料工业技术情报研究所、中国涂料工业协会、江苏一夫科技股份有限公司等单位负责起草。该标准规定了钛石膏的分类和标记、要求、试验方法、检验规则以及包装、标志、运输和贮存。该标准适用于硫酸法钛白粉生产过程中，使用石粉、石灰、电石渣中和酸性废水产生的以二水硫酸钙为主要成分的钛石膏。新制定的标准能够引导企业规范处置副产钛石膏，有利于提高钛石膏的品质和市场认可度，极大促进钛石膏的综合利用。该标准于2021年12月2日发布，2022年4月1日实施。

1 钛石膏综合利用情况

由于钛石膏综合利用率较低，大量的钛石膏排放严重制约了我国钛白粉行业的健康发展。2021年我国钛白粉产量约3.5 Mt，若按每生产1 t钛白粉副产8 t钛石膏（干基）计算，钛石膏的年排放量约为25 Mt。钛石膏的大量堆存不仅占用大量耕地，还会对土壤、水源等带来巨大污染风险。截至2021年，历年累积钛石膏堆存量已超过200 Mt。目前，绝大部分钛石膏采用渣场堆存方式处置，钛白粉企业每年需要消耗巨额堆场建设维护费用。按照工业和信息化部印发的《工业绿色发展规划（2016—2020年）》的要求，工业副产石膏利用率要由“十二五”末的47%提高到“十三五”末的60%，2018年1月1日起实施的《环境保护税法》规定工业副产石膏等废渣如得不到综合利用，将予以征收大额的环境保护税。

当前制约我国钛石膏大规模资源化利用的因素主要来自两个方面：

1）区位困境。由于钛石膏产生企业大多地处偏僻，再加上一些地区经济发展相对落后等原因，这些企业及周边的市场对石膏制品的需求有限，导致钛石膏制品的产地到有需求的市场的距离远远大于它的运输合理半径而产生滞销。

2）钛石膏自身属性限制。钛石膏游离水含量很高，一般w(H2O)可达40%～60%，如此高的游离水含量会显著增加建筑石膏粉的生产成本，在运输过程中还会发生渗水污染环境。此外，由于钛石膏中二水硫酸钙的晶体颗粒一般比脱硫石膏、磷石膏等工业副产石膏中的二水硫酸钙晶体小，造成用钛石膏煅烧得到的建筑石膏粉堆积密度小，体积蓬松且标准稠度较高（常常大于80%），2 h湿抗折强度较低，常常在2.0 MPa左右，没有市场竞争力。

由于对钛石膏缺乏相应的处理处置技术和控制管理标准，国内各区域对钛石膏的管理要求不一。若通过合理的技术手段对钛石膏进行处置，达到JC/T 2625—2021的指标要求，完全能够利用钛石膏生产出符合市场需求的石膏建材产品，如水泥缓凝剂、Ⅱ型无水石膏、粉刷石膏、石膏砌块、石膏腻子、自流平石膏等，不仅可以解决固体废弃物污染环境的问题，还能替代天然石膏成为石膏制品新的原料来源。

2 标准技术分析

2.1 分类和标记

该标准按照二水硫酸钙的含量，由高到低将钛石膏分为一级品（A）、二级品（B）和三级品（C）。钛石膏3个等级的指标设定主要依据工业副产石膏实际的应用情况、钛石膏的用途和样品试验情况，详细说明如下：

1）为引导企业通过合理处置，使钛石膏满足生产β建筑石膏、α高强石膏等胶凝材料的要求，进而生产石膏砌块、石膏条板、抹灰石膏、自流平石膏等各种石膏建材产品，提升钛石膏的综合利用附加值，该标准中规定钛石膏用于石膏建材时，钛石膏产品应满足一级品指标的要求。

2）二级品钛石膏的各项指标设定主要依据部分水泥企业用钛石膏做缓凝剂的基本要求，相对一级品钛石膏指标要求有所降低，但将钛石膏用于制水泥缓凝剂能够较大幅度提升钛石膏的综合利用率，且能产生一定的经济效益。

3）以目前钛白行业的生产工艺平均水平，仍存在相对较大量难以直接用作建材原料的副产钛石膏。该标准在试验分析的基础上，结合环保要求，设置了三级品钛石膏的技术要求，以引导企业在有条件的情况下对该类钛石膏进行以堆存为主的处置，待生产工艺水平和固废处理水平提升后再对其做改良。

该标准中按产品名称、标准编号、分类的顺序对钛石膏进行标记。

2.2 技术要求

JC/T 2625—2021规定了钛石膏的二水硫酸钙含量、三氧化二铁含量、水溶性氧化镁含量、水溶性氧化钠含量、水溶性氧化钾含量、氯离子含量、pH值、放射性及附着水含量的要求。由于三氧化二铁、水溶性氧化镁、水溶性氧化钠、水溶性氧化钾、氯离子等杂质在堆存处置中并无危害，因此对三级品钛石膏仅规定了二水硫酸钙含量、pH值、放射性及附着水含量的要求。

