磷石膏在新型建筑材料行業(yè)的推廣與應(yīng)用研究

韋 翔，任達富

（凱里學院，貴州 凱里 556011）

0 引言

隨著“十四五”規(guī)劃中提出我國生態(tài)文明建設(shè)，我國的工業(yè)副產(chǎn)磷石膏、粉煤灰等大力尋找新的利用途徑。我國磷石膏不僅產(chǎn)量較大，當前的堆存量也巨大。但由于受生產(chǎn)和技術(shù)方式等因素約束，磷石膏的綜合利用率只有40%左右。相比國外，部分國家對處理磷石膏也有著成功的經(jīng)驗，如日本、印尼擁有完善的循環(huán)體系，將磷石膏用于生產(chǎn)石膏類材料和水泥緩凝劑，磷石膏的利用率為100%，無堆存量。除了用于生產(chǎn)建材，巴西還將磷石膏用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。近幾年國家出臺了許多政策大力推進磷石膏的利用，國務(wù)院強調(diào)要推行綠色的發(fā)展方式，推進固廢資源利用化。生態(tài)環(huán)境部等推進“三磷”綜合整治，國家發(fā)展改革委推廣石膏的資源化利用，財政部頒發(fā)針對自產(chǎn)磷石膏綜合利用產(chǎn)品的增值稅退稅政策[1]。雖然磷石膏的利用在逐步提高，但堆存量依舊龐大，帶來了較大的環(huán)境風險。因此，我國迫切需要提升磷石膏的資源化利用率，而磷石膏作為新型建材是解決和實現(xiàn)資源利用的一種有效途徑。

1 磷石膏的相關(guān)概念

磷石膏主要來源于濕法磷酸工藝下所產(chǎn)生的一種主要化學成分為二水硫酸鈣的工業(yè)固體廢物。除主要成分外，還含有少量的磷、氟、有機物、氧化物以及少量重金屬和放射性物質(zhì)等雜質(zhì)。

磷石膏外觀為白色粉末，常見晶體形式為柱狀、板狀、多邊形。pH 通常在1.5～4.5 之間，是一種酸性物質(zhì)。磷石膏非常難溶于水，流動性能較差[2]。磷石膏所含化學成分復雜，不同磷石膏含有的雜質(zhì)種類及含量也各不相同。磷石膏具有高強度、高韌性的特性，磷石膏不溶于常見酸、堿，并且高溫耐受，經(jīng)過800℃的鍛燒處理可以變?yōu)槎栊圆牧希男蕴幚砗笈c聚合物親和力強，可用于加工生產(chǎn)復合材料。

磷石膏廢渣對水環(huán)境、土環(huán)境環(huán)境有很大的影響。就水環(huán)境而言，長期露天堆放的磷石膏，會形成磷化物，并解離出有害成分的酸性廢水，其有害成分破壞水環(huán)境[3]。就土環(huán)境而言，磷石膏里面的有害物質(zhì)也會滲入到土壤內(nèi)，甚至導致地表水存在重金屬污染，危害人和動物的健康。另外，從巖土工程角度來看，磷石膏堆放自身也存在風險，降雨量增加的情況下，長期雨水淋溶會導致該堆體坍塌。此外，磷石膏廢渣的長期堆放也會消耗了大量土地面積，浪費了日漸稀缺的土地。

2 磷石膏在新型建筑材料行業(yè)的利用情況

近年來磷石膏的利用率一直在增加，磷石膏能夠廣泛地用于建材、化工和農(nóng)業(yè)，特別是建筑材料產(chǎn)業(yè)利用率最高。

2.1 聯(lián)產(chǎn)水泥與水泥緩凝劑

2.1.1 磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥

我國硫資源短缺，大部分是通過進口來獲得，對外依賴程度較高。而磷石膏中的硫、鈣含量高，可以對其充分利用，通過制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的工藝可以解決此問題。將烘干后的磷石膏與土、焦炭面生成熟料，均化后進行高溫煅燒，煅燒后可產(chǎn)出水泥熟料，再加入一定的粉煤灰等混合材料，通過加工制成水泥。而煅燒中產(chǎn)生二氧化硫氣體可以通過加工得到硫酸[4]。這套工藝可以使磷石膏的硫和鈣資源得到充分利用，不僅可以消耗磷石膏廢渣，還可以一定程度緩解我國對進口硫資源的依賴。

