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1前言

隨著中國磷復肥工業的迅猛發展，其副產物----磷石膏的排放量呈井噴式增長趨勢，提高-磷石膏的綜合利用率既是磷復肥行業必須面對的緊迫問題，也是各級政府部門、科研單位和關聯企業必須認真解決的當務之急。

磷石膏是生產磷肥、磷酸時排放出的固體廢棄物，每生產1t磷酸約產生(4.5～5)t磷石膏。磷石膏主要成分是硫酸鈣(CaSO4˙2H2O)，另外也含有少量未完全分解的磷礦、氟化物、磷酸、有機質、酸不溶物、鐵鋁化合物等雜質。隨著我國高濃度磷復肥和磷酸工業的快速發展，副產的磷石膏量急劇增加。目前我國磷石膏的年排放量已達5000萬t左右，由于資源化利用技術的瓶頸，累計堆存量超過2億t。國內磷石膏還沒有很好的利用途徑，大多堆存處理，既占用土地，又浪費資源，含有的酸性及其他有害物質容易對周邊環境造成污染，可見，磷石膏已到了非大力處置不可的地步，否則，將直接影響人、環境和社會的和諧，以及國土保護，并直接給企業的生存和發展帶來不可估量的損失。磷石膏廢渣無害化處理已經成為影響磷復肥企業生產的“瓶頸”問題，搞好磷石膏的綜合利用將成為磷肥化工產業可持續發展的關鍵。本文對磷石膏的綜合利用中存在的問題及其資源化應用作了分點論述，并對磷石膏資源化利用提出了幾點建議。

2我國磷石膏綜合利用現狀

據不完全統計，目前我國磷石膏綜合利用量在10000kt/a(即每年1000萬噸)左右，低于脫硫石膏的利用量。其中，生產建筑石膏約2800kt/a，生產水泥緩凝劑約2500kt/a，生產石膏砌塊和石膏磚約1600kt/a，用作填充材料約1500kt/a，用作土壤改良劑約1500kt/a，制硫酸和硫酸銨等化工產品約100kt/a[1]。當前我國磷石膏綜合利用存在的問題主要有以下幾個方面。

(1)磷石膏雜質多，利用成本高。磷石膏中含有游離磷酸和硫酸等酸性物質，導致其pH值低，容易腐蝕生產設備。同時，磷石膏中含有的磷酸鹽、氟化物等對后加工產品有不利影響。因此，磷石膏必須經凈化除雜等工藝處理后才能進行下一步的利用。磷石膏利用過程中會產生二次污染，需配套環保設施才能達到國家環保要求，其投資和運行成本較高。

(2)區域之間發展不平衡，磷石膏綜合利用長期處于較低水平。受地域資源分布和運輸半徑的影響，不同地區磷石膏產生、堆存及綜合利用情況差異較大。磷石膏的排放、堆存主要集中在云南、貴州、四川、湖北和安徽等磷復肥產區，而石膏消費主要集中在建筑石膏、水泥產量大的地區，如我國經濟發達的東部省市地區。由于受到運輸半徑的影響，石膏使用量大的地區供不應求，而排放量集中的地區卻無奈只能大量堆存。

(3)標準體系不完善。一方面缺乏用于生產不同建材的磷石膏標準，不利于磷石膏在不同建材領域的應用。另一方面，缺乏磷石膏綜合利用產品相關標準，只能參照其他同類標準，市場認可度低，造成磷石膏難以大規模利用。

(4)我國天然石膏產量大，限制了磷石膏的利用。2010年我國天然石膏產量為45000kt，主要集中在山東、湖南、湖北、江蘇和安徽等地。天然石膏的大量開采使用不僅破壞自然環境，而且搶占工業副產石膏的市場。與國外發達國家工業副產石膏高綜合利用率相比，我國磷石膏應用的壓力很大(如美國達到35％、日本幾乎已達到100％)。

3磷石膏的資源化應用

3.1磷石膏用作水泥緩凝劑

目前我國水泥緩凝劑主要以天然石膏和脫硫石膏為原料。隨著水泥產量的增長，國內對水泥緩凝劑的需求量也原來越大。而我國天然石膏礦開采成本增加和優質石膏礦的減少，也為磷石膏用作水泥緩凝劑創造了機遇。目前國內磷石膏用作水泥緩凝劑總量約6Mt/a，而2012年我國水泥生產對水泥緩凝劑的需求量約為90Mt，即使磷石膏制水泥緩凝劑產能全部釋放，也僅占水泥緩凝劑需求量的7.4%左右。可見，磷石膏作為水泥緩凝劑的市場前景很大。目前國內磷石膏制水泥緩凝劑單系列最大規模為800kt/a。

磷石膏作為水泥緩凝劑存在的最大問題是磷石膏中含有的雜質會影響水泥的凝結時間，使其強度下降。因此必須對磷石膏作適當的凈化除雜處理，關鍵是除去磷石膏中的磷、氟等酸性物質。目前常用的凈化除雜工藝是水洗分離、中和、干燥和煅燒等[2]。今后要在提高磷石膏品質、降低磷石膏作為水泥緩凝劑生產成本上下工夫，以加快磷石膏替代天然石膏和脫硫石膏作為水泥緩凝劑應用的步伐。

3.2磷石膏制石膏砌塊和石膏磚

與天然二水石膏和脫硫石膏一樣，磷石膏主要成分為CaSO4˙2H2O。用磷石膏制建筑材料如石膏砌塊和石膏磚，技術上是沒有問題的，并且產品強度、承壓能力、透氣性均優于傳統的粘土磚和水泥標磚。目前國內磷石膏制石膏砌塊總產能約為5.0×106m2/a，單系列最大規模為合肥市錦龍新型環保建材有限公司的1.5×106m2/a生產線；磷石膏制石膏磚總產能約2.0×109塊/a，單系列最大規模為貴州開磷(集團)有限責任公司的1.0×109塊/a生產線[3]。

