磷石膏在新型建筑材料行业的推广与应用研究

韦 翔，任达富

（凯里学院，贵州 凯里 556011）

0 引言

随着“十四五”规划中提出我国生态文明建设，我国的工业副产磷石膏、粉煤灰等大力寻找新的利用途径。我国磷石膏不仅产量较大，当前的堆存量也巨大。但由于受生产和技术方式等因素约束，磷石膏的综合利用率只有40%左右。相比国外，部分国家对处理磷石膏也有着成功的经验，如日本、印尼拥有完善的循环体系，将磷石膏用于生产石膏类材料和水泥缓凝剂，磷石膏的利用率为100%，无堆存量。除了用于生产建材，巴西还将磷石膏用于农业生产。近几年国家出台了许多政策大力推进磷石膏的利用，国务院强调要推行绿色的发展方式，推进固废资源利用化。生态环境部等推进“三磷”综合整治，国家发展改革委推广石膏的资源化利用，财政部颁发针对自产磷石膏综合利用产品的增值税退税政策[1]。虽然磷石膏的利用在逐步提高，但堆存量依旧庞大，带来了较大的环境风险。因此，我国迫切需要提升磷石膏的资源化利用率，而磷石膏作为新型建材是解决和实现资源利用的一种有效途径。

1 磷石膏的相关概念

磷石膏主要来源于湿法磷酸工艺下所产生的一种主要化学成分为二水硫酸钙的工业固体废物。除主要成分外，还含有少量的磷、氟、有机物、氧化物以及少量重金属和放射性物质等杂质。

磷石膏外观为白色粉末，常见晶体形式为柱状、板状、多边形。pH 通常在1.5～4.5 之间，是一种酸性物质。磷石膏非常难溶于水，流动性能较差[2]。磷石膏所含化学成分复杂，不同磷石膏含有的杂质种类及含量也各不相同。磷石膏具有高强度、高韧性的特性，磷石膏不溶于常见酸、碱，并且高温耐受，经过800℃的锻烧处理可以变为惰性材料，改性处理后与聚合物亲和力强，可用于加工生产复合材料。

磷石膏废渣对水环境、土环境环境有很大的影响。就水环境而言，长期露天堆放的磷石膏，会形成磷化物，并解离出有害成分的酸性废水，其有害成分破坏水环境[3]。就土环境而言，磷石膏里面的有害物质也会渗入到土壤内，甚至导致地表水存在重金属污染，危害人和动物的健康。另外，从岩土工程角度来看，磷石膏堆放自身也存在风险，降雨量增加的情况下，长期雨水淋溶会导致该堆体坍塌。此外，磷石膏废渣的长期堆放也会消耗了大量土地面积，浪费了日渐稀缺的土地。

2 磷石膏在新型建筑材料行业的利用情况

近年来磷石膏的利用率一直在增加，磷石膏能够广泛地用于建材、化工和农业，特别是建筑材料产业利用率最高。

2.1 联产水泥与水泥缓凝剂

2.1.1 磷石膏制硫酸联产水泥

我国硫资源短缺，大部分是通过进口来获得，对外依赖程度较高。而磷石膏中的硫、钙含量高，可以对其充分利用，通过制硫酸联产水泥的工艺可以解决此问题。将烘干后的磷石膏与土、焦炭面生成熟料，均化后进行高温煅烧，煅烧后可产出水泥熟料，再加入一定的粉煤灰等混合材料，通过加工制成水泥。而煅烧中产生二氧化硫气体可以通过加工得到硫酸[4]。这套工艺可以使磷石膏的硫和钙资源得到充分利用，不仅可以消耗磷石膏废渣，还可以一定程度缓解我国对进口硫资源的依赖。

2.1.2 磷石膏制水泥缓凝剂

我国水泥缓凝剂需求量较大，而国内生产的水泥缓凝剂不满足于需求。磷石膏通过加入改性剂后放入烘干机脱水获得半水石膏，再经过加工可形成水泥缓凝剂[5]。磷石膏可以作为天然石膏资源的替代物，用于生产水泥缓凝剂。用磷石膏做水泥缓凝剂有缓凝效果佳、降低水泥生产成本以及消耗磷石膏废渣等许多优点，具有经济、环境效益。

