中國工業(yè)副產(chǎn)石膏利用現(xiàn)狀及“十四五”展望

楊再銀

（建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，北京100024）

近幾年大多數(shù)建材產(chǎn)品產(chǎn)量保持穩(wěn)定，但是石膏行業(yè)的發(fā)展總體來看勢(shì)頭良好，仍然處于穩(wěn)步增長階段。主要原因有：①隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高，對(duì)住宅質(zhì)量的提升帶動(dòng)了石膏消費(fèi)量的增加，特別是砂漿類石膏用量的激增；②受環(huán)保政策的影響，工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化應(yīng)用成效顯著，工業(yè)副產(chǎn)石膏用量占比增加，特別是西南地區(qū)政府出臺(tái)的相關(guān)政策促進(jìn)了磷石膏用量的增長；③近幾年水泥的價(jià)格始終在高位運(yùn)行，水泥和石膏在一定程度上存在互補(bǔ)的作用，水泥價(jià)格的上漲對(duì)石膏價(jià)格的上揚(yáng)和石膏應(yīng)用范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用；④在勞動(dòng)力價(jià)格快速增長的背景下，石膏產(chǎn)品施工速度快、效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、可以不摻砂石和施工環(huán)境清潔的優(yōu)勢(shì)滿足了降低成本和環(huán)境保護(hù)的需求。

1 石膏建材行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 石膏原料（工業(yè)副產(chǎn)石膏和天然石膏）

2020年，我國磷石膏產(chǎn)生量74 Mt，同比下降1.3%，利用率約為44%；來自火電廠產(chǎn)生的煙氣脫硫石膏排放量約為78 Mt，增長了約1%；鈦石膏的排放量居第三位，產(chǎn)生量約為30 Mt，但其利用率很低，約為8%。隨著環(huán)保政策越來越嚴(yán)格，氯堿石膏、氟石膏、芒硝石膏等企業(yè)也投入了巨大力量開展工業(yè)副產(chǎn)石膏綜合利用[1]。

近幾年磷石膏綜合利用呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：①各級(jí)行業(yè)主管部門越來越重視磷石膏的綜合利用；②磷石膏條板、磷石膏砂漿等產(chǎn)品發(fā)展迅速，利用磷石膏做路基材料在一些項(xiàng)目上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，磷石膏水泥緩凝劑用量持續(xù)增長；③磷石膏綜合利用單位開始重視原材料均化和凈化，部分企業(yè)采用水洗、重選加浮選等工藝建成或正在建設(shè)幾十萬t/a甚至兩百萬t/a規(guī)模的磷石膏預(yù)處理生產(chǎn)線。

2010—2020年我國磷石膏排放和利用情況見圖1，2005—2020年我國電廠排放煙氣脫硫石膏總量見圖2。

圖1 2010—2020年我國磷石膏排放和利用情況

圖2 2005—2020年我國電廠排放煙氣脫硫石膏總量

2020年天然石膏開采量約為16 Mt，相比上一年略有下降。天然石膏原料和產(chǎn)品企業(yè)由沿海向內(nèi)陸遷移。天然石膏原料生產(chǎn)地主要分布在寧夏、甘肅、四川、云南等西部地區(qū)。西部地區(qū)石膏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，成效顯著。寧夏鹽池石膏產(chǎn)業(yè)基地規(guī)劃占地2.67平方千米，已經(jīng)發(fā)展成為全國最大的天然石膏產(chǎn)業(yè)園。通過水路和海運(yùn)從國外進(jìn)口的天然石膏數(shù)量略有增加，主要市場(chǎng)分布在東南沿海地區(qū)。

