河南省磷石膏现状及其应用的探讨

巴太斌 徐亚中 石志刚 王利娜 李占森 孙彦峰

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

河南省磷石膏现状及其应用的探讨

巴太斌 徐亚中 石志刚 王利娜 李占森 孙彦峰

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

文章对河南省的磷石膏分布、产量及其质量做出了分析，结合新常态的发展理念与要求，提出河南省磷石膏资源化综合利用的出路，以市场为依托建立磷石膏资源化综合利用科技攻关创新联合体，开展对磷石膏在除杂、改性、煅烧、水化制品等工艺及装备技术方面的研究，促进改性磷石膏在建材领域的应用，为石膏基建材应用打下坚实的技术基础。

河南省磷石膏现状；资源化综合利用；问题及出路

磷石膏是企业生产磷肥过程中的副产物，作为工业废渣排放。据不完全统计，我国磷石膏堆存量现已超过3亿t，随着高浓度磷肥产量的增加和低品位磷矿用量的增大，磷石膏产生量将逐年增大。由于磷石膏杂质较多，性能存在缺陷，利用率较低，故而堆存仍是处置的主要方式，但这种方式会占用大量土地，堆存场地产生的淋溶水也会对环境造成很大危害，2006年原国家环保总局就将磷石膏废渣定性为危险废物。

我省磷肥企业如何开展好磷石膏的资源化综合利用，造福子孙后代，是企业与政府目前亟待解决的艰巨任务。

1 我省磷石膏现状

1.1 磷肥企业分布及磷石膏年产量

我省磷肥企业主要分布在济源、郑州及三门峡地区，据调查，目前每年排放磷石膏约260余万t，其中济源市年产磷石膏约200万t，三门峡市年产磷石膏约50万t，郑州市年产磷石膏约10万t。

表1 河南省磷肥生产企业磷石膏排放情况单位:万t/a

1.2 堆存与品质概况

1.2.1 堆存情况

目前省内磷石膏产生企业的堆存方式较为随意，存在乱堆、乱倒现象，堆存量呈扩大趋势，缺少有效管理和利用。

1.2.2 品质情况

1）化学成分分析

对济源和郑州两家企业排出的磷石膏进行取样检测，化学成分分析结果见表2。

表2 磷石膏化学成分分析结果

从表中可以看出，CaSO4·2H2O结晶水含量不低:济源的磷石膏二水硫酸钙品位为85.3%；郑州的磷石膏二水硫酸钙品位为92.7%。

济源的受检磷石膏样品为陈年存放，受自然降水淋溶作用，磷石膏中的可溶性磷、氟渗入堆场周围地下，pH值升高；郑州的受检磷石膏样品排出时间不长，酸性较强（pH值达2.36）。

2）粒径与颗粒形貌

从扫描电镜SEM图片可以清晰地看出，济源磷石膏晶体形貌呈片状，柱状的晶体含量很少，且晶体表面有大量散碎附着杂质，会严重影响到煅烧成建筑磷石膏的强度。从粒度测试报告中可以看出该样品磷石膏粒径主要分布在20～50 um之间。郑州磷石膏晶体形貌也呈片状，柱状的晶体含量很少，但是与济源相比晶体表面附着杂质更多，因此煅烧成建筑磷石膏的强度受到影响将会更大。从粒度测试报告中可以看出颗粒粒径分布较为分散，在1～50 um 区间。

图1 粒径与颗粒形貌

1.2.3 放射性

磷石膏试样进行放射性核素检测，结果见表3。

表3 磷石膏放射性检测结果

由表可知，这两种磷石膏几乎都没有放射性。

1.3 利用情况

目前我省磷石膏的利用率不如脱硫石膏的利用率高，这主要与磷石膏自身缺陷有关，虽然磷石膏的二水硫酸钙品位较高，但是含有微量的杂质，若不做改性除杂处理则无法直接应用。

在豫西灵宝，某石膏制品生产单位与当地磷石膏企业共同投资，建设了一条年处理20万t磷石膏的煅烧生产线，尝试利用磷石膏煅烧成建筑石膏粉后，用喷射施工技术制成建筑内隔墙。

郑州的磷石膏酸碱度低至2.35，严重影响其再利用,企业暂时只能持证按危废处理,环保压力更大。

我省的磷石膏还有少量的用于水泥缓凝剂。

2 当前存在的主要问题

2.1 工艺技术及装备落后

目前，磷石膏基本上是由小型设备制造厂借鉴天然石膏或脱硫石膏的生产技术装备，使用多种多样的煅烧工艺处理的，存在能耗高、环保不达标等问题。因此，国内现有的技术与装备不能适应料性复杂的磷石膏处理，带有行业共性的关键工艺技术与装备亟待突破。

2.2 企业压力大顾虑多

磷肥企业对环境保护越来越重视，对磷石膏废渣治理的压力越来越大，虽然有综合利用磷石膏、保护环境的意愿，但在技术瓶颈、市场开发、投资效益等方面又显得不知所措、顾虑重重，很难迈出开发利用实质性的一步。