2.2 磷石膏砂浆、砌块

砂浆是工程不可或缺的建筑材料。目前，传统的普通砂浆使用范围很广，但还是存在高密度和初凝时间短等问题。磷石膏砂浆的生产成本相对于普通砂浆来说较经济，不仅可以减轻磷石膏废渣处理的问题，而且性能比普通砂浆效果好。近几年磷石膏主要用于生产轻质抹灰石膏砂浆、石膏基自流平砂浆。轻质抹灰石膏砂浆是将磷石膏粉、轻骨料、缓凝剂等混合生产加工出来，具有密度小、强度高、保水性好、收缩性小的特点，因此施工方便效率高，降低了建造成本。同时，它具有流动性好自动找平、初凝时间长、后期强度高等特点，也是一种环保的建筑材料。

磷石膏砌块是一种新型的建材，它具有质轻、高强、节能环保、工艺简单、经济等优点。综合来看，磷石膏在石膏砌块中的应用越来越广泛，发展前景较好。

2.3 轻质保温磷石膏板材

随着“十四五”规划的推进，对建筑材料市场的环境和治理存在着压力，而且使用保温隔热材料是实现可持续能源发展的重要措施之一。与其他建筑材料行业相比，磷石膏板材使用率有明显的增长。磷石膏经预处理后，通过加入各种外加剂、掺合料，可以使石膏的特性得到改进。轻质保温磷石膏板材可以大幅降低日常生活和工业生产过程中的热量损失，保温效果好。同时，轻质保温磷石膏板材还具有隔声好、吸湿性能好、施工方法简单等优点。此外，纸面石膏板成为新型高效、环保的绿色建筑材料的发展热点，也是磷石膏建筑材料的主要研究热点之一。

2.4 磷石膏新型充填、路面基层材料

将磷石膏、水泥、粉煤灰按一定比例混合的凝胶材料不仅可用于矿山井的填充还可以用于路面基层。该材料具有强度高、抗裂性好等优点，用于矿山井填充方法在国外得到较多的使用，我国还在处于试验阶段，目前在贵州地区进行矿山填充，今后国内也会有更多地区采用此方法进行矿山填充。该方法既实现了磷石膏的大规模使用，又解决了矿山安全问题，具有显著的经济效益和环境效益。此外，还可以作为新型路面基层材料，该材料具有抗裂性好、凝结时间长、施工简单等优点，制成的路面基层施工材料，可直接用于路面基层施工。以磷石膏作为路面基层材料，通过长期测定分析，其含有的重金属离子没有对周边环境产生不良影响，因此该方法满足相关路基填料的施工技术要求。

2.5 建筑装饰品

在建筑装饰材料使用上，人们对节能环保功能要求越来越高。将磷石膏用于建筑装饰材料也是目前对新型材料探索开发的热点之一。由于对天然石膏开采的限制，高强度石膏的产量下降了。近年来，越来越多的国内企业开始投资从工业石膏废料中生产高强度石膏。用磷石膏生产的高强石膏可以用来装饰陶瓷艺术、工艺和技术、材料、3D 打印等，这些可以增加其市场价值，它可以弥补高昂的高强石膏的技术推广费用，也可以促进磷石膏在建筑装饰领域的发展。

3 磷石膏在新型建筑材料行业利用存在的问题

虽然近几年国家和各级政府都在推动磷石膏资源开发和利用，但其推广程度不尽人意，主要有以下4 点原因。

3.1 相关政策支持不完善

过去几年，国家各部委和地方政府都相继发布了关于资源利用磷石膏的政策性文件，但其中大多数政策都属于宏观调控，主要集中热点在如何将磷石膏资源利用以及对磷石膏存量的控制。但对于微观层面上的政策较少，由于我国磷石膏建筑材料开发过程较短，缺少实践经验。政府应明确企业在磷石膏使用方面的思路和方向，为企业提供税收政策、应用技术和资金支持方面正确的具体的指导。并且，企业和大众绿色消费理念尚未完全形成，各项标准和规范都比较延后，宏观与微观政策没有完全联通，相关政策没有形成完整的体系，导致磷石膏新型建筑材料市场难以开发，配套措施不足。

3.2 综合利用标准体系不完善

由于磷石膏新型建筑材料也是近几年才开始探索的，所以对磷石膏排放标准、综合利用技术标准、新型建筑材料产品标准等没有系统的标准体系，正因为缺少这些标准体系，导致产品市场认可度低，推广阻碍大。目前已有少量的磷石膏相关标准，这些标准一定程度上指导和规范了磷石膏资源化利用、稳定了磷石膏产品的质量。但是由于是新事物，人们的认识也是逐步加深，之前定的标准也可以能会带来标准指标偏低、指标设置不足等问题。

