銘將機械（xiè）

　　磷石膏是磷複肥工業（yè）的副（fù）產物，它的綜合利用對於環保、節能以（yǐ）及磷複肥工業的可持續發展有重大的現實意義。本文介紹了磷石膏自身的特點（diǎn）及其應用（yòng）的影（yǐng）響因素（sù），綜述了國（guó）內外磷石膏在建築材料領域的應用情況（kuàng）,並指出了磷石膏在（zài）建材領域應用（yòng）中存在的一些問題。

　　01、引言

　　磷石膏是生產磷酸、磷肥時排出的固體廢棄物，每生產1噸磷（lín）酸約產生4~5噸磷石膏。從全世界範圍來看，磷石膏的年（nián）排（pái）放量已達到了280Mt。目前全世界磷石膏的有效利用率僅（jǐn）為（wéi）4.5%左右，日本、韓國和德國（guó）等發達國家磷（lín）石膏的利用率相對高一（yī）些，其他不發達（dá）國家磷石膏（gāo）的利用率相對很低，一般以直接排放(拋棄)為主，如我國綜合利用率隻有（yǒu）10%左右。我國磷化（huà）工行業每年排放磷（lín）石膏量（liàng）約5000萬噸，占工業副產石膏的（de）70%以上，而且以每年15%的速率增（zēng）長，目前全國磷石膏累計堆存量超過1億噸，不僅大量占用土地，而且容易造成環境汙染，成（chéng）為（wéi）困擾（rǎo）磷化工（gōng）業（yè）健康發展的一大難題。為此，中國磷肥工業協會提出，“十（shí）一五”期間，磷石膏年處理量要超過1000萬噸，到2010年綜合利用率要提高到20%。磷石（shí）膏的資源化對於環境保護、節約（yuē）資（zī）源和磷肥行業的可持續發展具（jù）有重大（dà）的現實意義。

　　利（lì）用磷石膏（gāo）生產石膏建材是磷石膏資源化利用的一（yī）個重要的方向。以（yǐ）磷石膏為（wéi）原材料生產建築石膏粉及相關（guān）建材製品、水泥緩凝劑等，不僅可化害為利，變廢為寶，具有良好的（de）經濟效益，而且對（duì）保護耕地、保護環境、節約建（jiàn）築能耗有著十分重要的意（yì）義。但磷石膏不同於天然石膏，由於它本身含有的雜質和顆粒結構（gòu）的差異，使其不能直接代替天然石膏用（yòng）於生產石膏建材。

　　本文（wén）簡要介紹了磷石（shí）膏的組成（chéng）特點及其應用的影（yǐng）響因素，綜述了磷石膏在建材方（fāng）麵的應用，並為磷石（shí）膏在建材方麵（miàn）的應用提出相應的（de）建議。

　　02、磷石膏特點及影響因素

　　磷石膏的主要成分為CaSO4·2H2O，pH值約為1.5~4.5，呈酸性，含水（shuǐ）率很高，由於含有未分解的磷礦（kuàng）、未洗滌幹淨的磷酸、氟化鈣、鐵鋁氧化物、酸不溶（róng）物、有（yǒu）機物等少量雜質（zhì）呈淺灰白色，能溶於酸、銨鹽、甘油，微溶於水，不溶於乙醇，128℃時失水呈半水石膏(CaSO4·1/2H2O)，160℃時失水成無水石膏。此外，用於建材行業的磷石膏的放射性應符合GB6566-2001《建築材料放（fàng）射性（xìng）核素限量》中的規定。

　　磷石膏中由於含有磷、氟、有機物等多種雜質，使其（qí）性能（néng）不如天然石膏，不能直接作為石膏建材（cái）使用。探明雜質對磷石膏性能（néng）的影響規律，對其進行經濟有效的預處理以消除有（yǒu）害雜質影響，是磷石膏（gāo）資源化的關鍵問題之一。國（guó）內外對磷石（shí）膏（gāo）中雜質及其對性能的影響進行了廣泛（fàn）的研究。磷石膏多種（zhǒng）雜質中，磷對磷石膏性能影響最大，具（jù）體表現為延長磷石膏凝結（jié）時間，降低硬化體強度。磷石（shí）膏中磷組分主要有可溶磷、共晶（jīng）磷、沉澱磷三種形態，以可溶磷對性能（néng）影（yǐng）響最大。有機物、共晶磷是僅次於可溶磷的有害雜質。H.Ölmez等用（yòng）紅外吸收光譜證實（shí）了（le）共（gòng）晶磷的存在；彭家惠等研究了有機物的種類、結構以及有機物（wù）和共晶磷在（zài）磷石（shí）膏中的分（fèn）布規律，並（bìng）證實了它們對磷石膏性（xìng）能的影響。可溶性氟使建築石膏凝（níng）結時間縮短。

