从循环经济角度看工业副产石膏的资源化利用

纪罗军，赵红林

（1.中石化南京化工研究院有限公司，江苏南京210048；2.全国硫与硫酸工业信息总站，江苏南京 210048；3.中国石化集团南京化学工业有限公司，江苏南京 210042）

石膏的主要成分是硫酸钙，是一种用途广泛的工业材料和建筑材料，也是含有硫和钙元素的重要资源。石膏可分为天然石膏和工业副产石膏两类，我国天然石膏矿产资源储量较为丰富，已探明的各类石膏保有储量约为70 430 Mt，位居世界首位。目前为了保护环境及促进工业副产石膏回收利用，我国基本限制天然石膏矿开采，2020年我国天然石膏开采量仅为16 Mt左右[1]2。工业副产石膏是指工业生产中因化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣，也称化学石膏或工业废石膏，主要组分为二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）。按产出行业和品种分，工业副产石膏主要有脱硫石膏、磷石膏、钛石膏、中和石膏、柠檬酸石膏、氟石膏、盐石膏、模具石膏、硼石膏、味精石膏、铜石膏、镍石膏、铬石膏、芒硝石膏、酒石酸石膏、乳酸石膏等。

目前我国工业副产石膏的累积堆存量已超过1 100 Mt，主要是磷石膏、钛石膏、氟石膏、盐石膏等。2020年我国工业副产石膏总产生量约为200 Mt，其中脱硫石膏、磷石膏、钛石膏和中和石膏的产生量约占全部工业副产石膏总量的90%以上[2]。工业副产石膏品质较差，含有重金属、有机类和无机类杂质，资源化利用困难，堆存占用大量土地且存在对水体、土壤污染的风险。工业副产石膏处理已成为困扰各行业发展的难题，对工业副产石膏资源化利用已成国内外研究的焦点。

1 工业副产石膏的来源

1.1 脱硫石膏

脱硫石膏是钙法脱除烟气中的SO2产生的废渣，其中含有重金属、氯离子、二氧化硅、酸性氧化物等杂质，w（H2O）一般在10%～20%，流动性差。脱硫石膏颜色呈暗灰色或土黄色，颗粒直径一般在30～60 μm。2020年我国脱硫石膏产生量约为78 Mt，综合利用率约80%，是所有副产石膏中利用率最高的品种，主要用作水泥缓凝剂，但与德国、日本等发达国家100%的综合利用率相比，尚存在较大差距。

1.2 磷石膏

磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的废渣，磷石膏的组成比较复杂，其中90%以上为二水硫酸钙，含有磷、氟、有机物、氧化物及少量重金属和放射性物质等杂质，结晶水质量分数在20%～25%，流动性差。磷石膏主要有灰黑色和灰白色两种，颗粒直径一般在5～50 μm。目前我国磷石膏累计堆存量已超过600 Mt，占所有石膏品种的75%，且主要集中在云南、贵州、四川、湖北、安徽等磷肥产区及长江沿线。2020年我国磷石膏年产生量约74 Mt，综合利用率约44%，主要用作水泥缓凝剂和生产纸面石膏板、石膏条板等建材，综合利用率低于巴西的50%和德国的95%[3]。

1.3 钛石膏

钛石膏是硫酸法钛白粉生产中用石灰或电石渣中和酸性废水产生的废渣，主要杂质为氢氧化铁、硫酸亚铁、氢氧化铝、二氧化硅，外观为黄红色呈泥状粉末，w（H2O）一般在20%以上。目前我国钛石膏除少量用于水泥缓凝剂、石膏砌块外，大部分处于堆放状态，钛石膏总堆积量已接近200 Mt。2020年我国钛石膏产生量约28 Mt，综合利用率约8%。

1.4 氟石膏

氟石膏是硫酸法生产氢氟酸过程中产生的废渣，其中80%～90%为二水硫酸钙，含有氟化钙、二氧化硅、三氧化二铝等杂质。生产1 t氢氟酸产出约3.6 t氟石膏，2020年我国氟石膏产生量约3 Mt。目前绝大部分未被利用，占用大量土地而露天堆放，已成为严重污染环境的工业废渣。