2.2.1 二水硫酸钙含量

二水硫酸钙含量的高低代表石膏的纯度，二水硫酸钙含量达到一定比例是副产石膏用于建材制品和水泥缓凝剂的先决条件和基本要求。

收集到12个不同企业副产的钛石膏样品并进行检验，钛石膏的w(CaSO4·2H2O)在62.7%～99.5%，整体水平低于脱硫石膏，与磷石膏近似。对于二水硫酸钙含量指标的设置主要基于以下考虑：①结合2015年发布的《资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录》中2.18“副产石膏的二水硫酸钙含量85%以上”，规定一级品钛石膏的w(CaSO4·2H2O)≥85.00%；②参照GB/T 21371—2019《用于水泥中的工业副产石膏》中4.1“二水石膏和无水石膏的总量不小于75%”，规定二级品钛石膏的w(CaSO4·2H2O)≥75.00%；③参照GB/T 23456—2018《磷石膏》中三级品磷石膏的指标，规定三级品钛石膏的w(CaSO4·2H2O)≥65.00%。

按JC/T 2625—2021对二水硫酸钙含量的要求，收集到的12个样品中达到一级品水平的钛石膏样品占比为58.3%，达到二级品的占比为25.0%，不合格品占比为16.7%。通过合理处置各类杂质，大量的钛石膏完全能够同脱硫石膏和磷石膏一样替代天然石膏用于建材领域。

2.2.2 三氧化二铁含量

钛石膏中的三氧化二铁含量极高，会对后端石膏建材制品的颜色和产品质量产生较大影响，如用于抹灰石膏时会出现墙体表面后期泛黄的现象；用作水泥缓凝剂时，过量的三氧化二铁还会导致水泥强度下降。

对收集的12个钛石膏样品检验，钛石膏的w(Fe2O3)在7.3%～14.0%。根据验证试验结果，按照当前行业的处理水平提出三氧化二铁的含量要求，规定一级品和二级品钛石膏的w(Fe2O3)分别不高于8.00%和15.00%。

2.2.3 水溶性氧化镁含量

氧化镁会导致石膏的脱水性能变差，用于制成建材制品时会对产品的粘结力产生较大影响。钛石膏中的氧化镁主要来源于钛白粉生产用原料矿石。2019年中国钛矿市场需求总量约为7.76 Mt，其中国产钛矿4.98 Mt，国外钛矿进口约2.62 Mt。随着近年来国内钒钛矿资源的综合利用开发，特别是四川攀西地区钒钛矿资源的综合利用，钛白粉行业使用的进口钛矿占比呈逐年下降趋势。2019年四川攀西地区钛矿产量约3.85 Mt，占全国总产量的77%，成为国内最主要的钛矿生产区域。根据攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司调研统计，不同区域钛精矿的总氧化镁含量见表1。

表1 不同区域钛矿的成分分析

国内和国外钛矿均能满足硫酸法钛白粉生产，但攀西地区钛矿中氧化镁的含量较进口矿源略有偏高。提高攀西矿石资源的综合利用率以降低对进口矿产资源的依赖是国家战略，将钛石膏作为水泥缓凝剂应用于水泥生产，有利于我国推广应用副产物钛石膏，也符合国家资源利用战略政策方针。

在 GB/T 23456—2018《磷石膏》和 GB/T 37785—2019《烟气脱硫石膏》中，一级品磷石膏和一级品烟气脱硫石膏均要求水溶性氧化镁质量分数（以干基计，下同）不高于0.1%，二级品磷石膏要求水溶性氧化镁质量分数不高于0.3%。JC/T 2625—2021对二级品钛石膏的定位主要是作为缓凝剂应用于水泥生产，在验证试验中发现目前钛石膏的水溶性氧化镁质量分数控制在0.1%之下尚有难度，而钛石膏作为水泥缓凝剂时其掺量约为3%，根据GB/T 175—2007《通用硅酸盐水泥》表2中“水泥中的氧化镁总质量分数应不高于5.0%”的要求，将二级品钛石膏的水溶性氧化镁质量分数规定为不高于2.0%，则水溶性氧化镁在最终的水泥产品中的质量分数不超过0.06%，几乎可以忽略。因此，新制定的标准中规定一级品和二级品钛石膏的水溶性氧化镁质量分数分别不高于0.20%和2.00%。

2.2.4 水溶性氧化钠和氧化钾含量

钾、钠盐对半水石膏的水化膨胀率均有较大的降低效果，且会在石膏制品受潮时沿孔隙游离至表面，产生粉化、泛霜等现象。JC/T 2625—2021对一级品钛石膏的水溶性氧化钠和氧化钾含量指标参照GB/T 23456—2018进行规定，对二级品钛石膏参照GB 175—2007中7.2的“碱含量”进行规定。