　　磷（lín）石膏因其雜質的影響，要直接用於生（shēng）產石膏建材，應進（jìn）行一定的預處理。常用的預處理工藝（yì）有水洗、石灰中和、球磨、浮選、篩分、煆燒以及陳化（huà）等[27]。在實（shí）際利用時不僅要（yào）考慮磷石膏中存在的雜質種類及數量，還應考慮其利用途徑和經濟性，綜合各種因素來選擇經濟而又合理的預處理方式。

　　03.磷石膏在建（jiàn）材領域的應用

　　3.1磷石膏用於生產石膏膠凝材料

　　磷（lín）石膏用（yòng）於生（shēng）產石膏膠（jiāo）凝材料（liào）主要（yào）有α型和β型半（bàn）水石膏。其工（gōng）藝流程大體上分兩類：一類是利用高（gāo）壓釜法將二水石（shí）膏轉換成（chéng）α型（xíng）半水石（shí）膏，即：磷石膏廢渣→浮選除雜→水（shuǐ）熱轉化→真空固（gù）液分離→成型。如德國的居利尼公司(Gebr，Giulini)，將（jiāng）二水石膏水洗後再用（yòng）高溫高壓蒸汽處理，將其轉化成α型半水石膏。英國ICI公司則（zé）先加水將（jiāng）磷石膏製（zhì）成料漿，洗（xǐ）滌後（hòu）送入高壓釜中轉化。南京化學工（gōng）業公司磷肥廠與上海建築科學（xué）研究所合作製取的α型半水石膏，其抗拉（lā）強度達40MPa。南（nán）京大廠鎮建材廠利（lì）用南京化學工業公司磷肥廠的副產（chǎn）物磷石膏生產α型半水（shuǐ）石膏，產品質量超過（guò）二級建築石膏標準。我國東南大（dà）學也對磷石膏製α半（bàn）水石膏工藝進行（háng）了研究（jiū）與開（kāi）發，該法（fǎ）是將磷石膏加水製成（chéng）料漿，在（zài）反應釜中反應，並加（jiā）入媒晶劑，使生成的α半水石膏晶形發育完全（quán）、強度高。另一類是利用烘烤法使二水石膏脫水成β型半水石膏，即：磷石膏廢渣→浮選除雜→固液分離（lí）→幹（gàn）燥→煆燒→粉磨（mó）→成品。法國（guó）羅納-普朗克(Rhone-Poulenc)公司將（jiāng）磷石膏初洗，過濾除雜，再加入石灰中和或浮選除雜，於沸騰爐或煆燒窯內煆燒生產（chǎn）β型半水石膏。

　　另外（wài），將磷石膏煆燒成無水石膏，同時除去有機物和共晶（jīng）磷，在其（qí）活性激發的基礎上，用無機活性材料改性，可製得無水石膏膠結料。德國克納夫（fū）工藝的SⅡ法、SⅢ法無（wú）水石膏（gāo）膠結（jié）料已在德國和比利時投入工業化生（shēng）產。國內有研究（jiū）表明，磷石膏基無水石膏膠結材，除保持了石膏基材料的優點外（wài），且耐水性與強度大大優於建築石膏，可用於配製砌築、抹麵砂漿，生產輕質砌塊等。

　　發展中國家石膏膠凝材料占水泥產（chǎn）量的6%~26%，而目前中國石膏膠凝材料占三大膠凝材料的比（bǐ）重僅為0.14%，因此，利用（yòng）磷石膏開發（fā）石膏膠凝材料發展潛力極（jí）大。

