河南省磷石膏現狀及其應用的探討

巴太斌 徐亞中 石志剛 王利娜 李占森 孫彥峰

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

河南省磷石膏現狀及其應用的探討

巴太斌 徐亞中 石志剛 王利娜 李占森 孫彥峰

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

文章對河南省的磷石膏分布、產量及其質量做出了分析，結合新常態的發展理念與要求，提出河南省磷石膏資源化綜合利用的出路，以市場為依托建立磷石膏資源化綜合利用科技攻關創新聯合體，開展對磷石膏在除雜、改性、煅燒、水化制品等工藝及裝備技術方面的研究，促進改性磷石膏在建材領域的應用，為石膏基建材應用打下堅實的技術基礎。

河南省磷石膏現狀；資源化綜合利用；問題及出路

磷石膏是企業生產磷肥過程中的副產物，作為工業廢渣排放。據不完全統計，我國磷石膏堆存量現已超過3億t，隨著高濃度磷肥產量的增加和低品位磷礦用量的增大，磷石膏產生量將逐年增大。由于磷石膏雜質較多，性能存在缺陷，利用率較低，故而堆存仍是處置的主要方式，但這種方式會占用大量土地，堆存場地產生的淋溶水也會對環境造成很大危害，2006年原國家環保總局就將磷石膏廢渣定性為危險廢物。

我省磷肥企業如何開展好磷石膏的資源化綜合利用，造福子孫后代，是企業與政府目前亟待解決的艱巨任務。

1 我省磷石膏現狀

1.1 磷肥企業分布及磷石膏年產量

我省磷肥企業主要分布在濟源、鄭州及三門峽地區，據調查，目前每年排放磷石膏約260余萬t，其中濟源市年產磷石膏約200萬t，三門峽市年產磷石膏約50萬t，鄭州市年產磷石膏約10萬t。

表1 河南省磷肥生產企業磷石膏排放情況單位:萬t/a

1.2 堆存與品質概況

1.2.1 堆存情況

目前省內磷石膏產生企業的堆存方式較為隨意，存在亂堆、亂倒現象，堆存量呈擴大趨勢，缺少有效管理和利用。

1.2.2 品質情況

1）化學成分分析

對濟源和鄭州兩家企業排出的磷石膏進行取樣檢測，化學成分分析結果見表2。

表2 磷石膏化學成分分析結果

從表中可以看出，CaSO4·2H2O結晶水含量不低:濟源的磷石膏二水硫酸鈣品位為85.3%；鄭州的磷石膏二水硫酸鈣品位為92.7%。

濟源的受檢磷石膏樣品為陳年存放，受自然降水淋溶作用，磷石膏中的可溶性磷、氟滲入堆場周圍地下，pH值升高；鄭州的受檢磷石膏樣品排出時間不長，酸性較強（pH值達2.36）。

2）粒徑與顆粒形貌

從掃描電鏡SEM圖片可以清晰地看出，濟源磷石膏晶體形貌呈片狀，柱狀的晶體含量很少，且晶體表面有大量散碎附著雜質，會嚴重影響到煅燒成建筑磷石膏的強度。從粒度測試報告中可以看出該樣品磷石膏粒徑主要分布在20～50 um之間。鄭州磷石膏晶體形貌也呈片狀，柱狀的晶體含量很少，但是與濟源相比晶體表面附著雜質更多，因此煅燒成建筑磷石膏的強度受到影響將會更大。從粒度測試報告中可以看出顆粒粒徑分布較為分散，在1～50 um 區間。

圖1 粒徑與顆粒形貌

1.2.3 放射性

磷石膏試樣進行放射性核素檢測，結果見表3。

表3 磷石膏放射性檢測結果

由表可知，這兩種磷石膏幾乎都沒有放射性。

1.3 利用情況

目前我省磷石膏的利用率不如脫硫石膏的利用率高，這主要與磷石膏自身缺陷有關，雖然磷石膏的二水硫酸鈣品位較高，但是含有微量的雜質，若不做改性除雜處理則無法直接應用。

在豫西靈寶，某石膏制品生產單位與當地磷石膏企業共同投資，建設了一條年處理20萬t磷石膏的煅燒生產線，嘗試利用磷石膏煅燒成建筑石膏粉后，用噴射施工技術制成建筑內隔墻。

鄭州的磷石膏酸堿度低至2.35，嚴重影響其再利用,企業暫時只能持證按危廢處理,環保壓力更大。

我省的磷石膏還有少量的用于水泥緩凝劑。

2 當前存在的主要問題

2.1 工藝技術及裝備落后

目前，磷石膏基本上是由小型設備制造廠借鑒天然石膏或脫硫石膏的生產技術裝備，使用多種多樣的煅燒工藝處理的，存在能耗高、環保不達標等問題。因此，國內現有的技術與裝備不能適應料性復雜的磷石膏處理，帶有行業共性的關鍵工藝技術與裝備亟待突破。

2.2 企業壓力大顧慮多

磷肥企業對環境保護越來越重視，對磷石膏廢渣治理的壓力越來越大，雖然有綜合利用磷石膏、保護環境的意愿，但在技術瓶頸、市場開發、投資效益等方面又顯得不知所措、顧慮重重，很難邁出開發利用實質性的一步。