2.2.5 氯离子含量

氯离子含量过高的石膏制品无法完全干燥，进而会降低强度。水溶性氯离子会在干燥过程中迁移至石膏表面，导致其粘接性能变差。JC/T 2625—2021中对一级品钛石膏的氯离子含量指标参照GB/T 23456—2018进行规定，对二级品钛石膏参照GB 175—2007中7.1的“化学指标”进行规定。

2.2.6 pH值

钛石膏的pH值要求在一定标准范围内，以防止作为生产原料时具有较强的酸性或碱性而对生产设备造成腐蚀，或造成建材制成品在应用时与其他材料发生酸碱反应，造成建筑体破坏。

2.2.7 放射性核素限量

该标准中规定产品的放射性核素限量应符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》的要求。建筑材料放射性是否符合国家标准的要求对于使用者的健康至关重要，是需要重点关注的指标之一。在标准制定调研过程中未发现我国副产的钛石膏有放射性毒害问题。

2.2.8 附着水含量

相对于其他技术指标，对附着水含量的要求属于更偏重应用的规定，附着水的含量过高，会给贮存及运输造成极大不便，作为水泥缓凝剂、石膏建材等制品的原料时还会影响产品品质，使用单位必须对钛石膏进行二次处理，如此将造成巨大的资源和能源消耗，故应加强对附着水含量的控制。

钛石膏的附着水含量相对于其他副产石膏较高，这是钛石膏在后续处理中的一个难点问题。在收集的钛石膏样品中，附着水质量分数不高于20%的样品占比为8.3%。目前行业较普遍的处理方法是利用压滤机排除钛石膏中过量的附着水，较为先进的压滤机已能够将钛石膏的附着水质量分数降低至20%以下，该项技术有望在行业大量推广使用。

3 主要试验情况

3.1 样品重点项目检测情况

为保证钛石膏技术要求的合理性，标准编制工作组对钛石膏进行了广泛的样品收集，并进行了大量的试验，试验结果汇总见表2。

表2 钛石膏质量检验结果

为确保标准设置的技术指标科学、合理、全面，编制组参照GB/T 5484—2012《石膏化学分析方法》、GB/T 176—2012《水泥化学分析方法》中的试验方法对钛石膏中常见的锰、铬、钒、氧化铜等杂质的含量进行了检测。由表2可见，钛石膏中上述杂质的含量较低，且对后端钛石膏的综合利用影响不大，故JC/T 2625—2021中不对上述成分作限制要求。

3.2 样品浸出毒性检测情况

中国科学院过程工程研究所按GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》对收集到的钛石膏样品进行浸出毒性检验，部分数据统计情况见表3。

由表3可以看出，钛石膏的各项危害成分浸出毒性全部低于标准限值。根据HJ/T 298—2007《危险废物鉴别技术规范》的规定，可判断钛石膏不具备浸出毒性的危险特性，故JC/T 2625—2021中未对毒害杂质成分提出要求。

表3 钛石膏浸出毒性结果统计 ρ: mg/L

3.3 试验数据综合分析

综合分析钛石膏样品的试验数据，未发现有直接达到一级品或二级品指技术要求的样品。若不考虑附着水含量（受限于新型压滤机的推广因素），12个样品中仅有1个样品近似达到一级品要求[w(Fe2O3)超标]，有2个样品达到二级品要求。

目前大多数钛石膏排放企业以堆存方式处置钛石膏，并未将钛石膏的处置上升到可利用资源的高度予以重视，忽视了钛石膏的杂质处理工作，而实际上部分企业排放的大量钛石膏，若对某些杂质进行针对性处理完全可以达到建材行业应用的要求。JC/T 2625—2021从建材行业的实际使用要求出发，参照磷石膏、烟气脱硫石膏、建筑石膏、水泥用石膏等产品标准规定了钛石膏的技术要求，旨在引导钛白行业明确钛石膏的处置方式和利用方向，有针对性地处理不利于建材行业使用的杂质。

4 结语

石膏作为一种非常优质的可循环利用的新型建筑材料，有力支撑了现代建筑和人民对高品质建材产品的新需求。进入新时代，石膏建材在碳减排、绿色发展和生态文明建设大势下更是迎来重大历史发展机遇。随着我国多项环保政策的实施，以及循环经济理念的宣贯，工业副产石膏已成为石膏建材的主要原料来源，然而目前我国每年新产生的各类副产石膏的综合利用率仅50%左右，钛石膏的综合利用率更是不足20%，大量堆存的钛石膏带来巨大环境风险，更严重制约了我国钛白粉行业可持续发展。JC/T 2625—2021的制定对钛石膏从一般固体废物转变为可利用资源具有指导性作用，能够加速促使“钛石膏”成为大掺量、高附加值综合利用的产品，从根本上解决钛白粉企业因“以渣定产”带来的制约发展的问题，有力推动我国循环经济和环保事业发展。