目前磷石膏制石膏砌塊和石膏磚技術經濟性已經過關，但市場推廣緩慢，主要原因是建筑行業認可度低。亟需國家出臺相關政策和制修訂行業標準，以鼓勵和規范磷石膏制石膏砌塊和石膏磚產品的發展。

3.3磷石膏制紙面石膏板

紙面石膏板是一種新型的建筑裝飾輕質板材料，是木制裝飾板的最近替代品，也是保護森林資源、節約林木的最佳材料。紙面石膏板具有質輕、隔聲、隔熱、抗震、收縮率低、強度高、自動微調室內濕度、加工性能強及施工方法簡便的特點。近年來，國內石膏制紙面石膏板項目較多，但主要以天然石膏和脫硫石膏為原料。隨著國內磷石膏凈化除雜技術的提高，不少企業開始新建磷石膏制紙面石膏板項目。據不完全統計，目前我國磷石膏制紙面石膏板總產能約3.5×108m2/a，單系列最大規模為昆明英耀建材有限公司的7.0×107m2/a生產線。

3.4磷石膏制粒狀硫酸銨

為減少環境污染，延長磷石膏渣場的使用年限、解決磷石膏堆存問題，促進磷石膏硫、鈣資源綜合利用，甕福集團與科研院校采用產、學、研相結合的方式對磷石膏制硫酸銨進行試驗研究。2012年國內首套250kt/a磷石膏制粒狀硫酸銨裝置在甕福集團投產。磷石膏經凈化、分離，再漿后與碳酸銨一起進入反應釜反應，再經分離、結晶、干燥后得到硫酸銨成品[4]。目前該裝置運行正常，每年可消耗磷石膏廢渣520kt。磷石膏制粒狀硫酸銨工業化生產在國內屬首例，開辟了磷石膏綜合利用的新途徑，也使甕福集團磷石膏廢渣綜合利用率提升到26%。

3.5懸浮態分解磷石膏制硫酸

磷石膏制硫酸聯產水泥是化學法利用石膏資源的重要途徑。目前國內已有多套石膏制硫酸聯產水泥裝置在生產，積累了豐富的建設和生產經驗。目前甕福集團正在研究懸浮態分解磷石膏制硫酸聯產氧化鈣工藝技術。試驗研究表明，在1000℃～1100℃的高溫氣氛下，φ(CO)3%～5%、φ(CO2)25%～30%、反應時間20min時，磷石膏分解率在95%以上，脫硫率在85%以上[5]。采用稀相懸浮外循環輸送床反應器煅燒磷石膏制硫酸并聯產氧化鈣，可克服現有磷石膏制硫酸技術窯氣SO2濃度低及氧化鈣品質差的缺點。

4建議

(1)磷石膏要實現資源化利用，提高磷石膏品質、減少雜質含量是基礎，這項工作必須從源頭抓起。磷肥企業要根據所使用的磷礦質量，選擇合適的工藝技術方案，加強對生產進行全過程管理。

(2)將磷石膏加工成性能良好的建筑石膏還有要注意以下幾個問題：第一，對于放射性含量大的磷石膏應采取措施，以小摻量形式作為膠凝材料使用；第二，水洗磷石膏的污水以及炒制磷石膏的廢煙會導致二次污染，應采取措施加以過濾回收；第三，磷石膏的處理增加了成本，應考慮以經濟手段促進磷石膏的利用,并提高磷石膏處理的經濟效益。

(3)進一步完善工業副產石膏綜合利用標準體系，加快工業副產石膏及相關產品和應用標準的制修訂。

(4)今后要大力推廣磷石膏用作水泥緩凝劑及生產紙面石膏板、石膏砌塊、石膏商品砂漿等新型建筑材料。重點鼓勵全部使用磷石膏作為原料，單線能力在3．0×107m2/a及以上的紙面石膏板生產線項目，單線能力在3．0×105m2/a及以上的石膏砌塊生產線建設或改造項目，單線能力在100kt/a及以上的粉刷石膏、粘接石膏等石膏干混建材生產線建設或改造項目，單線生產能力在50kt/a及以上的高強石膏粉生產線建設項目，單線能力在1000kt/a及以上的建筑石膏粉生產線建設項目[6]。

(5)開發一批關鍵共性技術，如低成本、高性能、環保型磷石膏凈化技術，低品質磷石膏生產低成本高性能的礦井充填專用膠凝材料技術，利用工業副產石膏改良土壤的關鍵技術等。

(6)積極開展化學法處理磷石膏的技術攻關，推進低能耗磷石膏制硫酸聯產水泥或氧化鈣、制硫酸銨聯產碳酸鈣、制硫酸鉀聯產氯化銨或氯基NPK復合肥等先進技術產業化。

(7)磷石膏綜合利用的關鍵還是國家政策的支持力度，要通過財政、稅收、能源等政策扶持使企業在磷石膏綜合利用中有利可圖或基本保本。建議以磷石膏為原料生產的建筑材料、化工產品等減免征收增值稅，或即征即返。

5結語

由于技術和人民生活水平等方面的差距，我國磷石膏的綜合利用相對較為落后。當前大多數磷化工企業生產中排放的磷石膏，至今尚未得到有效利用，不僅浪費資源、占用土地，還污染環境，其綜合開發利用已迫在眉睫。利用磷石膏可制作建筑材料、肥料等附加值較高、使用量較大的化工產品，實現變廢為寶的目的。因此，很有必要加強磷石膏資源化高效利用方面的研發工作。

作者:孫振平教授課題組