　　3.2磷石膏在水（shuǐ）泥（ní）行業的應用

　　3.2.1用作水泥緩（huǎn）凝劑

　　日本早在1955年就著手（shǒu）磷石膏作水泥緩凝（níng）劑的開發工作，1958年建（jiàn）成了第（dì）一個工業規模（mó）的磷（lín）石膏廠，開始取代天然石膏。例如，日本日產化學公司將（jiāng）經過幹燥的磷石膏（gāo）用（yòng）石灰中和後進（jìn）入（rù）回轉窯煆燒，控製煆燒條件，使其變成半水石膏與無水石膏的混合物，並在盤式粒化器中加水造粒(重新水化成二水（shuǐ）石膏)，製成水泥緩凝劑。今天，日本的水泥工業（yè）已幾乎不再采用天然石膏了。除日本以外，世界上其（qí）他國家（jiā）也有類似於日本的煆燒（shāo）轉化法的生產裝置，其中菲律賓有一套150kt/a裝置，韓國有一套200kt/a的裝置。我國磷石膏利用的研究開（kāi）發（fā）工作起步較晚，特別是利（lì）用磷石膏作水泥緩凝劑的研究工作進展較慢。目前銅陵化工集團（tuán）磷石（shí）膏綜合（hé）開發公司有一套100kt/a水泥緩凝劑生產裝置，該裝置工藝類同於日本的煆燒轉化工藝，於1999年8月投產，產品已銷往銅陵水泥廠、海螺集團銅陵分廠等單位，用戶反映良好；另外，陝西華縣化工建材廠（chǎng）也建成了一套30kt/a的水（shuǐ）泥緩凝劑（jì）生產裝置。

　　國內（nèi）外對磷（lín）石膏作水泥（ní）緩凝劑及其對（duì）水（shuǐ）泥性能的（de）影響（xiǎng）也（yě）做了相應的研究。如（rú）J.H.Potgieter[60]等研究（jiū）表明磷（lín）石膏可以成功的代替天然石膏作為水泥緩凝劑用於普通矽酸鹽水泥和粉煤灰矽（guī）酸鹽水泥中。彭家（jiā）惠等研（yán）究指出磷石膏經石灰中（zhōng）和（hé）後於800℃煆燒的無水石膏作水泥緩凝劑，克服了磷石膏作緩凝劑時水（shuǐ）泥早期強度降（jiàng）低的缺陷，其強度性（xìng）能（néng）優於采用天然石膏的水泥。鄭（zhèng）建國[62]等研究指出（chū）通過加入適量生（shēng）石灰使磷石膏改性，可有效消除可溶磷對（duì）水泥性能的不良影響。

　　3.2.2用磷（lín）石（shí）膏製硫酸聯產矽酸鹽水泥

　　磷石膏（gāo）製硫酸聯產水泥的工藝原理是將（jiāng）磷石膏高溫分解，所得SO3用於生產硫酸，CaO用於生產水泥。20世紀六七十年代歐（ōu）洲開發出（chū）轉窯法煤還（hái）原（yuán）磷石膏生產硫酸聯產水泥的工藝，1986年雲南磷肥廠建成國內第一套磷（lín）石膏生產100kt/a硫酸聯產100kt/a水泥裝置，1999年山東魯北化工（gōng）集團公司采用自主知識產（chǎn）權開發了旋風預熱器窯外分解煆燒技術，建成（chéng）600kt/a磷銨裝置（zhì）副產（chǎn）磷（lín）石膏製800kt/a硫酸（suān）聯產1200kt/a水泥（ní）裝置。從長遠來看磷石膏生產硫酸、水泥工藝隻要具有一定的規模並大力降低能耗，是有一定競（jìng）爭（zhēng）力的，不失為是一條（tiáo）具有前景的出路。

　　3.2.3用磷石膏低堿度水泥和礦渣水泥

　　生產硫鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽水泥等低堿度水泥時，生料配料需要（yào）石膏，熟料燒成後，還需要外摻石膏磨製水泥，需要石膏量大，完（wán）全可以利用工業廢渣磷石膏代替天然石膏。李德棟等研究表明：摻入（rù）磷石膏可改善水泥生料的易磨性和易（yì）澆性，使生料和熟料產量都有提高，並可（kě）改善（shàn）熟料的凝結特性，隨著磷石（shí）膏摻入量的增加，熟料的早期強度有下降的趨勢。