2.1.2 磷石膏制水泥緩凝劑

我國水泥緩凝劑需求量較大，而國內(nèi)生產(chǎn)的水泥緩凝劑不滿足于需求。磷石膏通過加入改性劑后放入烘干機脫水獲得半水石膏，再經(jīng)過加工可形成水泥緩凝劑[5]。磷石膏可以作為天然石膏資源的替代物，用于生產(chǎn)水泥緩凝劑。用磷石膏做水泥緩凝劑有緩凝效果佳、降低水泥生產(chǎn)成本以及消耗磷石膏廢渣等許多優(yōu)點，具有經(jīng)濟、環(huán)境效益。

2.2 磷石膏砂漿、砌塊

砂漿是工程不可或缺的建筑材料。目前，傳統(tǒng)的普通砂漿使用范圍很廣，但還是存在高密度和初凝時間短等問題。磷石膏砂漿的生產(chǎn)成本相對于普通砂漿來說較經(jīng)濟，不僅可以減輕磷石膏廢渣處理的問題，而且性能比普通砂漿效果好。近幾年磷石膏主要用于生產(chǎn)輕質(zhì)抹灰石膏砂漿、石膏基自流平砂漿。輕質(zhì)抹灰石膏砂漿是將磷石膏粉、輕骨料、緩凝劑等混合生產(chǎn)加工出來，具有密度小、強度高、保水性好、收縮性小的特點，因此施工方便效率高，降低了建造成本。同時，它具有流動性好自動找平、初凝時間長、后期強度高等特點，也是一種環(huán)保的建筑材料。

磷石膏砌塊是一種新型的建材，它具有質(zhì)輕、高強、節(jié)能環(huán)保、工藝簡單、經(jīng)濟等優(yōu)點。綜合來看，磷石膏在石膏砌塊中的應(yīng)用越來越廣泛，發(fā)展前景較好。

2.3 輕質(zhì)保溫磷石膏板材

隨著“十四五”規(guī)劃的推進，對建筑材料市場的環(huán)境和治理存在著壓力，而且使用保溫隔熱材料是實現(xiàn)可持續(xù)能源發(fā)展的重要措施之一。與其他建筑材料行業(yè)相比，磷石膏板材使用率有明顯的增長。磷石膏經(jīng)預(yù)處理后，通過加入各種外加劑、摻合料，可以使石膏的特性得到改進。輕質(zhì)保溫磷石膏板材可以大幅降低日常生活和工業(yè)生產(chǎn)過程中的熱量損失，保溫效果好。同時，輕質(zhì)保溫磷石膏板材還具有隔聲好、吸濕性能好、施工方法簡單等優(yōu)點。此外，紙面石膏板成為新型高效、環(huán)保的綠色建筑材料的發(fā)展熱點，也是磷石膏建筑材料的主要研究熱點之一。

2.4 磷石膏新型充填、路面基層材料

將磷石膏、水泥、粉煤灰按一定比例混合的凝膠材料不僅可用于礦山井的填充還可以用于路面基層。該材料具有強度高、抗裂性好等優(yōu)點，用于礦山井填充方法在國外得到較多的使用，我國還在處于試驗階段，目前在貴州地區(qū)進行礦山填充，今后國內(nèi)也會有更多地區(qū)采用此方法進行礦山填充。該方法既實現(xiàn)了磷石膏的大規(guī)模使用，又解決了礦山安全問題，具有顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。此外，還可以作為新型路面基層材料，該材料具有抗裂性好、凝結(jié)時間長、施工簡單等優(yōu)點，制成的路面基層施工材料，可直接用于路面基層施工。以磷石膏作為路面基層材料，通過長期測定分析，其含有的重金屬離子沒有對周邊環(huán)境產(chǎn)生不良影響，因此該方法滿足相關(guān)路基填料的施工技術(shù)要求。

