磷石膏在建材行业的利用方案探究

毕寿兰，文玉，李雪琼

（云南省建筑材料科学研究设计院有限公司 云南昆明 650221）

0 引言

云南是中国磷矿资源大省，磷化工企业分布较多，产出了大量工业副产磷石膏。磷石膏与天然石膏主要成分都为二水硫酸钙，其物理化学性质具有共同点。因此，用磷石膏替代天然石膏生产建材产品，不仅为工业副产磷石膏的综合利用开辟了路径，同时也保护了天然石膏资源。

1 磷石膏概述

磷石膏的化学成分以CaSO4.2H2O为主，其不溶性杂质有石英、P2O5，铝、镁的磷酸盐和硫酸盐；可溶性杂质有水溶性P2O5、溶解度较低的氟化物和硫酸盐。磷石膏所含的P2O5、磷酸盐和氟化物等杂质在堆存过程中会引起环境污染，因此磷石膏在建材行业被消纳利用，对于保护环境具有积极的意义。

磷石膏与天然石膏主要成分相同，在建材行业可替代天然石膏用于硅酸盐水泥的缓凝剂，调节凝结时间；用于生产石膏墙体材料，替代传统墙体材料；用于生产建筑石膏等。

2 磷石膏的利用方案

2010年，国家发改委发布了《中国资源综合利用技术政策大纲》，规定了“推广磷石膏制水泥缓凝剂、纸面石膏板、建筑石膏、粉刷石膏、砌块等建材产品的综合利用技术”。由此可见，国家鼓励建材行业对磷石膏进行综合利用。笔者对其中3个方向进行了研究：

2.1 水泥缓凝剂

石膏是硅酸盐水泥生产必须要使用的缓凝剂，其添加量约为水泥产量的3%~5%。磷石膏的二水硫酸钙含量一般高达85%以上，但其水溶性、枸溶性的磷、氟杂质影响水泥性能，不溶性的磷、氟则对水泥基本无害。基于此，对磷石膏进行预处理，选取对水泥性能无害的碱性添加剂，与磷石膏均匀混合，对磷石膏中的微量酸性物质进行中和处理，生成难溶性的磷酸钙和氟化钙，调整PH值达到7.0～7.5，从而消除水溶性、枸溶性的磷、氟杂质负面影响。

用改性磷石膏替代天然石膏作水泥缓凝剂不仅理论上可行，实践中也得到了广大水泥厂的普遍认可和采用。工艺方案较为简单：堆存的磷石膏与碱性添加剂通过配比后，经皮带机送到搅拌机上进行混合，将磷石膏中对水泥生产有害的酸性物质中和后制得改性磷石膏。主要设备为皮带输送机、计量秤、搅拌机等。

2.2 蒸压磷石膏砖

新型墙体材料是建材工业的重要组成部分，利用工业固体废弃物生产墙体材料，可替代传统实心粘土砖所需的粘土资源，减少对土地的破坏。免烧砖生产工艺在我国已成熟，国内已有多家大型建材设备制造厂批量生产成套设备。

例如笔者设计的云南某公司年产1亿块磷石膏标砖项目，其主要原料采用磷石膏、尾矿、石灰、机制砂、水泥进行配料，生产蒸压磷石膏砖。工艺流程如下：

尾矿、机制砂经汽车运至堆棚内储存，石灰粉、水泥则送入筒仓储存。在磷石膏原有堆存处设置料仓、皮带机输送系统，将磷石膏送入磷石膏标砖项目厂址；在进入堆棚前，将磷石膏和石灰按比例混合，经双轴搅拌机预混合后进入堆棚。各物料通过计量秤由微机计量，经双轴搅拌机混合均匀后，经皮带输送机送入消解仓。然后物料经一定时间消解后，经粉混机预处理再由皮带输送机喂入液压成型机组。成型后由蒸压小车送入蒸养釜。蒸养一定时间后，蒸压小车将磷石膏砖拉出，然后由起重机吊到成品堆棚，蒸压小车则返回液压成型机组。

主要设备有：双轴强制搅拌机、皮带输送机、计量秤、消解仓、粉混机、液压成型机组、蒸养釜、蒸压小车、起重机等。

项目自动化程度高，可远距离操控，同时采用全数控技术，精确计量供料，使生产流程简化，从而节省人力。

2.3 建筑石膏

磷石膏的主要成分是二水硫酸钙，在一定的温度作用下，经过气流烘干、气流沸腾煅烧使其脱除部分结晶水从而生成半水石膏，半水石膏再经过粉磨筛分使其结晶形态达到要求即可制得满足质量要求的建筑石膏粉产品。建筑石膏粉与水泥、粉煤灰等辅料经过物理混合后即制得石膏砂浆，可替代水泥砂浆，用于墙体的找平，具有轻质、防火、保温、呼吸调湿、不开裂的特点。一般工艺流程如下：

二水磷石膏经皮带输送机送入烘干机，进行游离水烘干。二水磷石膏脱除游离水后，通过除尘器收集输入斗式提升机，然后进入气流沸腾煅烧炉进行煅烧。二水磷石膏在沸腾煅烧炉内脱除1.5个结晶水形成半水石膏，从而制得建筑石膏。

主要设备有：沸腾炉、烘干机、除尘器、斗式提升机、煅烧炉、磨机等。

项目自动化程度高，可远距离操控；专业性程度较高，生产时需精确控制温度。

3 磷石膏的利用研究

3.1 用作水泥缓凝剂的研究

用改性磷石膏作为水泥缓凝剂，目前应用较多。其缓凝效果好，而且无需破碎，间接节省了水泥企业天然石膏破碎系统的电耗及机械维护成本。

改性磷石膏的生产工艺简单，一次性投入少。改性磷石膏销售价格为30～40元/t，比天然石膏价格更低，已经被众多水泥生产企业所采用。

3.2 用作蒸压磷石膏砖的研究

用磷石膏生产蒸压磷石膏砖，在云南已有多家磷化工厂应用。蒸压磷石膏砖具有保温、隔音、节能、坚固、外观尺寸标准不变形、美观，便于砌筑，节约砂浆，返工率小，外墙装饰时好抹平，节省抹面砂浆、节约人工成本等优点。

蒸压磷石膏砖的生产工艺复杂，一次性投入高。磷石膏砖销售价格为0.2~0.3元/块，是一种新型的绿色环保墙体材料。

3.3 用作建筑石膏的研究

近年来，自流平石膏及石膏粉刷砂浆等高强建筑石膏产品得到了快速的发展。因为施工效率高、作业轻松方便、防火、保温、不开裂等优点，深受都市建筑市场喜爱。目前建筑石膏的市场需求大，机会较多。

建筑石膏的生产工艺专业性较强，一次性投入较高。市场上建筑石膏粉售价为300～500元/t。但受磷石膏的杂质影响，用其生产的建筑石膏强度低，目前还无有效解决方案，故用磷石膏生产建筑石膏粉的应用较少。

4 结语

因为云南省水泥行业产能基数大、磷石膏改性工程一次投入少、技术门槛低等原因，用作水泥缓凝剂是目前磷石膏的主要利用途径。但也可以看到，用改性磷石膏作为水泥缓凝剂的销售价格低；而用磷石膏生产高附加值的建筑石膏，还存在着技术瓶颈。

经过多年的技术研究和市场应用，磷石膏在建材行业的综合利用取得了不少成功，也存在着瓶颈。如何开拓磷石膏的综合利用，提高磷石膏的附加值，将是我们继续前行努力的方向。