河南省磷石膏現(xiàn)狀及其應用的探討

巴太斌 徐亞中 石志剛 王利娜 李占森 孫彥峰

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責任公司（450002）

河南省磷石膏現(xiàn)狀及其應用的探討

巴太斌 徐亞中 石志剛 王利娜 李占森 孫彥峰

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責任公司（450002）

文章對河南省的磷石膏分布、產(chǎn)量及其質(zhì)量做出了分析，結(jié)合新常態(tài)的發(fā)展理念與要求，提出河南省磷石膏資源化綜合利用的出路，以市場為依托建立磷石膏資源化綜合利用科技攻關(guān)創(chuàng)新聯(lián)合體，開展對磷石膏在除雜、改性、煅燒、水化制品等工藝及裝備技術(shù)方面的研究，促進改性磷石膏在建材領(lǐng)域的應用，為石膏基建材應用打下堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

河南省磷石膏現(xiàn)狀；資源化綜合利用；問題及出路

磷石膏是企業(yè)生產(chǎn)磷肥過程中的副產(chǎn)物，作為工業(yè)廢渣排放。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國磷石膏堆存量現(xiàn)已超過3億t，隨著高濃度磷肥產(chǎn)量的增加和低品位磷礦用量的增大，磷石膏產(chǎn)生量將逐年增大。由于磷石膏雜質(zhì)較多，性能存在缺陷，利用率較低，故而堆存仍是處置的主要方式，但這種方式會占用大量土地，堆存場地產(chǎn)生的淋溶水也會對環(huán)境造成很大危害，2006年原國家環(huán)保總局就將磷石膏廢渣定性為危險廢物。

我省磷肥企業(yè)如何開展好磷石膏的資源化綜合利用，造福子孫后代，是企業(yè)與政府目前亟待解決的艱巨任務。

1 我省磷石膏現(xiàn)狀

1.1 磷肥企業(yè)分布及磷石膏年產(chǎn)量

我省磷肥企業(yè)主要分布在濟源、鄭州及三門峽地區(qū)，據(jù)調(diào)查，目前每年排放磷石膏約260余萬t，其中濟源市年產(chǎn)磷石膏約200萬t，三門峽市年產(chǎn)磷石膏約50萬t，鄭州市年產(chǎn)磷石膏約10萬t。

表1 河南省磷肥生產(chǎn)企業(yè)磷石膏排放情況單位:萬t/a

1.2 堆存與品質(zhì)概況

1.2.1 堆存情況

目前省內(nèi)磷石膏產(chǎn)生企業(yè)的堆存方式較為隨意，存在亂堆、亂倒現(xiàn)象，堆存量呈擴大趨勢，缺少有效管理和利用。

1.2.2 品質(zhì)情況

1）化學成分分析

對濟源和鄭州兩家企業(yè)排出的磷石膏進行取樣檢測，化學成分分析結(jié)果見表2。

表2 磷石膏化學成分分析結(jié)果

從表中可以看出，CaSO4·2H2O結(jié)晶水含量不低:濟源的磷石膏二水硫酸鈣品位為85.3%；鄭州的磷石膏二水硫酸鈣品位為92.7%。

濟源的受檢磷石膏樣品為陳年存放，受自然降水淋溶作用，磷石膏中的可溶性磷、氟滲入堆場周圍地下，pH值升高；鄭州的受檢磷石膏樣品排出時間不長，酸性較強（pH值達2.36）。

2）粒徑與顆粒形貌

從掃描電鏡SEM圖片可以清晰地看出，濟源磷石膏晶體形貌呈片狀，柱狀的晶體含量很少，且晶體表面有大量散碎附著雜質(zhì)，會嚴重影響到煅燒成建筑磷石膏的強度。從粒度測試報告中可以看出該樣品磷石膏粒徑主要分布在20～50 um之間。鄭州磷石膏晶體形貌也呈片狀，柱狀的晶體含量很少，但是與濟源相比晶體表面附著雜質(zhì)更多，因此煅燒成建筑磷石膏的強度受到影響將會更大。從粒度測試報告中可以看出顆粒粒徑分布較為分散，在1～50 um 區(qū)間。