2.5 建筑裝飾品

在建筑裝飾材料使用上，人們對節(jié)能環(huán)保功能要求越來越高。將磷石膏用于建筑裝飾材料也是目前對新型材料探索開發(fā)的熱點之一。由于對天然石膏開采的限制，高強度石膏的產(chǎn)量下降了。近年來，越來越多的國內(nèi)企業(yè)開始投資從工業(yè)石膏廢料中生產(chǎn)高強度石膏。用磷石膏生產(chǎn)的高強石膏可以用來裝飾陶瓷藝術(shù)、工藝和技術(shù)、材料、3D 打印等，這些可以增加其市場價值，它可以彌補高昂的高強石膏的技術(shù)推廣費用，也可以促進磷石膏在建筑裝飾領(lǐng)域的發(fā)展。

3 磷石膏在新型建筑材料行業(yè)利用存在的問題

雖然近幾年國家和各級政府都在推動磷石膏資源開發(fā)和利用，但其推廣程度不盡人意，主要有以下4 點原因。

3.1 相關(guān)政策支持不完善

過去幾年，國家各部委和地方政府都相繼發(fā)布了關(guān)于資源利用磷石膏的政策性文件，但其中大多數(shù)政策都屬于宏觀調(diào)控，主要集中熱點在如何將磷石膏資源利用以及對磷石膏存量的控制。但對于微觀層面上的政策較少，由于我國磷石膏建筑材料開發(fā)過程較短，缺少實踐經(jīng)驗。政府應(yīng)明確企業(yè)在磷石膏使用方面的思路和方向，為企業(yè)提供稅收政策、應(yīng)用技術(shù)和資金支持方面正確的具體的指導。并且，企業(yè)和大眾綠色消費理念尚未完全形成，各項標準和規(guī)范都比較延后，宏觀與微觀政策沒有完全聯(lián)通，相關(guān)政策沒有形成完整的體系，導致磷石膏新型建筑材料市場難以開發(fā)，配套措施不足。

3.2 綜合利用標準體系不完善

由于磷石膏新型建筑材料也是近幾年才開始探索的，所以對磷石膏排放標準、綜合利用技術(shù)標準、新型建筑材料產(chǎn)品標準等沒有系統(tǒng)的標準體系，正因為缺少這些標準體系，導致產(chǎn)品市場認可度低，推廣阻礙大。目前已有少量的磷石膏相關(guān)標準，這些標準一定程度上指導和規(guī)范了磷石膏資源化利用、穩(wěn)定了磷石膏產(chǎn)品的質(zhì)量。但是由于是新事物，人們的認識也是逐步加深，之前定的標準也可以能會帶來標準指標偏低、指標設(shè)置不足等問題。

3.3 綜合利用技術(shù)能力不足

現(xiàn)有的磷石膏綜合利用技術(shù)比較單一和陳舊，主要集中有制備水泥緩凝劑、紙面石膏板、分解磷石膏制硫酸。磷石膏綜合利用在我國現(xiàn)階段還處于初步發(fā)展階段，缺乏新技術(shù)的研發(fā)。現(xiàn)有技術(shù)也存在質(zhì)量差、雜質(zhì)多、處理成本高、推廣價值普遍低等問題。這些因素導致了磷石膏建筑產(chǎn)品在市場上認可度不高，限制了磷石膏的大規(guī)模處理，嚴阻礙了磷石膏在新型建筑材料行業(yè)的發(fā)展。

3.4 區(qū)域發(fā)展不平衡，市場競爭力較弱

我國的磷石膏生產(chǎn)和使用區(qū)域差異較大，磷石膏的生產(chǎn)主要集中在中西部地區(qū)，這些產(chǎn)量占總產(chǎn)量的80%以上。而磷石膏的使用主要集中在東南部較發(fā)達的地區(qū)。這樣導致了生產(chǎn)量大的地區(qū)使用需求量少甚至是不使用，磷石膏堆存壓力大，而使用量大的發(fā)達地區(qū)生產(chǎn)量小，區(qū)域發(fā)展不平衡。

由于區(qū)域發(fā)展不平衡，導致運輸?shù)某杀驹黾樱档土肆资嘟ㄖ牧系氖袌龈偁幜Α４送猓资嘟ㄖ挠捎谑切滦筒牧希蟊娛浅钟小坝^望”的態(tài)度，對于磷石膏建材使用還是存在著疑慮，市場價格也沒有優(yōu)勢，運輸成本高，因此，磷石膏建筑材料市場競爭力較弱，阻礙了磷石膏新型建筑材料的推廣。