1.5 柠檬酸石膏

柠檬酸石膏是硫酸酸解柠檬酸时产生的废渣，其中含有一定量的残余酸和有机物，w（H2O）一般在30%～40%。目前我国柠檬酸产量为1 240 kt/a，按生产1 t柠檬酸产生约1.2 t柠檬酸石膏计算，柠檬酸石膏产生量在1.5 Mt/a。柠檬酸石膏的综合利用困难，大部分处于堆放状态，残余酸随着气温的上升，堆场会散发出酸腐气息。

1.6 盐石膏

盐石膏主要是制盐工业或盐场海水浓缩时产生的废渣，分为海盐石膏、井盐石膏和湖盐石膏三类，其中以井盐石膏最多。另外，纯碱生产中也会产生大量的盐石膏。盐石膏中含有氯化钠、碳酸钙、碳酸镁和黏土性杂质，水分含量高。2020年我国盐石膏产生量约为6 Mt，基本上堆存，综合利用量较小。

1.7 芒硝石膏

芒硝石膏是芒硝和石膏共生矿萃取硫酸钠或由钙芒硝生产芒硝的废渣。芒硝石膏呈黄褐色或淡棕色，主要含氧化铁、氧化铝、氧化镁、氧化钠及二氧化硅等杂质，w（H2O）一般在18%～28%。近年来我国无水硫酸钠产量维持在10 Mt/a左右，2020年芒硝石膏产生量约为4 Mt，基本上没有很好利用。

1.8 硼石膏

硼石膏是硼钙石和硫酸反应生产硼酸后的工业废渣，灰白色固体，含有氧化硼、三氧化二铁、氧化铝及氧化镁等杂质，水含量较大。根据国内硼酸产量估算，2020年我国硼石膏产生量约为1 Mt，基本上堆存。

1.9 中和石膏

中和石膏是稀废硫酸中和处理过程中产生的废渣，主要来自有色冶炼制酸、硫铁矿制酸等净化工序及染料稀废硫酸、铅蓄电池稀废硫酸等处理过程。据全国硫与硫酸工业信息总站不完全统计，目前我国中和石膏产生量在10 Mt/a左右，这部分石膏有较大量的回收利用。

1.10 其他废石膏

我国工业副产石膏来源复杂，使用硫酸的领域基本都有废石膏产生。每年味精石膏、镍石膏、铬石膏、酒石酸石膏、乳酸石膏等产生量都在十几万吨到几十万吨不等，统计较为困难。据不完全统计，我国其他废石膏产生量大约为2 Mt/a。

我国工业副产石膏主要来源占比情况见图1。

图1 我国工业副产石膏主要来源占比情况

2 产业政策

国家对工业副产石膏的治理及资源化利用非常重视，尤其是2011年发布的《工业和信息化部关于工业副产石膏综合利用的指导意见》对指导和规范我国废石膏利用起到巨大的促进作用。2018—2021年国家又相继出台一系列产业政策。

2018年5月，国家工信部印发《工业固体废物资源综合利用评价管理暂行办法》和《国家工业固体废物资源综合利用产品目录》，对工业副产石膏资源化利用的11种产品如水泥缓凝剂、石膏板等作了规定。

2019年1月，国家发改委和工信部发布《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知》，要求推广脱硫石膏、磷石膏等工业副产石膏替代天然石膏的资源化利用，推动副产石膏分级利用，扩大副产石膏生产高强石膏粉、纸面石膏板等高附加值产品规模，鼓励工业副产石膏综合利用产业集约发展。

2019年5月，生态环境部印发了《长江三磷专项排查整治行动实施方案》，对磷石膏库整治重点实现地下水定期监测、渗滤液有效收集处理，回水池、拦洪沟、排洪渠规范建设，以及磷石膏的综合利用。