1.2 紙面石膏板

2020年全國紙面石膏板行業(yè)的產(chǎn)能達(dá)48.8億m2，全國有大小生產(chǎn)線約200條（部分生產(chǎn)線屬于淘汰或限制的落后產(chǎn)能）。2018和2019年期間，受到環(huán)保督察壓力增大、燃煤窯爐改造、區(qū)域產(chǎn)能過剩、價(jià)格戰(zhàn)競(jìng)爭(zhēng)激烈等因素影響，陸續(xù)有不少生產(chǎn)線關(guān)停或被淘汰。2020年全國規(guī)上企業(yè)紙面石膏板的產(chǎn)量為33.5億m2，與2019年33.2億m2的產(chǎn)量相比基本持平，其中，北新建材、可耐福、圣戈班和USG博羅四家企業(yè)占了市場(chǎng)總額的67.9%，其余32.1%市場(chǎng)份額為其他中小企業(yè)占據(jù)，中小企業(yè)的產(chǎn)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達(dá)到6 Mt。近兩年石膏抹灰的年平均增長率為30%左右。在房地產(chǎn)行業(yè)發(fā)展放緩及一些傳統(tǒng)建材增速普遍減慢的大背景下，抹灰石膏逆勢(shì)而上，增長趨勢(shì)非常強(qiáng)勁。預(yù)計(jì)2022年我國抹灰石膏的需求量將達(dá)到8 Mt，按照70%的建筑石膏粉摻量，屆時(shí)抹灰石膏所需建筑石膏粉將達(dá)到約6.7 Mt，抹灰用建筑石膏的需求將比2020年增加約1.70 Mt。在一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，抹灰石膏的總用量已達(dá)到全部抹灰用量的50%以上，有的甚至達(dá)到70%，抹灰石膏的研究、生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)、裝備及施工等已形成體系。從國外大型石膏企業(yè)看，石膏砂漿約占到石膏業(yè)務(wù)的35%。我國抹灰石膏生產(chǎn)企業(yè)均為小微企業(yè)，但近年出現(xiàn)一些新的動(dòng)向：一些大的地產(chǎn)公司加大了對(duì)抹灰石膏的應(yīng)用，通過集采模式統(tǒng)一運(yùn)營。還有的房地產(chǎn)企業(yè)通過與石膏企業(yè)建立合資公司加大石膏砂漿的用量和質(zhì)量的保障，一些大型建筑施工企業(yè)也在進(jìn)入石膏砂漿行業(yè)，外資石膏企業(yè)也在加大布局石膏砂漿行業(yè)。也有石膏砂漿企業(yè)開始借助資本平臺(tái)的力量加快自身發(fā)展。

1.4 自流平石膏（石膏基自流平砂漿）

石膏基自流平砂漿在我國生產(chǎn)廠家從2017年的不足10家，發(fā)展到目前百余家，增長勢(shì)頭迅猛。山東、江蘇等地市場(chǎng)表現(xiàn)突出，市場(chǎng)接受度及使用情況良好。2020年石膏基自流平砂漿產(chǎn)量達(dá)到1 Mt左右。從石膏建材分會(huì)調(diào)研的數(shù)據(jù)看，行業(yè)內(nèi)主要的自流平石膏企業(yè)2020年產(chǎn)量約為2019年產(chǎn)量的10倍。近期市場(chǎng)上高強(qiáng)石膏粉及建筑石膏粉均出現(xiàn)了貨源緊缺的現(xiàn)象，這與石膏基自流平砂漿爆發(fā)式增長有著密切的關(guān)系。

1.5 其他石膏制品

近幾年我國石膏條板在裝配式建筑政策的推進(jìn)下發(fā)展迅速，目前全國石膏條板生產(chǎn)能力已經(jīng)超過4×107m2/a，僅四川石膏條板生產(chǎn)企業(yè)已達(dá)40家左右。石膏條板發(fā)展最快的省份是四川，已經(jīng)建成及在建產(chǎn)能超過2.2×107m2/a。在市場(chǎng)的巨大需求下，石膏條板裝備企業(yè)開發(fā)出了眾多類型的生產(chǎn)裝備，有側(cè)立模澆注、擠出成型、真空擠出成型、半干法壓制等。石膏條板在快速發(fā)展中，尚存在以下問題[2]：①行業(yè)集中度低，跨省份布點(diǎn)、具有較大規(guī)模的企業(yè)少；②前幾年石膏條板利潤高，造成了行業(yè)一哄而上，進(jìn)入2019年以來，一些地區(qū)產(chǎn)品價(jià)格降幅加大，價(jià)格惡性競(jìng)爭(zhēng)激烈；③企業(yè)普遍研發(fā)能力不足；④生產(chǎn)線智能化、自動(dòng)化程度不高。

近兩年石膏砌塊在山東、河北、貴州等地發(fā)展迅速。在一些省份由于沒有將石膏砌塊列入裝配式建材范疇，同時(shí)沒有工業(yè)副產(chǎn)石膏綜合利用優(yōu)惠政策支持，石膏砌塊發(fā)展緩慢。

石膏模盒是國內(nèi)發(fā)展起來的、能大量消納利用工業(yè)副產(chǎn)石膏的建筑產(chǎn)品，每萬平方米建筑面積可消耗石膏800 t左右，2020年產(chǎn)量約530萬塊，消耗副產(chǎn)石膏十余萬噸。石膏模盒用于現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)中的填充材料，適用范圍廣，具有強(qiáng)度高、空心率大、抗沖擊力強(qiáng)、密封隔音效果好、環(huán)保輕質(zhì)防火、板面平整、節(jié)省工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)發(fā)展前景非常好。