3.3 综合利用技术能力不足

现有的磷石膏综合利用技术比较单一和陈旧，主要集中有制备水泥缓凝剂、纸面石膏板、分解磷石膏制硫酸。磷石膏综合利用在我国现阶段还处于初步发展阶段，缺乏新技术的研发。现有技术也存在质量差、杂质多、处理成本高、推广价值普遍低等问题。这些因素导致了磷石膏建筑产品在市场上认可度不高，限制了磷石膏的大规模处理，严阻碍了磷石膏在新型建筑材料行业的发展。

3.4 区域发展不平衡，市场竞争力较弱

我国的磷石膏生产和使用区域差异较大，磷石膏的生产主要集中在中西部地区，这些产量占总产量的80%以上。而磷石膏的使用主要集中在东南部较发达的地区。这样导致了生产量大的地区使用需求量少甚至是不使用，磷石膏堆存压力大，而使用量大的发达地区生产量小，区域发展不平衡。

由于区域发展不平衡，导致运输的成本增加，降低了磷石膏建筑材料的市场竞争力。此外，磷石膏建筑材由于是新型材料，大众是持有“观望”的态度，对于磷石膏建材使用还是存在着疑虑，市场价格也没有优势，运输成本高，因此，磷石膏建筑材料市场竞争力较弱，阻碍了磷石膏新型建筑材料的推广。

4 磷石膏在新型建筑材料行业中推广的建议

4.1 完善相关政策体系

需要建立科学系统的政策体系，要将宏观调控与微观调控相结合，国家和各地方政府要充分沟通，使相关政策形成一个系统体系，真正有效落实磷石膏新型建筑材料的推广与应用。从源头上，降低磷石膏替代品天然石膏的开采，或者提高天然石膏资源税，这样可以间接促进磷石膏的综合利用，一定程度上推广了磷石膏新型建筑材料的发展。从市场上，出台相关鼓励生产政策、税收激励政策以及磷石膏新型建筑材料推广使用政策，鼓励政府扶持磷石膏产业相应企业，加大对磷石膏产业专项基金和银行贷款的发放。

4.2 完善相关标准体系

目前，我国有关部门已开始制定有关磷石膏新型建筑材料产品的标准。磷石膏产品缺乏广泛的应用，主要原因是缺乏相关磷石膏建筑材料产品的标准，这使得建筑行业企业会存在质疑或者直接不敢使用。科学规范化的磷石膏新型建筑材料产品标准，可以打消企业怀疑的态度，不仅会提高其使用效率，还会促进新型建筑材料产品的推广。此外，还需要同时鼓励国家、行业、地方标准以及技术标准之间的相互沟通、结合，并为它们提供有效的发展指导。制定相应磷石膏新型建筑材料的技术规范和质量标准。

4.3 大力研发产品，提升产品质量

由于现有的磷石膏综合利用技术较单一、效率低，因此应加大研发力度，加强建筑企业、科研院以及高校之间的合作，使三者强强联合形成科研团队，加快磷石膏综合利用技术的研发，并且要加速科研成果转化为产业并进行推广和应用，提升磷石膏的综合利用效率。另外，从源头上考虑提升磷石膏的质量。优化磷石膏的生产工艺，降低磷石膏杂质含量，提升磷石膏质量。这样高质量的磷石膏也可以生产出更高性能的磷石膏新型建筑材料产品，有利于推广该行业的发展，提升磷石膏建筑材料的经济效益。

4.4 加大宣传力度，提升公众认知度

磷石膏新型建筑材料产品通常在公众认可和市场营销方面遇到困难。为此，磷石膏企业与相关政府部门共同创建示范项目，利用磷石膏新型建筑材料的优点，根据国家相关产业的优惠政策做好磷石膏新型建筑材料的产品定位，提高大众对该产品的认知度。此外，还需要打消大众认为磷石膏有害的认识误区，向大众宣传磷石膏新型建筑材料是绿色环保、安全可靠。

5 结语

随着磷石膏在新型建筑材料中广泛使用，由此创造出许多新的技术和成果应用得到了市场的高度认可，虽然磷石膏制备、生产使用一些关键性技术优化问题还在研究中，但磷石膏应用于新型建筑材料也必然会成为发展趋势。为了更好的推广和应用磷石膏新型建筑材料，需要国家、各级政府部门、企业之间相互配合，通过一系列政策、技术的推动和引导，加强和鼓励推广使用磷石膏新型建筑材料，实现建筑行业的可持续发展。