《财政部税务总局关于资源综合利用增值税政策的公告》规定，2019年9月1日起纳税人销售自产磷石膏资源综合利用产品，且产品原料40%以上来自磷石膏的，可享受增值税即征即退政策，退税比例为70%。

2019年10月，国家发改委发布《产业结构调整指导目录（2019年本）》，鼓励工业废弃物生产建材、废渣资源综合利用等。

2020年9月1日新版《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》实施，明确了固体废物污染环境防治坚持减量化、资源化和无害化原则，将使违法成本显著提高。

2020年10月，《水泥玻璃行业产能置换实施办法（修订稿）》发布，规定对于湖北、云南、贵州、四川、安徽5个省份新建水泥生产线处置磷（钛、氟）石膏，且替代石灰石70%以上的可以实施等量置换。

2021年2月，《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》发布，要求建设资源综合利用基地，促进工业固体废物综合利用，推动公共设施共建共享、能源梯级利用、资源循环利用和污染物集中安全处置等。

2021年3月，国家发改委发布了《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》，要求新增大宗固废综合利用率达到60%，继续推广磷石膏在生产水泥和新型建筑材料等领域的利用，探索磷石膏在土壤改良、井下充填、路基材料等领域的应用。支持利用脱硫石膏、柠檬酸石膏制备绿色建材、石膏晶须等新产品新材料，扩大工业副产石膏高值化利用规模。积极探索钛石膏、氟石膏等复杂难用工业副产石膏的资源化利用途径，鼓励绿色建筑使用以工业副产石膏为原料的新型墙体材料、装饰装修材料。

此 外，GB/T 23456—2018《磷 石 膏》、GB/T 37785—2019《烟气脱硫石膏》、GB/T 21371—2019《用于水泥中的工业副产石膏》、JC/T 2514—2019《石膏腻子》、JC/T 1023—2021《石膏基自流平砂浆》已颁布实施，国家标准《纸面石膏板》和《建筑石膏》、行业标准《钛石膏》、团体标准《冶炼副产品石膏》正在制修订中，必将推动我国工业副产石膏有序资源化利用。

3 工业副产石膏的资源化利用

目前我国工业副产石膏利用量约为120 Mt/a，总体综合利用率约60%，约占石膏利用总量的88%，但磷石膏、钛石膏、氟石膏等复杂难用副产石膏综合利用率偏低。工业副产石膏基本用于建材行业，其中约有80 Mt/a用于水泥生产，约有39 Mt/a用于石膏建材生产，其他领域的使用较少。目前我国石膏使用在建材领域占比远低于欧美发达国家，欧美发达国家水泥和石膏用量比是6∶1，而我国则为70∶1[4]。

按应用领域分，在制建材方面工业副产石膏主要用于制水泥缓凝剂、纸面石膏板、抹灰石膏、石膏条板、石膏砖、石膏砌块等，近几年新型石膏产品如自流平石膏、α型高强石膏、Ⅱ型无水石膏、硫酸钙晶须也有一定发展。在化学利用方面，工业副产石膏主要是制硫酸联产水泥或氧化钙、制硫酸铵等产品，由于技术和经济的原因发展较为缓慢。另外，工业副产石膏在农业和筑路、矿山填充等方面也有少量利用。

2020年我国主要石膏消费领域见图2。

图2 2020年我国主要石膏消费领域

3.1 制水泥缓凝剂

工业副产石膏的主要成分是二水硫酸钙，对废石膏进行改性处理，中和废石膏中的酸性组分，除去可溶性磷、氟、氯等杂质，降低石膏中水含量，工业副产石膏可以生产出合格的水泥缓凝剂。2020年我国水泥产量为23.77亿t，水泥缓凝剂对石膏的需求量约87 Mt。目前我国代替天然石膏制水泥缓凝剂的主要是脱硫石膏、磷石膏，少量是钛石膏、盐石膏、柠檬酸石膏、氟石膏等。据报道，目前国内磷石膏制水泥缓凝剂主要有龙蟒磷化工900 kt/a、瓮福紫金化工800 kt/a、森瓮福新型材料800 kt/a等，脱硫石膏制水泥缓凝剂主要有酒钢吉瑞400 kt/a、太钢集团200 kt/a等，钛石膏制水泥缓凝剂主要有山东济南裕兴化工1 200 kt/a、宁波新福钛白粉600 kt/a等。