筑牢廉政建设“防火墙”，始于烧好遵纪守规的每一块“耐火砖”。为官者惟有心门常怀“悬鱼”守正之惕，才能防止重蹈以权渔利“游离”规矩之外的覆辙。

3 出路及应用对策

3.1 建立磷石膏综合利用科技攻关联合体

《中国建筑材料工业新兴产业发展纲要》提出：集合行业力量，组成行业科技攻关联盟，形成行业攻坚合力。我省磷肥生产企业排出的磷石膏废渣对当地的环境影响不容小觑，解决好这一问题，不仅能减轻企业环保压力，而且能充分发挥磷石膏资源化优势，为工业化规模化利用磷石膏生产石膏基建材探索出一条行之有效的道路。

发挥市场在资源配置中的决定性作用，运用市场机制将磷肥生产企业与科研院所的研发力量有机的地组织起来，组成磷石膏科技创新攻关联盟，对磷石膏除杂、改性、煅烧、水化等工艺及装备技术进行联手攻坚，开展改性磷石膏在建材领域的应用研究，为石膏基建材应用打下坚实的基础。

3.2 推进磷石膏基建材新兴产业发展

石膏基建材作为新兴绿色产业，与传统建材产业相比具有明显的市场竞争力，石膏基建材主要包括水泥缓凝剂、纸面石膏板、石膏砌块、增强纤维石膏板、石膏条板、石膏基干混商品砂浆、抹灰石膏、自流平地面砂浆、石膏腻子及嵌缝腻子等。纸面石膏板产业发展迅猛，年均复合增长率超过20%。石膏砌块、抹灰石膏等产品连续几年处于快速发展阶段。

河南建筑材料研究设计院有限公司“磷石膏资源化综合利用技术攻关课题组”目前正在进行改性技术工程化与悬浮煅烧技术的科研攻关，已取得积极进展。该技术能为磷石膏资源化综合利用奠定技术基础，推动我国的磷石膏的综合利用。

除杂煅烧改性后的磷石膏可以广泛地应用于石膏基建筑材料。

3.2.1 水泥缓凝剂

我国水泥生产主要用天然石膏或脱硫石膏作为缓凝剂。磷石膏还含有水溶性五氧化二磷和氟，不能大量作水泥缓凝剂使用，经过预处理的磷石膏，其化学、物理及力学等性能与天然石膏差异不大，国内有多家水泥企业用磷石膏做水泥缓凝剂，实践证明，经过预处理的磷石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂，可使水泥的后期强度高于天然石膏，还降低了生产水泥的成本。

2016年河南省水泥生产企业162家，全年水泥产量 1.56亿t，按加入4%石膏作为生产水泥的缓凝剂估算，每年需求量约624万t。

3.2.2 建筑石膏粉及其制品

建筑石膏粉是基础的胶凝材料，其粉体制品主要有抹灰石膏、粘结石膏、石膏腻子等；定型制品主要有纸面石膏板、石膏砌块、石膏板等。

据中国石膏工业协会预测，今后我国建筑石膏将以每年不低于20%速度增长。抹灰石膏用量将以每年20%以上的速度递增，据此推算2016年抹灰石膏用量约500万t，未来我国抹灰石膏仍有很大的发展潜力。

经过近10年的发展，国内抹灰石膏的用量已得到了快速增长。根据统计资料，2012年抹灰石膏的用量已达到260万t。随着近两三年机喷技术应用的快速发展，抹灰石膏的增长已经进入一个加速期。根据中国建筑材料联合会预拌砂浆分会的统计资料，2014年抹灰石膏的用量已达到350万t。我国与欧洲的抹灰石膏绝对用量相比可以发现，我国抹灰石膏的绝对用量已远超过欧洲总用量，但国内抹灰石膏的品质与欧洲产品相比还存在一些差距。

石膏制品目前主要是纸面石膏板，其广泛用于内隔墙、内墙贴面、天花板、吸声板等。2015年我国纸面石膏板产能达到3.7×109 m2，产量约2.78×109 m2，人均2.1 m2/a·人，明显低于发达国家水平。

经过多年的改进和创新，各种高强、防潮、防火又具有环保功能的石膏装饰板、石膏线条、灯盘、门柱、门拱眉等装饰制品不断涌现。此外，具有吸音、防辐射、防火功能的石膏装饰板正在或将要得到推广应用。石膏装饰材料品种繁多、量大面广，尤其是随着人们生活品质与文化格调的不断提高，石膏装饰材料的需求也会逐年增长。

4 结论

综上所述，磷石膏是一种很有特性与应用价值的工业副产石膏，目前堆存量巨大、利用率极低，环境污染严重的问题。这需要磷肥企业与科研单位共同组建科技攻关联合体，加大投入，在除杂、煅烧、改性等工艺及装备技术等方面，攻克行业共性关键瓶颈，使其成为石膏基建材制品的优质生产原料之一。这样既可解决我省的磷石膏环境问题，又弥补了我省石膏资源禀赋差，减少我省石膏基建材快速发展短板的制约，为我国磷肥企业提供可以借鉴的经验。