　　用礦渣、無水磷石膏和熟料配製的磷石膏礦渣水泥可用於某些特殊工程，其硫（liú）酸（suān）鈣含（hán）量可達15%~18%，可防止硫酸鹽侵蝕[46]。

　　3.2.4用作水泥生產（chǎn）中的礦化劑

　　水泥生產中，在生料中加入適量的SO3和F-可起到礦化作用，通過活化二氧化矽來（lái）降低液相的形成溫度，改善熟料（liào）的（de）礦物組成，在實際生（shēng）產中通常是加入硫酸鈣和氟化鈣。磷石膏主要成分是二（èr）水硫酸鈣及少量的（de）氟化鈣，無需（xū）預處理就可直接作為礦化劑使用，同時還含有少量（liàng）P2O5，在（zài）生產過程中對C3S的形成及遊離氧化鈣的吸收有促進作用。周誌宏等人通過實踐證明（míng），磷（lín）石膏的礦（kuàng）化作用略優（yōu）於天然石膏，可達到提高水（shuǐ）泥熟料的質量，降低熟（shú）料燒成溫度的效果。

　　3.3磷石膏在建材製品（pǐn）方（fāng）麵的應用

　　磷石膏經預處理後煆燒生產的建築石膏，可以用於（yú）製造紙麵石膏板、纖維石膏板、空心條板、空心砌塊、建築（zhù）標準（zhǔn）磚以及其他石膏膠結（jié）材（cái），如粉刷石膏、嵌縫石膏和充填石膏等建材製品。這些產品具有良好的（de）絕熱性和溫度調節性，易於（yú）施工、裝飾效果好，具有很好的（de）市場前（qián）景，是磷石膏利用的有效（xiào）途徑（jìng）。

　　3.3.1石膏板材（cái）

　　處理後的磷石膏可代替天然石膏生產石膏板（bǎn），這在國外早有成功的經驗，如日本、韓國和德國的磷石膏利用率都很高。其中板材的主要形式有紙麵石膏板、纖（xiān）維石膏板、麥草石膏板和石膏隔牆板等。日本每年有2Mt磷石膏製（zhì）成紙麵（miàn）石膏板（bǎn），德國（guó）和英國每年約有1Mt磷石膏製成（chéng）紙麵石膏板。我國紙麵石膏板的開發始於（yú）70年代，通過引進、消化（huà）和吸收，中國建（jiàn）材集（jí）團杭州設計研究院先後開發了400萬m2/a、2000萬m2/a和3000萬m2/a國產化紙（zhǐ）麵石膏板生產（chǎn）線；合肥四方磷複肥有限責任公司與合肥鴻鵬商貿有限（xiàn）公司合作開發了磷石膏生產石膏板（bǎn）等裝飾材料，可處理磷石膏400t/d；銅陵化工集（jí）團準備建（jiàn）設1套（tào）4×107m2/a紙麵石膏板生產線，以消耗（hào）該廠副產的大量磷石膏[68]。據不完全統計，2005年國內紙麵石膏板產量約為2×108m2，其中以天然石膏為原料的有(1.4~1.5)×108m2，以磷（lín）石膏為原料的為(5~6)×107m2，每年可消耗（hào）磷石膏400~500kt；纖（xiān）維石膏板、麥草石膏板（bǎn）及石膏隔牆板等（děng）裝飾石膏（gāo）板總產量約為（wéi）2×107m2，主要是以天然石膏為原料，約占到90%；磷石膏為（wéi）原料的隻（zhī）占到10%，僅消耗磷石膏20kt。

　　3.3.2粉刷石膏

　　粉刷石膏是一種新型的抹灰材料。由於其凝結硬化快（kuài）、黏結力強、防水性能好、體積穩定性好、質地細膩光滑，具有一定（dìng）的保溫、隔熱、吸聲性能（néng），施工方（fāng）便，因此在發達國家應用廣泛。據不完全統計（jì），2005年國內粉刷石膏對石膏的需求量約為2Mt，幾乎全部是以天然石膏為原料的，所（suǒ）以利用磷石膏生產粉刷（shuā）石膏的（de）市場前景相當可觀，不僅能夠節能利廢，保護環境，而且還具有（yǒu）一定的經濟效益。國（guó）內（nèi）有研究表明，采用石灰中和球磨預處理工藝，製成優等品建築石膏，在此基礎（chǔ）上，利用複合緩凝劑、保（bǎo）水劑的（de）超疊效應（yīng），配製出（chū）性能良好的磷石膏基粉刷材料，中試和工程試用表明，它的技術經濟性明顯優於傳統粉刷材料，是市（shì）場（chǎng）前景廣闊（kuò）的新型粉刷材料。

