工业副产石膏资源化利用发展现状

潘文杰 刁云翔 张 璐 徐元盛 张焕焕 杜 渐

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002） 2 郑州工业贸易学校（450000）

0 前言

近年来，随着我国墙体材料改革不断深入，石膏工业发展迅猛，对石膏的需求也日益增加，随之而来的就是优质天然石膏资源逐渐枯竭。为了适应环境保护和发展绿色工业的国情及政策需求，工业副产石膏的综合利用越来越受到关注。

工业副产石膏主要包括脱硫石膏、磷石膏、钛石膏、芒硝石膏、氟石膏、盐石膏、柠檬石膏等。 据统计，我国的天然石膏矿储量约为570 亿t，而储量中仅有8%的石膏矿硫酸钙含量大于90%。 除此之外，我国的石膏资源分布也极为不均衡，且近年来市场急剧发展，对石膏资源的需求不断扩大，资源浪费极为严重。 如若将工业副产石膏合理利用，不但可以满足社会发展对石膏资源的巨大需求，也可以避免工业副产石膏不断增加带来的环境污染问题。

通常情况下，工业副产石膏有效成分二水硫酸钙含量均较高。 如脱硫石膏中二水硫酸钙含量为80%~96%， 磷石膏中二水硫酸钙含量为75%~90%。从有效物质含量角度考虑，工业副产石膏替代天然石膏被加以资源化利用具有充分的依据。

1 脱硫石膏的资源化利用发展现状

脱硫石膏用作水泥缓凝剂是目前脱硫石膏最主要的利用方式。 脱硫石膏粒径小、二水硫酸钙含量高，用脱硫石膏替代天然石膏作水泥缓凝剂，不仅降低生产能耗，而且对水泥的细度、凝结时间、放射性、抗压强度、抗折强度等均无不良影响，各项技术指标符合国家相关标准要求。 孙俊杰等研究了脱硫石膏中亚硫酸盐对水泥物理、化学性能、缓凝时间影响。 研究结果表明，脱硫石膏中少量的亚硫酸盐仅仅轻微延长了凝结时间，若提高熟料的铝酸三钙含量，这种影响可以忽略不计。 同济大学的施惠生对脱硫石膏作为水泥缓凝剂与天然石膏进行对比表明，脱硫石膏对水泥有较好的改性作用，水泥的强度和凝结时间都有所提高。

脱硫石膏经煅烧可制备β 型半水石膏，即脱硫建筑石膏。 在脱硫建筑石膏中掺入添加剂和纤维，可用于制备石膏板。 脱硫石膏中的可溶性盐、有机物等杂质是影响石膏板质量的重要因素。 脱硫建筑石膏还可制备粉刷石膏。 重庆大学对珞璜电厂脱硫石膏制备的粉刷石膏研究分析表明，利用脱硫建筑石膏制备的粉刷石膏完全可以满足标准要求。 在我国，影响脱硫石膏制备粉刷石膏的关键因素是脱硫石膏的白度。 跟国外相比，我国除尘器出口的烟尘含量比较高， 所以生产出的脱硫石膏多为灰褐色，这样就会影响粉刷石膏的白度， 影响建筑物美观，这是很多石膏企业不愿采用脱硫石膏制备建筑石膏粉的重要原因之一。

同样的，脱硫石膏也可烧制α 型半水石膏，即高强石膏。 α 型半水石膏的制备方法主要有蒸压法、加压水溶液法及常压盐溶液法。 我国东南大学的段珍华利用动态水热法，用脱硫石膏制备出了抗压强度40~60 MPa 的α 型半水石膏。厦门市建筑科学研究所的桂苗苗等采用蒸压法，在温度为150 ℃条件下蒸压8 h， 然后烘干24 h， 可制得抗压强度为26.8 MPa 的α 型半水石膏。 块状石膏制备的 α 型半水石膏比粉状制备的强度高， 而脱硫石膏多呈细粉状，影响了脱硫石膏在制备α 型半水石膏中的应用。

此外，脱硫石膏还可用于制备石膏砌块、石膏条板以及改良盐碱土壤等。

2 磷石膏的资源化利用发展现状

据中国磷复肥工业协会统计，2017 年我国磷石膏产生量为75.0 Mt， 磷石膏综合利用率仅为38.67%。 目前，将磷石膏用于建材领域是我国除了堆存处置之外消纳磷石膏的主要途径。

利用磷石膏为原料可生产石膏条板，主要用于建筑的非承重内墙。 西安是我国利用磷石膏发展石膏条板制品成效较为显著的城市之一，有小型石膏条板生产企业43 家，银川、南京等地继西安之后也建成了7～8 家石膏条板生产企业。

磷石膏还可以用于建设工程基础材料，如废弃的矿井回填、路基筑路或筑坝材料等。 但磷石膏因其杂质的影响，在用于生产石膏建材时需进行一定的预处理，这导致磷石膏建材产品发展举步维艰。

3 钛石膏的资源化利用发展现状

根据中国涂料工业协会钛白粉分会提供的2017 年钛石膏各途径利用量占比分析，钛白粉企业排放的钛石膏主要还是作堆放和填埋处理，生产的石膏建材（如砌砖），由于缺少相关的标准，得不到市场认可。 从全行业来看，钛石膏的资源化利用仍处于起步阶段。 由于对钛石膏没有准确定性，缺乏相应的处理处置技术和控制管理标准，国内各区域管理要求不一。

钛石膏仅有少量用于复合胶结材料和作为外加剂使用，主要是用作水泥缓凝剂和建材，也有用作土壤改良剂复垦造地、高速公路基材、井下采空回填材料等。 虽然国内有很多钛石膏综合利用的技术和文献，但钛石膏质量标准缺失，其质量参差不齐，很难达到质量稳定的要求，因此市场认可度较差，严重影响了钛石膏综合利用。 钛石膏综合利用率约为10%。

研究表明，经烘干的钛石膏可以直接用作水泥缓凝剂。 此外，钛石膏用作水泥缓凝剂与天然石膏相比，可明显地延长水泥的初凝和终凝时间，抗折、抗压强度也有所提高。 因此，钛石膏经过除杂处理，完全可以替代天然石膏作为水泥缓凝剂。

钛石膏经煅烧后，可与粉煤灰复合制作胶结材料，经过煅烧的钛石膏可增大复合胶凝材料的标准稠度需水量，缩短复合胶结材料的凝结时间，大幅度提高复合胶凝材料的强度。

4 其他工业副产石膏的资源化利用发展现状

除上述几类主要的工业副产石膏外，人们对产量相对较少，所含杂质较复杂的其他一些种类的工业副产石膏也进行了资源化利用研究。 如王裕银等通过研究发现，以建筑氟石膏为原料，在添加早强剂20%、复合激发剂2% 的条件下，氟石膏砌块的各项指标符合国家相关要求。 柠檬酸石膏经过闪烧后， 再经过1～2 个星期的冷却后即得到建筑石膏。经处理后的柠檬酸石膏强度高，凝结时间短。

5 结语

现阶段，对工业副产石膏的综合利用尚处于起步阶段，其资源化利用的数量同每年新增的工业副产石膏总量相比微不足道。 因此，不论从企业的生存发展、环境保护、资源保护和工业副产石膏的综合开发利用来看，工业副产石膏的资源化利用是大势所趋，是符合国家持续发展、环境保护、节能利废等产业政策的。