随着国家大规模基础设施的完成，可以预见未来全国水泥产量将会下降，用于水泥缓凝剂的石膏量也势必降低。预计“十四五”我国水泥行业消纳工业副产石膏量将维持在80 Mt/a左右的水平，未来生产水泥缓凝剂仍将是消纳工业副产石膏尤其是磷石膏、脱硫石膏的主要途径。

3.2 制α型高强石膏

α型高强石膏也称α型半水石膏，由二水石膏在1.3个标准大气压、124 ℃的饱和水蒸气下蒸炼、磨细制得。α型高强石膏被广泛应用于陶瓷模具、各类玻璃纤维增强石膏制品、异型装饰、精密铸造、医疗医药、航空、船舶电缆、汽车摩擦片、塑料添加、建筑装饰、工艺美术、自流平石膏、3D打印等领域。目前我国α型高强石膏产能约3 Mt/a，主要利用磷石膏、柠檬酸石膏、盐石膏等工业副产石膏为原料。

国内磷石膏制α型高强石膏产能最大的是贵州正磷科技1 100 kt/a，其次是贵州磷化集团200 kt/a、贵州昆冈新资源50 kt/a等，柠檬酸石膏制α型高强石膏有山东洁盾环保科技60 kt/a，盐石膏制α型高强石膏有江苏金石阳光环保科技15 kt/a，乳酸石膏制α型高强石膏有河南金丹环保新材料15 kt/a。在建拟建项目有龙蟒磷化工750 kt/a磷石膏制α型高强石膏、江西晶昊盐化50 kt/a盐石膏制α型高强石膏、山东肥城海晶盐化12 kt/a盐石膏制α型高强石膏等。

α型高强石膏是自流平石膏的主要原料，“十四五”末我国自流平石膏市场需求量保守估算在22 Mt/a左右，仅自流平石膏领域对α型高强石膏需求量就在7 Mt/a[1]4，加上其他领域需求，保守估计α型高强石膏需求量在8 Mt/a，可消纳工业副产石膏约11 Mt/a。

3.3 制 β 型建筑石膏

建筑石膏指二水石膏经过110～170 ℃热处理后形成的β型半水石膏，也可以转化为α型半水石膏，两者化学式均为CaSO4·1/2H2O，但结晶形态不同，性质不同。β型建筑石膏是制备其他石膏产品如石膏板、石膏砌块、石膏砂浆的原料。近年随着我国建筑市场需求的不断增长，建筑石膏产量呈现增长态势。2020年我国β型建筑石膏产量约为3 Mt，主要由磷石膏、脱硫石膏、柠檬酸石膏等工业副产石膏为原料制得。目前我国工业副产石膏制建筑石膏产能最大的是贵州磷化集团1 850 kt/a，其次是云南镟淦科技700 kt/a、贵州开莱绿色建筑材料400 kt/a、湖北新洋丰新型建材科技300 kt/a、贵州鸿海石膏粉300 kt/a、湖北力达环保250 kt/a、龙蟒磷化工150 kt/a、北新建材（铜陵）100 kt/a等，全部是以磷石膏为原料。在建拟建的磷石膏制建筑石膏项目有龙蟒磷化工1 000 kt/a、兴发集团300 kt/a、广东山辰建材150 kt/a等。脱硫石膏制建筑石膏项目有圣戈班建筑材料（扬州）400 kt/a、伊电集团（洛阳）环保建材科技250 kt/a、河南省博锦环保材料200 kt/a、山西盛润新材料100 kt/a等。柠檬酸石膏制建筑石膏项目有山东洁盾环保科技150 kt/a，乳酸石膏制建筑石膏项目有河南金丹环保新材料50 kt/a，钛石膏制建筑石膏有南京钛白化工示范项目。