2 “十四五”期間重點(diǎn)發(fā)展品種

2.1 紙面石膏板

近年來紙面石膏板有兩個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向：一是產(chǎn)品的“減重增厚”，二是石膏板的多功能性。

減重增厚是未來的發(fā)展目標(biāo)，主要是降低面密度，增加石膏板厚度，目前國內(nèi)僅有幾家大型企業(yè)生產(chǎn)12 mm及以上厚板。厚板具有隔聲性好、強(qiáng)度高、符合裝配式建筑需求的優(yōu)點(diǎn)，在住宅的墻體領(lǐng)域潛力巨大。

石膏板的多功能性也是今后的發(fā)展趨勢(shì)，建筑的多樣化和對(duì)高質(zhì)量發(fā)展的要求，增加了許多特殊的功能需求，也為石膏板的多功能發(fā)展提供了空間。目前市場(chǎng)上呈現(xiàn)出多種功能性石膏板產(chǎn)品，如防電磁波、印花紋紙、隔聲、分解甲醛等紙面石膏板，還有玻纖氈石膏板、木纖維石膏板、阻燃石膏板等功能性產(chǎn)品。

2.2 Ⅱ型無水石膏

Ⅱ型無水石膏又稱β型硬石膏，或稱不溶性硬石膏（Insolustrongle-anhydrite）、難溶無水石膏等。它是二水石膏、半水石膏和Ⅲ型無水石膏經(jīng)高溫脫水后在常溫下穩(wěn)定的最終產(chǎn)物。在自然界中穩(wěn)定存在的天然硬石膏也屬此類。天然二水石膏或工業(yè)副產(chǎn)二水石膏在360～1 000 ℃溫度下煅燒，煅燒后磨細(xì)即得高溫煅燒石膏，它也被稱為“水硬性石膏”。

國外大量采用無水石膏、β-半水石膏復(fù)合組成復(fù)合相形石膏膠結(jié)材，以改善建筑石膏性能。但Ⅱ型無水石膏凝結(jié)硬化緩慢，不能直接應(yīng)用，必須進(jìn)行活性激發(fā)或改性。國外多采用活性激發(fā)材改性或改性與激發(fā)相結(jié)合的技術(shù)路線，國內(nèi)則一般采用硫酸鹽激發(fā)其活性。

在水泥工業(yè)中長期以來被廣泛用作調(diào)凝劑和增強(qiáng)劑的是二水石膏，主要原因是二水石膏與硬石膏的溶解度與溶解速率不同。二水石膏的溶解特點(diǎn)是早期溶解快、最終溶解度較低，硬石膏則與之恰恰相反，雖然在常溫下的溶解度較大，但其溶解速率慢，所以其加入量一般應(yīng)比二水石膏適當(dāng)增加，才能滿足調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的要求。有研究表明[3]：在硅酸鹽水泥中可以用硬石膏完全代替二水石膏，但需要依據(jù)熟料中鋁酸三鈣的含量而定。其中鋁酸三鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于11%時(shí)，摻硬石膏不會(huì)對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間性能產(chǎn)生不良影響，但是當(dāng)鋁酸三鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于13%時(shí)則會(huì)引起水泥快凝。C.S.Poon等[4]的研究結(jié)果表明，在含有粉煤灰的砂漿中添加適當(dāng)?shù)挠彩嗫梢蕴岣咚嗟目箟簭?qiáng)度。

磷石膏中殘余的有機(jī)磷和部分活性較高的可溶性無機(jī)磷化合物，在高溫下會(huì)部分或全部分解或轉(zhuǎn)化為難溶性或活性較低的其他磷酸鹽類物質(zhì)（一般溫度越高分解速率越快，分解越完全），如焦磷酸鈣等。轉(zhuǎn)化后所形成的化合物對(duì)石膏產(chǎn)品基本性能的影響較小，此時(shí)若根據(jù)所生產(chǎn)產(chǎn)品的用途再采用一些改性外加劑技術(shù)配套應(yīng)用，就會(huì)得到所需要的優(yōu)質(zhì)的石膏產(chǎn)品。

因此，在鍛燒過程中采用高溫鍛燒的方法，使磷石膏中的全部或部分物料繼續(xù)脫水直至轉(zhuǎn)化為Ⅱ型無水石膏（即高溫煅燒石膏）。通過采用高效復(fù)合外加劑對(duì)其活性的激發(fā)，使其具有幾乎與高強(qiáng)石膏相比擬的后期強(qiáng)度，具有極好的質(zhì)量穩(wěn)定性以及較高的抗水性能，使其成為配置優(yōu)質(zhì)高性能石膏砂漿的基料。