筑牢廉政建設“防火墻”，始于燒好遵紀守規的每一塊“耐火磚”。為官者惟有心門常懷“懸魚”守正之惕，才能防止重蹈以權漁利“游離”規矩之外的覆轍。

3 出路及應用對策

3.1 建立磷石膏綜合利用科技攻關聯合體

《中國建筑材料工業新興產業發展綱要》提出：集合行業力量，組成行業科技攻關聯盟，形成行業攻堅合力。我省磷肥生產企業排出的磷石膏廢渣對當地的環境影響不容小覷，解決好這一問題，不僅能減輕企業環保壓力，而且能充分發揮磷石膏資源化優勢，為工業化規模化利用磷石膏生產石膏基建材探索出一條行之有效的道路。

發揮市場在資源配置中的決定性作用，運用市場機制將磷肥生產企業與科研院所的研發力量有機的地組織起來，組成磷石膏科技創新攻關聯盟，對磷石膏除雜、改性、煅燒、水化等工藝及裝備技術進行聯手攻堅，開展改性磷石膏在建材領域的應用研究，為石膏基建材應用打下堅實的基礎。

3.2 推進磷石膏基建材新興產業發展

石膏基建材作為新興綠色產業，與傳統建材產業相比具有明顯的市場競爭力，石膏基建材主要包括水泥緩凝劑、紙面石膏板、石膏砌塊、增強纖維石膏板、石膏條板、石膏基干混商品砂漿、抹灰石膏、自流平地面砂漿、石膏膩子及嵌縫膩子等。紙面石膏板產業發展迅猛，年均復合增長率超過20%。石膏砌塊、抹灰石膏等產品連續幾年處于快速發展階段。

河南建筑材料研究設計院有限公司“磷石膏資源化綜合利用技術攻關課題組”目前正在進行改性技術工程化與懸浮煅燒技術的科研攻關，已取得積極進展。該技術能為磷石膏資源化綜合利用奠定技術基礎，推動我國的磷石膏的綜合利用。

除雜煅燒改性后的磷石膏可以廣泛地應用于石膏基建筑材料。

3.2.1 水泥緩凝劑

我國水泥生產主要用天然石膏或脫硫石膏作為緩凝劑。磷石膏還含有水溶性五氧化二磷和氟，不能大量作水泥緩凝劑使用，經過預處理的磷石膏，其化學、物理及力學等性能與天然石膏差異不大，國內有多家水泥企業用磷石膏做水泥緩凝劑，實踐證明，經過預處理的磷石膏代替天然石膏作水泥緩凝劑，可使水泥的后期強度高于天然石膏，還降低了生產水泥的成本。

2016年河南省水泥生產企業162家，全年水泥產量 1.56億t，按加入4%石膏作為生產水泥的緩凝劑估算，每年需求量約624萬t。

3.2.2 建筑石膏粉及其制品

建筑石膏粉是基礎的膠凝材料，其粉體制品主要有抹灰石膏、粘結石膏、石膏膩子等；定型制品主要有紙面石膏板、石膏砌塊、石膏板等。

據中國石膏工業協會預測，今后我國建筑石膏將以每年不低于20%速度增長。抹灰石膏用量將以每年20%以上的速度遞增，據此推算2016年抹灰石膏用量約500萬t，未來我國抹灰石膏仍有很大的發展潛力。

經過近10年的發展，國內抹灰石膏的用量已得到了快速增長。根據統計資料，2012年抹灰石膏的用量已達到260萬t。隨著近兩三年機噴技術應用的快速發展，抹灰石膏的增長已經進入一個加速期。根據中國建筑材料聯合會預拌砂漿分會的統計資料，2014年抹灰石膏的用量已達到350萬t。我國與歐洲的抹灰石膏絕對用量相比可以發現，我國抹灰石膏的絕對用量已遠超過歐洲總用量，但國內抹灰石膏的品質與歐洲產品相比還存在一些差距。

石膏制品目前主要是紙面石膏板，其廣泛用于內隔墻、內墻貼面、天花板、吸聲板等。2015年我國紙面石膏板產能達到3.7×109 m2，產量約2.78×109 m2，人均2.1 m2/a·人，明顯低于發達國家水平。

經過多年的改進和創新，各種高強、防潮、防火又具有環保功能的石膏裝飾板、石膏線條、燈盤、門柱、門拱眉等裝飾制品不斷涌現。此外，具有吸音、防輻射、防火功能的石膏裝飾板正在或將要得到推廣應用。石膏裝飾材料品種繁多、量大面廣，尤其是隨著人們生活品質與文化格調的不斷提高，石膏裝飾材料的需求也會逐年增長。

4 結論

綜上所述，磷石膏是一種很有特性與應用價值的工業副產石膏，目前堆存量巨大、利用率極低，環境污染嚴重的問題。這需要磷肥企業與科研單位共同組建科技攻關聯合體，加大投入，在除雜、煅燒、改性等工藝及裝備技術等方面，攻克行業共性關鍵瓶頸，使其成為石膏基建材制品的優質生產原料之一。這樣既可解決我省的磷石膏環境問題，又彌補了我省石膏資源稟賦差，減少我省石膏基建材快速發展短板的制約，為我國磷肥企業提供可以借鑒的經驗。