预计到“十四五”末我国建筑石膏产能将达到7 Mt/a，按照1.36 t副产石膏生产1 t半水石膏计算，可消纳工业副产石膏约10 Mt/a。

3.4 制Ⅱ型无水石膏

Ⅱ型无水石膏又称β型硬石膏，它是二水石膏、半水石膏和Ⅲ型无水石膏经高温脱水后在常温下稳定的最终产物。Ⅱ型无水石膏可以用于石膏矿渣水泥、自流平石膏、墙板、模具等行业。国外大量采用无水石膏、β半水石膏复合组成复合相形石膏胶结材，以改善建筑石膏性能。多年来我国Ⅱ型无水石膏产品研究开发面临诸多困难，一直未能实现大规模工业化生产。2021年贵州磷化集团国内首套300 kt/a磷石膏制Ⅱ型无水石膏项目投产，可消耗磷石膏420 kt/a。在建拟建的磷石膏制Ⅱ型无水石膏项目有安徽亿捷环保科技700 kt/a、贵州路发实业300 kt/a等。随着技术的不断进步和下游行业旺盛的需求，未来我国工业副产石膏制Ⅱ型无水石膏将会有爆发式增长，这将是消纳工业副产石膏的新领域。

3.5 制纸面石膏板

纸面石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺入添加剂和纤维作为辅料，并在表面粘贴覆盖板纸制成的建筑材料。近年来又开发了相变储能石膏板，这是一种将石膏板和相变材料相结合的新型材料，相比普通石膏板，有更好的储能和保温性能，能够有效降低建筑调温能耗。截至2020年底，我国纸面石膏板产能约4.78×109m2/a，2020年全国石膏板产量约3.35×109m2。国外石膏应用主要是生产纸面石膏板，一般占石膏消耗量的70%～80%，而我国仅占石膏消耗量的20%，相比欧洲、美国、日本等发达国家人均消费量也很低[5]。据中国建筑材料联合会石膏建材分会数据，以日本为例，虽然已经早已走过了大规模房地产开发阶段，但人均纸面石膏板使用量仍然达到4 m2/a，而我国纸面石膏板人均使用量仅为2.3 m2/a。因此，未来我国纸面石膏板仍有较大的发展空间，即使按照人均4 m2/a使用量测算，纸面石膏板消费量仍有5.6×109m2/a，对工业副产石膏的需求量还有近2倍的提升空间。

3.6 制石膏条板

石膏条板是以建筑石膏为基材，掺以无机轻集料、无机纤维增强材料而制成的空心条板，主要用于建筑的非承重内墙。近几年国内石膏条板行业发展势头迅猛，成为少数几个发展最快的石膏建材产品之一，2020年我国石膏条板产能为4×107m2，产量约为2×107m2。我国装配式建筑的发展需求旺盛，为石膏条板进入市场提供了重要的保障，未来随着人力资源成本及装配率的提高，石膏条板将是消耗工业副产石膏的主导产品之一。

3.7 制石膏模盒

石膏模盒是国内发展起来的、能大量消纳利用工业副产石膏的建筑产品。石膏模盒用于现浇混凝土空心楼盖结构中的填充材料，适用范围广，具有强度高、空心率大、抗冲击力强、密封隔音效果好、环保轻质防火、板面平整、节省工程造价等优点。2020年我国石膏模盒产量约5.3×106块，消耗工业副产石膏十多万吨。未来我国石膏模盒市场发展前景非常好，每万平米建筑面积可消耗石膏800 t左右，随着石膏模盒使用普及率的提升，对工业副产石膏的消纳量将增加到百万吨级规模。