圖1 粒徑與顆粒形貌

1.2.3 放射性

磷石膏試樣進行放射性核素檢測，結(jié)果見表3。

表3 磷石膏放射性檢測結(jié)果

由表可知，這兩種磷石膏幾乎都沒有放射性。

1.3 利用情況

目前我省磷石膏的利用率不如脫硫石膏的利用率高，這主要與磷石膏自身缺陷有關(guān)，雖然磷石膏的二水硫酸鈣品位較高，但是含有微量的雜質(zhì)，若不做改性除雜處理則無法直接應用。

在豫西靈寶，某石膏制品生產(chǎn)單位與當?shù)亓资嗥髽I(yè)共同投資，建設(shè)了一條年處理20萬t磷石膏的煅燒生產(chǎn)線，嘗試利用磷石膏煅燒成建筑石膏粉后，用噴射施工技術(shù)制成建筑內(nèi)隔墻。

鄭州的磷石膏酸堿度低至2.35，嚴重影響其再利用,企業(yè)暫時只能持證按危廢處理,環(huán)保壓力更大。

我省的磷石膏還有少量的用于水泥緩凝劑。

2 當前存在的主要問題

2.1 工藝技術(shù)及裝備落后

目前，磷石膏基本上是由小型設(shè)備制造廠借鑒天然石膏或脫硫石膏的生產(chǎn)技術(shù)裝備，使用多種多樣的煅燒工藝處理的，存在能耗高、環(huán)保不達標等問題。因此，國內(nèi)現(xiàn)有的技術(shù)與裝備不能適應料性復雜的磷石膏處理，帶有行業(yè)共性的關(guān)鍵工藝技術(shù)與裝備亟待突破。

2.2 企業(yè)壓力大顧慮多

磷肥企業(yè)對環(huán)境保護越來越重視，對磷石膏廢渣治理的壓力越來越大，雖然有綜合利用磷石膏、保護環(huán)境的意愿，但在技術(shù)瓶頸、市場開發(fā)、投資效益等方面又顯得不知所措、顧慮重重，很難邁出開發(fā)利用實質(zhì)性的一步。

筑牢廉政建設(shè)“防火墻”，始于燒好遵紀守規(guī)的每一塊“耐火磚”。為官者惟有心門常懷“懸魚”守正之惕，才能防止重蹈以權(quán)漁利“游離”規(guī)矩之外的覆轍。

3 出路及應用對策

3.1 建立磷石膏綜合利用科技攻關(guān)聯(lián)合體

《中國建筑材料工業(yè)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展綱要》提出：集合行業(yè)力量，組成行業(yè)科技攻關(guān)聯(lián)盟，形成行業(yè)攻堅合力。我省磷肥生產(chǎn)企業(yè)排出的磷石膏廢渣對當?shù)氐沫h(huán)境影響不容小覷，解決好這一問題，不僅能減輕企業(yè)環(huán)保壓力，而且能充分發(fā)揮磷石膏資源化優(yōu)勢，為工業(yè)化規(guī)?；昧资嗌a(chǎn)石膏基建材探索出一條行之有效的道路。

發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用，運用市場機制將磷肥生產(chǎn)企業(yè)與科研院所的研發(fā)力量有機的地組織起來，組成磷石膏科技創(chuàng)新攻關(guān)聯(lián)盟，對磷石膏除雜、改性、煅燒、水化等工藝及裝備技術(shù)進行聯(lián)手攻堅，開展改性磷石膏在建材領(lǐng)域的應用研究，為石膏基建材應用打下堅實的基礎(chǔ)。

3.2 推進磷石膏基建材新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展

石膏基建材作為新興綠色產(chǎn)業(yè)，與傳統(tǒng)建材產(chǎn)業(yè)相比具有明顯的市場競爭力，石膏基建材主要包括水泥緩凝劑、紙面石膏板、石膏砌塊、增強纖維石膏板、石膏條板、石膏基干混商品砂漿、抹灰石膏、自流平地面砂漿、石膏膩子及嵌縫膩子等。紙面石膏板產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，年均復合增長率超過20%。石膏砌塊、抹灰石膏等產(chǎn)品連續(xù)幾年處于快速發(fā)展階段。