　　3.3.3牆體材料

　　歐洲等發（fā）達國家石膏牆體材料占全部牆體材料的50%以（yǐ）上，美國（guó）更（gèng）高達70%。據不完全統計，2005年國內石膏牆體材料產量為60Mt，其中以天然石膏為原料的約55Mt，約（yuē）占到91.7%；磷石膏為原料的僅占到8.3%，約（yuē）消（xiāo）耗磷石（shí）膏250kt。由於現有的黏土磚耗用大量耕地而被國家明令限製，而燒結類牆材也因為耗能大逐漸被非燒結類牆材（cái）所代替，所以利（lì）用磷石膏生產非燒結磚和砌塊前景（jǐng）相當可觀。俞波和陳吉春研究了非煆燒磷石膏（gāo）磚，通過試驗確定了生產高強磷石膏磚原料的配合比及成型壓力。趙建華等[72]利用磷石膏研製了耐水性石膏砌塊，在（zài）實驗室進行了（le）工藝配方的研（yán）究，並投入實踐。2001年，北京（jīng）力博特爾科技有限公司（sī）開發出年產(5~150)×104m2石膏空心砌塊智能化控製生產流水線，投資（zī）僅為國外的1/10，目前該裝置生產的石膏（gāo）空心砌塊（kuài）已在（zài）建築行業投入使用。目前，國內石膏（gāo）砌塊的發展較快（kuài），山東省建成或擬建40~60萬噸的生產線有4~6條，預計2010年國內石膏砌塊的年產（chǎn）量將達（dá）到2000萬m2。

　　3.4磷石膏生產築路材料

　　用磷石膏對二灰（huī）土(用石灰、粉煤灰作固化劑（jì）穩定土料)進行增強改性，生產出一種“高（gāo）性能的磷石膏二灰穩定土半幹性（xìng）基層材料”，可（kě）有效避免二灰土作路（lù）麵基層其早期強度（dù）低（dī）的缺點，還能進一步改善二灰土的（de）抗裂性，該築路材料的推廣應用可大量消耗磷石膏（gāo）。法國、比利（lì）時、印度（dù）、前（qián）蘇聯、美（měi）國等（děng）都在用磷石膏作築路材料。美國佛羅裏達磷酸（suān）鹽研究所將磷石膏用於停車場路麵，以（yǐ）及將磷石膏用作公路路基，均取得良好（hǎo）效果。

　　3.5其他方麵

　　磷石膏還可以用於生產新型建（jiàn）築（zhù）材料（liào），如新（xīn）型石膏陶瓷裝飾材（cái）料、石膏基導（dǎo）電材料、石膏基（jī）磁性材料、新型隔熱材料、新（xīn）型磷石膏基聚氯乙烯型材、高水速凝固材料——礦山填充劑、自（zì）流平材料等。

　　04、結語

　　隨著我國城市化（huà）進程加快，對建材的需求量持續增長，其中（zhōng）石膏建材作為綠色生態建材以其優異的性能而越來越（yuè）受關注。目前，磷石膏（gāo）的排放量已經給環境、企業等造成嚴（yán）重的負擔，其資源化（huà）利用迫在眉睫。磷石膏的資源化利用應重點著眼於生產水泥緩凝（níng）劑和建築石膏膠凝材（cái）料。我（wǒ）國水泥工業每年需作緩凝劑（jì）的石（shí）膏量約5000萬噸，這是一個及（jí）其廣闊的市場，如果利用磷石膏代替天然（rán）石膏，既（jì）能減少天然石膏資源的消耗，又可大量消耗磷石膏，降低環境（jìng）負荷。我國石膏膠凝材料的比重還很低，但是隨著國家節能減排政策的推廣，利用磷石膏生產出來的建築石膏膠（jiāo）凝材料必將在建材領域扮演重要角色。在此基礎上（shàng），利用磷建築石膏生產出來的各種石膏製品如粉刷石膏等（děng）也將得到廣泛的應用。

　　目前，雖然國內磷石（shí）膏的綜合利用雖（suī）然取得一（yī）些可喜的成果，但是仍然存在一些急需解決的問題，如磷石膏的雜質成分波動不定，預處理成本偏高（gāo）以及其他化學石膏的衝擊等，因而必須加強基礎研究,盡快摸（mō）索磷石膏雜（zá）質對水泥緩凝劑和建築石膏板等製品性能的影響規律，加快區域企業的合作力度，完善產業政策（cè）以及稅（shuì）收財政政策。