3.8 制抹灰石膏

抹灰石膏，又称粉刷石膏，是一种建筑内墙及顶板表面的抹灰材料，由半水硫酸钙和Ⅱ型无水石膏单独或两者混合的石膏胶凝材料作基料配制而成。2020年我国抹灰石膏的用量达到6 Mt，近几年抹灰石膏的年均增长率达到30%。预计2022年我国抹灰石膏的需求量将达到8 Mt，按照70%的建筑石膏粉掺量计算，届时抹灰石膏所需建筑石膏粉将达到6.7 Mt。我国抹灰石膏使用量占比仍然偏低，国外发达国家抹灰石膏总用量已达到全部抹灰砂浆用量的50%以上，有的甚至达到70%[1]3。未来抹灰石膏将是消纳工业副产石膏的主要增长领域之一。

3.9 制自流平石膏

自流平石膏又称石膏基自流平砂浆，是由高强石膏、骨料及各种建筑化学添加剂混合均匀而制得的一种专门用于室内地面找平的干粉材料，根据原料分为α型半水石膏型和Ⅱ型硬石膏型两类。近几年我国自流平石膏增长势头迅猛，2020年自流平石膏产量达到1 Mt左右。国内基本上是α型半水石膏产品，国外自流平石膏发展和应用较为广泛，两种产品均有生产应用。以德国为例，自流平石膏约消耗18%工业副产石膏，而我国自流平石膏仅占工业副产石膏消耗总量的0.3%。自流平石膏作为替代水泥砂浆和细石混凝土的重要产品，是石膏行业关注的热点和未来发展的重点产品之一。当前受限于α型高强石膏短缺，自流平石膏的发展受到制约，增长速度缓慢。未来随着α型高强石膏和Ⅱ型无水石膏产能产量的增长，自流平石膏将成为消纳工业副产石膏的重点产品。

3.10 制硫酸钙晶须

硫酸钙晶须是以生石膏为原料经特定工艺及配方合成的硫酸钙纤维状单晶体。它具有均匀的横截面、完整的外形和高度完善的内部结构，是一种有着许多特殊性能的非金属材料。硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性、耐酸碱、耐热等诸多优良的理化性能，可以用作多种材料的改性剂[6]。硫酸钙晶须下游应用广泛，但目前尚处于市场开发阶段，实际应用量较少。目前国内硫酸钙晶须产能有四川万润非金属矿物材料30 kt/a、宁远县隆翔新型材料科技20 kt/a、江西峰竺新材料科技5 kt/a等。在建拟建项目有河南鹿晶新材料中和石膏制硫酸钙晶须500 kt/a、河南开祥精细化工电石渣石膏制硫酸钙晶须10 kt/a、江西晶昊盐化盐石膏制硫酸钙晶须5 kt/a、江西峰竺新材料科技脱硫石膏制硫酸钙晶须100 kt/a等。随着未来石膏行业向规范化、深加工化发展，硫酸钙晶须将成为石膏行业转型升级的重要方向之一。

3.1 1 制硫酸联产水泥或氧化钙

我国石膏制硫酸联产水泥技术发展较早，从20世纪50年代开始一直到现在仍在坚持研究和工业化应用，而国外由于发达国家石膏资源用于建材生产、发展中国家石膏资源没有利用的迫切性，石膏制硫酸联产水泥已经没有工业化生产。目前国内在产装置有金正大诺泰尔化学磷石膏为原料的300 kt/a硫酸联产450 kt/a水泥装置、鲁北集团多种工业副产石膏为原料的200 kt/a硫酸联产300 kt/a水泥装置、重庆三圣特种建材2套天然硬石膏为原料的150 kt/a硫酸联产200 kt/a水泥装置、湖南湘福建材天然硬石膏和脱硫石膏为原料的100 kt/a硫酸联产150 kt/a水泥装置，在建拟建项目有宁夏华夏特钢800 kt/a脱硫石膏制硫酸项目、贵州胜威凯洋化工500 kt/a磷石膏制硫酸联产氧化钙项目、宜昌成远环保新材料250 kt/a磷石膏制硫酸联产氧化钙项目等。