河南建筑材料研究設(shè)計院有限公司“磷石膏資源化綜合利用技術(shù)攻關(guān)課題組”目前正在進行改性技術(shù)工程化與懸浮煅燒技術(shù)的科研攻關(guān)，已取得積極進展。該技術(shù)能為磷石膏資源化綜合利用奠定技術(shù)基礎(chǔ)，推動我國的磷石膏的綜合利用。

除雜煅燒改性后的磷石膏可以廣泛地應用于石膏基建筑材料。

3.2.1 水泥緩凝劑

我國水泥生產(chǎn)主要用天然石膏或脫硫石膏作為緩凝劑。磷石膏還含有水溶性五氧化二磷和氟，不能大量作水泥緩凝劑使用，經(jīng)過預處理的磷石膏，其化學、物理及力學等性能與天然石膏差異不大，國內(nèi)有多家水泥企業(yè)用磷石膏做水泥緩凝劑，實踐證明，經(jīng)過預處理的磷石膏代替天然石膏作水泥緩凝劑，可使水泥的后期強度高于天然石膏，還降低了生產(chǎn)水泥的成本。

2016年河南省水泥生產(chǎn)企業(yè)162家，全年水泥產(chǎn)量 1.56億t，按加入4%石膏作為生產(chǎn)水泥的緩凝劑估算，每年需求量約624萬t。

3.2.2 建筑石膏粉及其制品

建筑石膏粉是基礎(chǔ)的膠凝材料，其粉體制品主要有抹灰石膏、粘結(jié)石膏、石膏膩子等；定型制品主要有紙面石膏板、石膏砌塊、石膏板等。

據(jù)中國石膏工業(yè)協(xié)會預測，今后我國建筑石膏將以每年不低于20%速度增長。抹灰石膏用量將以每年20%以上的速度遞增，據(jù)此推算2016年抹灰石膏用量約500萬t，未來我國抹灰石膏仍有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

經(jīng)過近10年的發(fā)展，國內(nèi)抹灰石膏的用量已得到了快速增長。根據(jù)統(tǒng)計資料，2012年抹灰石膏的用量已達到260萬t。隨著近兩三年機噴技術(shù)應用的快速發(fā)展，抹灰石膏的增長已經(jīng)進入一個加速期。根據(jù)中國建筑材料聯(lián)合會預拌砂漿分會的統(tǒng)計資料，2014年抹灰石膏的用量已達到350萬t。我國與歐洲的抹灰石膏絕對用量相比可以發(fā)現(xiàn)，我國抹灰石膏的絕對用量已遠超過歐洲總用量，但國內(nèi)抹灰石膏的品質(zhì)與歐洲產(chǎn)品相比還存在一些差距。

石膏制品目前主要是紙面石膏板，其廣泛用于內(nèi)隔墻、內(nèi)墻貼面、天花板、吸聲板等。2015年我國紙面石膏板產(chǎn)能達到3.7×109 m2，產(chǎn)量約2.78×109 m2，人均2.1 m2/a·人，明顯低于發(fā)達國家水平。

經(jīng)過多年的改進和創(chuàng)新，各種高強、防潮、防火又具有環(huán)保功能的石膏裝飾板、石膏線條、燈盤、門柱、門拱眉等裝飾制品不斷涌現(xiàn)。此外，具有吸音、防輻射、防火功能的石膏裝飾板正在或?qū)⒁玫酵茝V應用。石膏裝飾材料品種繁多、量大面廣，尤其是隨著人們生活品質(zhì)與文化格調(diào)的不斷提高，石膏裝飾材料的需求也會逐年增長。

4 結(jié)論

綜上所述，磷石膏是一種很有特性與應用價值的工業(yè)副產(chǎn)石膏，目前堆存量巨大、利用率極低，環(huán)境污染嚴重的問題。這需要磷肥企業(yè)與科研單位共同組建科技攻關(guān)聯(lián)合體，加大投入，在除雜、煅燒、改性等工藝及裝備技術(shù)等方面，攻克行業(yè)共性關(guān)鍵瓶頸，使其成為石膏基建材制品的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)原料之一。這樣既可解決我省的磷石膏環(huán)境問題，又彌補了我省石膏資源稟賦差，減少我省石膏基建材快速發(fā)展短板的制約，為我國磷肥企業(yè)提供可以借鑒的經(jīng)驗。