廢渣磷石膏在建材生產中的應用解析

王曉龍

（西安建筑科技大學材料科學與工程學院粉體工程研究所 陜西西安 710055）

0 引言

磷石膏是一種工業廢料，在生產磷酸時從過濾器中傾倒出來的。每噸磷酸（P2O5）大約釋放4t磷石膏。據統計數據顯示，目前我國主要磷酸工廠傾倒的磷石膏廢物利用率僅為10%，中小型企業的廢物使用率只有40%～50%。根據國內的石膏天然資源，積極開發利用磷石膏副產物、保護自然資源和開發符合中國新建筑材料可持續發展的新型建材。

磷石膏：指磷酸生產中用硫酸處理磷礦所產生的固體廢渣，它的主要成分是硫酸鈣，主要有灰黑色和灰白色兩種。磷石膏的組成相對復雜。除了硫酸鈣，還有磷礦、磷酸、氟、不溶于酸的物質、有機物等，氟和有機物的存在對磷石膏資源的使用影響最大。隨意排放和磷石膏蓄積對環境造成了嚴重損害，不僅污染了地下水資源，而且造成了土地資源的非理性使用。目前，濕法磷酸的生產主要采用二水法。

磷石膏的組成根據磷礦的來源，磷礦的組成，以及非常復雜的磷酸的生成過程而不同。比較適合的二水工藝生產雜質含量是最高的磷石膏。磷石膏主要雜質如下圖1 所示。

1 磷石膏應用中存在的問題及解決辦法

1．1 磷石膏的應用中有很多問題

磷石膏中含有的部分雜質可能是限制使用磷石膏的原因之一。磷石膏可能會腐蝕建筑組件和制造設備。一些磷石膏中氟鋁酸鹽含量較高，對石膏晶體的形狀、粒子尺寸和純度產生不良影響。磷石膏的鑭系元素來源于磷礦石原料，引起小晶體的生長，但這不利于磷石膏的滲透，增加磷石膏的凈化處理的難度。磷石膏有機物由脂質和一些有機烷基成分構成，它主要以物理吸附的形式分布在石膏晶體的表面。有機物質的存在使產品變得黑暗，硬化結構變得松弛，強度降低。磷石膏放射性標準必須符合《建筑材料放射性核素限量》 的國家標準。由上得知，放射性過高的磷石膏應與其它材料混合，以確保混合后生產的建筑材料符合國家標準。

表1 磷石膏中的主要含有雜質

1．2 解決辦法

（1） 研究表明，雖然某一廢物某種成分的含量與環境輸入之間的關系是復雜的，但一般來說，隨著環境輸入的增加，廢物成分的含量會在不同程度上增加。因此，磷石膏中微量成分的濃度可以通過減少相應環境進入成分來控制其微量組分的濃度。磷石膏中微量成分對環境的輸入主要是通過選擇天然磷礦來減少的。不同生產區域的磷礦的化學成分差異很大，因此磷礦的選擇范圍很廣。目前，在選擇磷礦原料時，主要關注的是控制有害元素鎘的含量。

（2） 如下表2 所示，磷石膏中微量成分的濃度通過分離技術降低：磷礦的選擇在很大程度上受到自然地理條件的限制。磷石膏中微量成分的濃度不能僅通過磷礦的選擇來控制，因此需要對磷石膏進行預處理或改性，減少雜質的影響，提高產品的性能。

表2 降低磷石膏中雜質的化學分離方法及其效果

2 磷石膏的綜合利用

2．1 硫酸和水泥聯合生產

通過磷石膏和水泥聯合生產硫酸的工藝，從硫組分中再生硫酸，以其他組分再生水泥熟料。對于沒有硫磺資源的國家來說，磷石膏在硫酸生產中的應用非常重要。磷石膏硫酸合水泥聯合生產過程中的主要問題是能源消耗高，這使得許多公司寧愿支付磷石膏的污水處理費用，也不愿生產硫酸和水泥聯合生產。

2．2 磷石膏制裝飾材料

化工廢料石膏可制成一種新型石膏裝飾材料，該材料出現灰微帶紅玫瑰，平均容量為1，抗壓強度，它類似于天然大理石建筑和裝飾性能。

2．3 生產石膏刨花板

按照《建筑材料工業廢渣放射性物質限值標準》選用磷石膏，其優點有：

①它具有良好的防火、耐候性和耐腐蝕性。刨花板是一種耐火品種，完全符合內墻防火要求。

②表面光滑，重量輕，強度高。

③石膏刨花板是用石膏化學黏合劑作為膠結劑使用的，沒有污染，沒有毒性。除了上述特征外，石膏刨花板的物理及機械特性、隔音性、絕熱性也很出色，具有廣泛原材料來源 (工業副產物)、高生產力和低成本的特征。

2．4 用作水泥緩凝劑

目前，越來越多的水泥公司使用磷石膏而不是天然灰泥作為緩凝劑。但是磷石膏中含有少量的有害雜質，含有大量的水分和小顆粒，需要有效的改進。通常使用的處理方法主要包括水洗方法、石灰中和方法、煅燒方法和堿性物質中和方法和再造顆粒處理等。

目前，磷灰石的改性不僅由水泥公司解決，而且由生產過程中的一些化工廠生產者解決。例如，我國某化學公司建立了一個每年生產10 萬t磷石膏水泥緩凝劑的工廠。在生產設備中，磷石膏在石灰石改性后被制成半水石膏，并與二水石膏混合以達到造粒率。改性磷石膏水泥緩凝劑可以有效控制磷石膏中雜質對凝結的影響。當前磷石膏與天然石膏的價格差距較大，磷石膏在水泥廠得到了廣泛的應用。目前，磷石膏替代天然石膏作為水泥緩凝劑的應用正逐步得到推廣。

3 結語

工業廢物的磷石膏綜合處理不僅有助于保護環境，它也為解決資源短缺問題提供了新的途徑。目前，由于磷石膏中各種雜質的影響，磷石膏的利用率仍然很低，磷石膏資源的利用仍然存在各種技術問題和高昂的工藝成本。為了應對這些問題，解決磷石膏資源利用的問題，開拓磷石膏綜合利用的廣泛領域，國內外正在積極探討各種各樣的方法。