经过多年的技术发展和工业实践，我国石膏制硫酸技术已基本趋于成熟，近年来技术进步的方向有：①优化生产工艺和设备，以降低能耗、煤耗；②采用硫磺部分代替煤炭作为还原剂和燃料，使用高硫煤作为燃料，提高系统经济性；③石膏制酸装置一体化处理废硫酸和含硫废液、废气；④由单一联产水泥向联产氧化钙材料、钾钙镁肥等方向延伸；⑤根据工业副产石膏原料特点，可联产为普通硅酸盐水泥、阿利特水泥等高钙水泥产品或贝利特水泥、硫铝酸盐水泥等低钙水泥产品。目前我国石膏制硫酸技术推广较为缓慢，最大的问题还是采用的石膏回转窑内分解工艺能耗高、经济性差，主产品硫酸和水泥附加值偏低，不足以支撑石膏制酸的成本。德国鲁奇公司曾开发出“旋风悬浮预热器预热—循环流化床分解—回转窑烧成”的技术，与其他窑内分解技术相比，该技术石膏分解和熟料烧成的总能耗大约可降低30%[7]。有研究表明，硫酸钙还原成硫化钙比氧化钙更容易进行，因此，借鉴鲁奇公司技术，采取弱还原气氛循环流化床沸腾炉窑外分解+传统回转窑烧成技术有望实现石膏制硫酸联产高标号水泥技术经济性的突破。从资源有效利用及减少碳排放角度来看，工业副产石膏制硫酸副产含钙产品是一条很有前景的路线，一旦经济性取得突破，磷石膏、钛石膏等大宗工业副产石膏资源化利用率会有大幅度提升。

3.1 2 制硫酸铵和硫酸钾

以碳酸铵和硫酸钙为原料复分解反应可生成硫酸铵和碳酸钙产品，25 ℃时该反应的平衡转化率可达99.9%，这是工业副产石膏制硫酸铵的理论基础。20世纪60年代前世界上有14家企业采用该工艺生产硫酸铵肥料，后因成本和其他廉价氮肥的竞争，该工艺基本淘汰，目前全世界仅有印度、印尼和中国仍有个别磷石膏制硫酸铵装置在生产[8]。2013年贵州磷化集团瓮福公司建成国内唯一一套250 kt/a磷石膏制硫酸铵示范项目，包括碳化、转化、过滤、结晶等工序，每一步都涉及较为复杂的操作环节[9]。经过国内外几十年的生产实践和技术创新，工业副产石膏制硫酸铵联产碳酸钙技术已经较为成熟，但国内硫酸铵和碳酸钙产品都处于过剩，产品附加值不高，并且生产对石膏原料杂质要求高、副产物碳酸钙没有好的出路，因此该技术经济性不高，难以大规模推广应用。

在石膏制硫酸铵的基础上，利用硫酸铵与氯化钾的复分解反应生成硫酸钾和氯化铵钾产品，可实现两步法石膏制硫酸钾。据了解，目前国内尚无石膏制硫酸钾的工业化装置，但2014年湖北三宁化工打通了硫酸铵制硫酸钾生产流程，建设了50 kt/a脱硫副产硫酸铵制硫酸钾联产氯化铵钾装置，包括转化、结晶、过滤、烘干包装等工序[10]。因此，通过嫁接国内2套示范工业化装置技术，想要实现工业副产石膏制硫酸钾联产碳酸钙、氯化铵钾产品工业化生产技术上是没有问题的，关键点还是经济性是否可行。

作为工业副产石膏化学利用的另一条途径，制硫酸铵和（或）硫酸钾已经打通技术流程，今后大规模推广应用的关键是解决碳酸钙的出路问题。在碳达峰碳中和的背景下，二氧化碳矿化工业副产石膏技术可同时实现“以废治废”和资源化利用双重目的，也许大规模示范推广的空间由此打开。

3.1 3 作为冶炼原料

对于有色金属火法冶炼企业，将工业副产石膏替代有色金属火法冶金所用的石灰石或石灰等含钙熔剂是一个有创意的想法。唐谟堂等[11]研究在有色金属冶金中大量低碳处置磷石膏固废，磷石膏在高温冶炼炉内分解，钙元素作为造渣熔剂进入炉渣，