目前市場(chǎng)上的硬石膏產(chǎn)品相對(duì)來說還是較少，與國外發(fā)達(dá)國家差距較大。以石膏基自流平砂漿為例，國內(nèi)幾乎沒有硬石膏基自流平砂漿，都是半水石膏基自流平砂漿。根據(jù)海南大學(xué)的汪俊峰博士介紹，德國室內(nèi)地面和墻面基本都是石膏基砂漿產(chǎn)品，其中以復(fù)合相形抹灰石膏應(yīng)用非常普遍。因此，“十四五”期間我國Ⅱ型無水石膏行業(yè)將迎來發(fā)展熱潮。

2.3 裝配式石膏條板

隨著裝配式建筑的大力推廣，石膏條板在一些地區(qū)得到了迅猛發(fā)展。在某些地區(qū)甚至出現(xiàn)產(chǎn)品供不應(yīng)求、個(gè)別石膏砌塊企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)石膏條板的現(xiàn)象。目前全國地級(jí)以上城市框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)建筑所占比例越來越大，一些城市甚至超過90%以上，推動(dòng)了石膏條板的應(yīng)用。石膏條板在國內(nèi)快速發(fā)展得益于以下原因：①工業(yè)副產(chǎn)石膏的大量使用，原料供應(yīng)有了保障，節(jié)省原料成本；②與水泥基板材相比，石膏條板具有質(zhì)量小、表面平整、不開裂、隔聲性好的優(yōu)勢(shì)；③石膏凝結(jié)快、澆注性能非常好，方便生產(chǎn)制造；④石膏條板的生產(chǎn)裝備技術(shù)提升，產(chǎn)品質(zhì)量提高，規(guī)模化生產(chǎn)，成本降低；⑤裝配式建筑的發(fā)展需求，為石膏條板進(jìn)入市場(chǎng)提供了重要的保障。未來隨著人工價(jià)格提升、裝配率的提高，石膏條板將是消耗工業(yè)副產(chǎn)石膏的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。

3 “十四五”期間行業(yè)發(fā)展方向

綜合來看，未來我國石膏行業(yè)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α！笆奈濉逼陂g行業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向如下：

1）加快α型高強(qiáng)石膏和自流平石膏的發(fā)展。目前自流平石膏保守估算有22 Mt的市場(chǎng)，需要α50以上石膏約7 Mt，市場(chǎng)目前利用工業(yè)副產(chǎn)石膏生產(chǎn)α50石膏的企業(yè)僅有4～5家。因此α型高強(qiáng)石膏存在巨大的市場(chǎng)缺口。由于α型高強(qiáng)石膏短缺，自流平石膏發(fā)展受到制約，當(dāng)前發(fā)展速度緩慢。

2）加快裝配式石膏建材的發(fā)展。隨著國家對(duì)裝配式建筑的大力推動(dòng)，裝配式建材如石膏條板等市場(chǎng)需求量大幅上升，市場(chǎng)供不應(yīng)求，但是存在產(chǎn)品參差不齊、企業(yè)一哄而上等現(xiàn)象。有必要規(guī)范市場(chǎng)，推廣自動(dòng)化設(shè)備，促進(jìn)市場(chǎng)健康發(fā)展。

3）擴(kuò)大紙面石膏板住宅在隔墻領(lǐng)域的應(yīng)用。目前我國用于隔墻領(lǐng)域的石膏板約占35%，且主要用于商業(yè)地產(chǎn)及公共建筑，紙面石膏板用于住宅隔墻基本為零；用于吊頂領(lǐng)域的石膏板約占65%。紙面石膏板在住宅隔墻領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

4）加快工業(yè)副產(chǎn)石膏的凈化預(yù)處理研究應(yīng)用。工業(yè)副產(chǎn)石膏含有的堿金屬鹽、有機(jī)物等各種有害雜質(zhì)，已經(jīng)嚴(yán)重影響了石膏建材產(chǎn)制品的推廣應(yīng)用，應(yīng)加快工業(yè)副產(chǎn)石膏的無害化處理研究應(yīng)用，特別是排放端無害化處理。

5）提升石膏建材工藝和裝備的發(fā)展。工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)首先要解決原料的均勻性和穩(wěn)定性，工藝和裝備是保證石膏建材質(zhì)量的重要因素。要以《中國制造2025》行動(dòng)綱要為指引，推動(dòng)石膏建材裝備向現(xiàn)代化、高端化和智能化發(fā)展。