磷石膏在新型建筑材料中的应用

杨如仙 叶仙松 舒腾飞

中交武汉港湾工程设计研究院有限公司

1 引言

我国是全球第一大磷肥生产国，目前，我国磷石膏堆存量已达4亿吨[1]，磷石膏排放量以5000万吨每年[2]的速度递增，我国磷石膏大部分以堆存为主，利用率低于20%，不仅占用大量土地，而且造成环境污染。磷石膏中含有70%～90%的CaSO4·2H2O，是一种宝贵的资源，但是磷石膏含有磷、氟等杂质限制了它的应用，磷石膏高附加值、低成本、环保、大掺量、规模化利用成为研究的重点，磷石膏在新型建材中大掺量应用具有广阔的市场前景，受到建筑市场的青睐。

2 国内磷石膏的利用现状

目前，磷石膏在我国的应用途径有化工产品、工业填料、水泥缓凝剂、石膏基建材产品、农业生产、生物降解、土壤改良等。其中，磷石膏基建材具有利用量大、污染小的特点，是目前最有前景的利用方向。据统计，目前我国磷石膏基建筑材料主要有水泥缓凝剂、石膏产品（板、砌块、砖）、路基或填充材料、建筑石膏粉等，2017 年磷石膏在这四类建筑材料的利用比例依次是30%、16%、14%、5%[2]，当前，我国山东省、湖北省、四川省、云南省、贵州市、重庆市的磷石膏利用发展迅猛，各种以磷石膏为基础材料的新型建筑材料被广泛的推广应用。主要的应用集中在新型墙体材料、新型粉体材料、新型填充材料、新型路面基层材料。

3 磷石膏基新型建筑材料

3.1 磷石膏基高性能墙体材料

随着人民生活质量的提高，对建筑材料的功能性需求日益剧增，要求墙体材料具备轻质、高强、节能、环保等功能，传统的磷石膏墙体材料存在强度低、耐水性差、掺量低、不节能环保等问题，限制了其大规模的应用。赵士豪等[3]利用磷石膏、矿渣水泥制备砌筑免烧砖，强度满足MU20标准，节约能源的同时还降低了环境污染。朱大勇等[4]在磷石膏中加入含氢硅油乳液等憎水性材料，制备的磷石膏砌块耐水性显著提高，扩大了磷石膏砖的应用范围。刘代俊等[5]用磷石膏制备高强储能砌块，强度达到10MPa、耐水性好、不需要锻烧，具有调节环境温度功能。贵州磷化采用“一步法”的工艺技术制备新型高强耐水磷石膏砖，建成了10亿块/a新型高强耐水石膏砖、2.5×105m2/a石膏基加气混凝土等多条生产线，瓮福集团、山东奥宝化工、四川龙蟒新型建材的新型磷石膏砌块生产线都纷纷投产[6]。

3.2 磷石膏基新型粉体材料

预拌干混砂浆作为一种新型绿色生态环保建筑材料，具有提高建筑质量、保护环境、节约成本、经济性佳等优点，目前已经在十几个城市大规模使用，使用量巨大。磷石膏制备干混砂浆，目前得到应用的有轻质抹灰石膏砂浆、石膏基自流平砂浆[7]。轻质抹灰石膏砂浆主要胶凝材料是煅烧石膏粉通过加入外加剂（如玻化微珠等）预混制成，主要用于建筑内墙、顶棚的抹灰，具有不空鼓、不开裂、环保、阻燃、施工快等特点，采用机械喷涂效率是人工抹灰的三倍，从而大大降低建筑成本。石膏基自流平砂浆是可以替代水泥黄沙铺设室内地板的轻质胶凝材料，具有适应范围较广、施工速度快、流动性能好可以自动找平、干燥快、无收缩、阻燃、耐磨等优点。贵州磷化开发了石膏基干混砂浆、内墙腻子、粉刷石膏等多种磷石膏基新型粉体建筑材料，并的到了成功的推广和应用。

3.3 磷石膏基新型充填材料

矿山井下充填就是将采集或加工的骨料掺入适量的胶凝材料，加水混合搅拌制备成充填料浆，沿管道向采空区输送和堆放浆体，形成的具有一定强度、整体性的填充体。磷石膏填充的方式主要有：磷渣+磷石膏充填体系和磷石膏+水泥+粉煤灰充填体系。磷渣+磷石膏充填体系：张小瑞等[8]利用磷石膏和黄磷渣颗粒较细的特点，成功配制了流动性良好的磷石膏—黄磷渣填充材料，该填充材料28d 抗压强度为2.15MPa～3.42MPa，可以满足矿山安全生产的要求，同时料浆的泌水率显著降低。磷石膏+水泥+粉煤灰充填体系：刘小力等[9]利用水泥、粉煤灰对磷石膏改性制备充填材料，并在贵州开磷集团的沙坝矿段进行矿山充填工业试验，不仅实现磷石膏规模化利用，同时也解决了矿山的安全问题，经济和环境效益显著。开磷集团利用磷石膏、复合黄磷渣胶凝粉进行矿山充填，磷石膏和黄磷渣的利用量在45 万t/a 以上，该技术获得了“2009年国家科技进步二等奖”[1]。贵州磷化已建成的改性磷石膏及配套运输系统，具有5000kt/a充填料制备输送能力，可消耗石膏2000～3000kt/a[10]。

3.4 磷石膏基新型路面基层材料

磷石膏基路面基层材料是以磷石膏为主要原料和水泥、矿物掺合料通过一定的比例配制而成的胶凝材料，通过配料计量、搅拌，制成的路面基层施工材料，可直接用于路面基层施工。周明凯等[11]采用水泥与原状磷石膏，通过调整水泥配方、集料级配等关键参数，来稳定碎石制备路面基层材料，该项技术能大量消纳工业废料—磷石膏，厚度54cm 的磷石膏基基层，一公里可利用磷石膏约450t，并能显著克服当前水泥稳定类基层抗裂性差、凝结时间短等一系列问题，且施工工艺简单。周富涛[12]等利用磷石膏、粉煤灰配制了可以用于路面基层的磷石膏—粉煤灰—水泥—石灰胶凝体系，该胶凝体系的最佳质量配比为45：50：10：5，水灰比0.21，各项性能指标满足JTJ 034—2000 标准的要求。李俊鹏等[13]通过对磷石膏基本性能指标（含水率、液塑限、CBR值等）进行测定分析，得出磷石膏是一种较好的路基填料的结论，通过长期监测发现，作为路基材料磷石膏的放射性和重金属离子均没有对周边环境造成不良影响。开磷集团建成投产了60万t/a磷石膏路基稳定层材料生产线，可消耗磷石膏约50万t/a[1]。

4 结论与展望

磷石膏在新型建筑材料中的大掺量应用，取得了一定的成果并得到了推广应用，随着工艺技术的进步、产品种类的完善、市场的高度认可，磷石膏在新型建筑材料中的大掺量应用将成为发展趋势。但是磷石膏的大掺量应用还存在一些共性关键性技术难题需要攻克，如磷石膏的清洁及无害化预处理技术及装备，因此，仍然需要加大磷石膏的技术研发投入来攻克这些技术难题，为磷石膏大掺量利用提供技术支撑。同时，国家出台与磷石膏利用相关的税收优惠政策、激励措施，及对磷石膏产品使用的引导、鼓励政策，为磷石膏产品的应用推广提供政策上的支持。通过技术和政策的双向推动，加强和推进磷石膏的大规模利用，实现磷化工行业的可持续发展。