最终成为水泥的优质原料；硫元素转变为二氧化硫，随冶炼烟气进入制酸系统。国内江西铜业贵溪冶炼厂和阳谷祥光铜业有限公司利用铜冶炼闪速炉对中和石膏代替石灰作为造渣熔剂进行生产试验，发现对铜冶炼生产无明显影响[12-13]。因此，国内铜、镍、铅、锌、锑的火法冶金过程中均可以采用工业副产石膏代替石灰石或石灰等含钙熔剂，既可以节省石灰石采购费用，又能处理企业自产中和石膏渣或周边工业副产石膏渣，该技术一旦全面推广，每年可处置近千万吨的工业副产石膏、减排二氧化碳超过4.5 Mt/a。

4 未来推进工业副产石膏资源化利用思路

1）积极开拓具有市场前景的石膏建材品种，提高工业副产石膏资源化利用率。我国已成为世界石膏消费大国，但从人均消费量来看仍不是消费强国。从整体来看，未来我国石膏市场需求量呈平稳增长趋势，行业专家预测，到2025年我国建材行业石膏消费量将会达到200 Mt，基本可以消纳当年新增石膏量。“十四五”期间要积极推动α型高强石膏、β型建筑石膏、Ⅱ型无水石膏、硫酸钙晶须、纸面石膏板、石膏条板、抹灰石膏、自流平石膏、石膏模盒等新型绿色石膏建材产品的发展和应用推广。同时积极探索节能高效的化学法利用石膏技术创新和大规模工业化推广，以及水泥、石膏建材外的其他利用，进一步消纳历史堆积的工业副产石膏。

2）加大产学研用协同攻关，提升石膏原料品质和产品附加值。与天然石膏相比，工业副产石膏最大的缺点是杂质含量高且组分复杂，无论哪一种利用途径都必须对副产石膏进行净化预处理，国内外研究应用的预处理工艺主要有水洗法、石灰中和法、煅烧法、筛分法、球磨法、陈化法等。今后对工业副产石膏改性处理仍将是研究的重点和难点，需要开展产学研协同技术攻关，开发出适应不同来源废石膏且低成本的除杂改性工艺，以利于废石膏生产高附加值的产品。另外，技术创新的方向还需要向源头延伸，在烟气脱硫、磷肥、钛白粉、氢氟酸、稀酸净化等生产过程中进行工艺技术优化创新，预先考虑尽量减少杂质进入副产石膏中。

3）国家和地方政策精准支持，推进石膏利用和绿色建材工业发展。未来较长一段时间内我国仍将面临工业副产石膏大量堆存和缓慢消纳的局面，目前国家和地方出台一系列政策对工业副产石膏利用进行引导和支持，建议出台更为精准的支持政策，比如强制废石膏生产的绿色石膏建材产品对传统建材产品的替代，对工业副产石膏资源化利用从财政、税收、用电用水用煤等方面给予更大优惠政策，对新建副产石膏项目必须配套资源化利用装置。通过产业政策鼓励全社会对工业副产石膏的资源化利用，同时强制副产石膏企业既要消纳当年产出石膏也要消化历史堆存石膏。

4）工业副产石膏的资源化利用是一项国家战略，也是一项涉及上下游产业的系统工程，国家和地方必须从政策各方面进行鼓励引导和规范促进，才有可能尽早地实现工业副产石膏综合利用率大幅度提升。当然，企业作为资源化利用主体，更需要加大资金投入和技术创新力度，寻找到一条适合自己大规模消纳废石膏的途径。建议工业副产石膏产出企业与下游水泥建材企业、建筑房地产企业等形成产业协作联盟，共同推进绿色石膏建材产业发展。在国家碳达峰碳中和的战略背景下，工业副产石膏代替碳酸钙作为水泥原料，低碳绿色石膏产品替代高碳水泥和石灰建材产品，发展前景看好。