4 磷石膏在新型建筑材料行業(yè)中推廣的建議

4.1 完善相關(guān)政策體系

需要建立科學系統(tǒng)的政策體系，要將宏觀調(diào)控與微觀調(diào)控相結(jié)合，國家和各地方政府要充分溝通，使相關(guān)政策形成一個系統(tǒng)體系，真正有效落實磷石膏新型建筑材料的推廣與應(yīng)用。從源頭上，降低磷石膏替代品天然石膏的開采，或者提高天然石膏資源稅，這樣可以間接促進磷石膏的綜合利用，一定程度上推廣了磷石膏新型建筑材料的發(fā)展。從市場上，出臺相關(guān)鼓勵生產(chǎn)政策、稅收激勵政策以及磷石膏新型建筑材料推廣使用政策，鼓勵政府扶持磷石膏產(chǎn)業(yè)相應(yīng)企業(yè)，加大對磷石膏產(chǎn)業(yè)專項基金和銀行貸款的發(fā)放。

4.2 完善相關(guān)標準體系

目前，我國有關(guān)部門已開始制定有關(guān)磷石膏新型建筑材料產(chǎn)品的標準。磷石膏產(chǎn)品缺乏廣泛的應(yīng)用，主要原因是缺乏相關(guān)磷石膏建筑材料產(chǎn)品的標準，這使得建筑行業(yè)企業(yè)會存在質(zhì)疑或者直接不敢使用。科學規(guī)范化的磷石膏新型建筑材料產(chǎn)品標準，可以打消企業(yè)懷疑的態(tài)度，不僅會提高其使用效率，還會促進新型建筑材料產(chǎn)品的推廣。此外，還需要同時鼓勵國家、行業(yè)、地方標準以及技術(shù)標準之間的相互溝通、結(jié)合，并為它們提供有效的發(fā)展指導。制定相應(yīng)磷石膏新型建筑材料的技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量標準。

4.3 大力研發(fā)產(chǎn)品，提升產(chǎn)品質(zhì)量

由于現(xiàn)有的磷石膏綜合利用技術(shù)較單一、效率低，因此應(yīng)加大研發(fā)力度，加強建筑企業(yè)、科研院以及高校之間的合作，使三者強強聯(lián)合形成科研團隊，加快磷石膏綜合利用技術(shù)的研發(fā)，并且要加速科研成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)并進行推廣和應(yīng)用，提升磷石膏的綜合利用效率。另外，從源頭上考慮提升磷石膏的質(zhì)量。優(yōu)化磷石膏的生產(chǎn)工藝，降低磷石膏雜質(zhì)含量，提升磷石膏質(zhì)量。這樣高質(zhì)量的磷石膏也可以生產(chǎn)出更高性能的磷石膏新型建筑材料產(chǎn)品，有利于推廣該行業(yè)的發(fā)展，提升磷石膏建筑材料的經(jīng)濟效益。

4.4 加大宣傳力度，提升公眾認知度

磷石膏新型建筑材料產(chǎn)品通常在公眾認可和市場營銷方面遇到困難。為此，磷石膏企業(yè)與相關(guān)政府部門共同創(chuàng)建示范項目，利用磷石膏新型建筑材料的優(yōu)點，根據(jù)國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)惠政策做好磷石膏新型建筑材料的產(chǎn)品定位，提高大眾對該產(chǎn)品的認知度。此外，還需要打消大眾認為磷石膏有害的認識誤區(qū)，向大眾宣傳磷石膏新型建筑材料是綠色環(huán)保、安全可靠。

5 結(jié)語

隨著磷石膏在新型建筑材料中廣泛使用，由此創(chuàng)造出許多新的技術(shù)和成果應(yīng)用得到了市場的高度認可，雖然磷石膏制備、生產(chǎn)使用一些關(guān)鍵性技術(shù)優(yōu)化問題還在研究中，但磷石膏應(yīng)用于新型建筑材料也必然會成為發(fā)展趨勢。為了更好的推廣和應(yīng)用磷石膏新型建筑材料，需要國家、各級政府部門、企業(yè)之間相互配合，通過一系列政策、技術(shù)的推動和引導，加強和鼓勵推廣使用磷石膏新型建筑材料，實現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。