銘將機械（xiè）

　　磷石膏是磷複肥工業的副產物，它（tā）的綜合（hé）利用對於環保、節能以及磷複（fù）肥工業的可持續發展有重大的現實（shí）意義。本文介紹了磷石膏自身的特點及其應用的影響因素（sù），綜述了（le）國內外磷石膏在建築材料領域的應用情（qíng）況,並指出了磷（lín）石膏（gāo）在建材領域（yù）應用中存在的一些問題。

　　01、引言

　　磷石膏是生產磷酸、磷肥時排出的（de）固體廢棄物，每生產1噸磷酸約產生4~5噸磷石膏。從全世界（jiè）範圍來看，磷石膏（gāo）的年排放量已達到了280Mt。目前全世界（jiè）磷石膏的有效利用率僅為4.5%左右，日本（běn）、韓國和德國等發達（dá）國家磷石膏的利用率相對高一些，其他不發達國家磷石膏的利用率（lǜ）相對很低，一般以直接（jiē）排放(拋棄)為主，如我國綜合利用（yòng）率隻有10%左（zuǒ）右。我國磷化（huà）工行（háng）業每年排放磷石膏量約（yuē）5000萬噸，占工業副產石膏的70%以上，而且以每年15%的速率增長，目前全國磷石膏累計堆存量（liàng）超過（guò）1億噸（dūn），不僅大量占用土地，而且容易造成環境汙染，成為困擾磷化工業健（jiàn）康（kāng）發展的（de）一大難題。為此，中國磷肥工業協（xié）會提出，“十一五”期間，磷（lín）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%。磷石膏的資源化對於環境保護、節約資源和磷肥行業的可持續發（fā）展（zhǎn）具有重大的現（xiàn）實意義（yì）。

　　利（lì）用磷石膏生產石膏建（jiàn）材是磷石膏（gāo）資（zī）源化利用的一個重要的方向。以磷石膏為原（yuán）材料生產建築石膏粉（fěn）及相關建材製品、水泥緩凝劑等，不僅可化害為利，變廢為寶，具有良好的經濟效益（yì），而且對保護耕地、保護環境、節約建築能耗有著十（shí）分重要的意義。但磷石膏不同於天然石膏，由（yóu）於它本身含有的雜（zá）質和顆粒結構的差異，使其不能直接代替天然（rán）石膏用於生產石膏建材（cái）。

　　本文簡要介紹了磷石膏的組成特點（diǎn）及其應用的影響因素，綜（zōng）述了磷石膏在（zài）建材方（fāng）麵的應用，並為磷石膏在建材方麵的應用提出相應的建議。

　　02、磷石膏特點及影響因（yīn）素

　　磷石膏的主要成（chéng）分為CaSO4·2H2O，pH值約為1.5~4.5，呈酸性，含水率很高，由於含有未分解（jiě）的磷礦、未洗滌幹淨的磷酸（suān）、氟化（huà）鈣、鐵鋁（lǚ）氧化物、酸不溶物、有（yǒu）機物等少量雜質呈淺（qiǎn）灰白色，能（néng）溶（róng）於酸、銨（ǎn）鹽、甘油，微溶於水，不溶於乙醇，128℃時失（shī）水呈半水石膏(CaSO4·1/2H2O)，160℃時失水成無水石膏。此外，用於建材（cái）行業（yè）的磷石膏的放射性應符合GB6566-2001《建築（zhù）材料放射性（xìng）核素限量》中的規定。

　　磷石膏中由於含有磷、氟、有機物等（děng）多（duō）種雜質（zhì），使其性能（néng）不如天然石膏，不能直接作為（wéi）石膏建材使用。探明雜質對磷石膏性能的影響規律，對其進（jìn）行（háng）經濟有效的預（yù）處理以消除有害雜質影響，是磷石膏資源化的關鍵問題之一。國內外對磷石膏中雜質及其對性能的影響進行了廣泛的研究。磷石膏多種（zhǒng）雜質中，磷對磷石膏性能影響最大，具體表現為延長磷石膏凝結時間，降低硬化體強度。磷石膏中磷組分主要有可溶磷、共晶磷、沉澱磷（lín）三種形態，以可溶磷對性能影響最大。有機物、共晶磷是僅次於可溶磷的有（yǒu）害雜質。H.Ölmez等用（yòng）紅外吸（xī）收光譜證實（shí）了共晶磷的存（cún）在；彭家惠等研究了有機（jī）物的種類、結構以及有機物和共晶磷在磷石膏中的分布規律（lǜ），並證實了它們對磷石膏性能（néng）的影響。可溶性氟使建築石膏凝（níng）結（jié）時間縮短。

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

　　03.磷石膏在建材領域的（de）應用

　　3.1磷石膏用於生產石膏膠凝（níng）材（cái）料

　　磷石膏用於生產石膏（gāo）膠凝材料主要有α型和β型半水石膏。其工藝流程大體上分兩類（lèi）：一（yī）類是利用高（gāo）壓釜法將二水石膏轉換成α型半水石膏（gāo），即：磷石膏廢渣→浮選除雜→水熱轉化→真空固液（yè）分（fèn）離→成型。如德國的居利尼公司(Gebr，Giulini)，將二水石膏水洗後再（zài）用高溫（wēn）高壓蒸汽處理，將其轉化成α型半水石膏。英國ICI公司則先加水將磷石膏（gāo）製成料漿，洗滌後送入高壓（yā）釜中轉化。南京化學工業（yè）公司磷肥廠與上海建築科學研究所合作製取的（de）α型半水石膏，其抗拉強度達40MPa。南京大廠鎮建材廠利用（yòng）南京化學工業公司磷（lín）肥廠的副產（chǎn）物磷石膏生產α型半水石膏，產品質（zhì）量超（chāo）過（guò）二級（jí）建築石膏標準。我國東南大學也對磷石膏製α半水石（shí）膏工藝進行了研究與開發（fā），該法是將磷石（shí）膏（gāo）加水製成料漿，在反應（yīng）釜中（zhōng）反應，並（bìng）加（jiā）入媒晶劑，使（shǐ）生成的（de）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（chéng）β型半水石膏，即：磷石膏廢渣→浮選除雜→固液（yè）分離→幹燥→煆燒→粉（fěn）磨→成品。法國羅（luó）納-普朗克(Rhone-Poulenc)公司將磷石膏初洗，過濾除雜，再加入石灰中和或（huò）浮選除雜，於沸騰爐或煆燒窯內煆燒生產β型半水石膏。

　　另外，將磷石膏煆燒成無（wú）水石膏，同時除去有機物和共晶磷，在其活性激發（fā）的基礎上，用（yòng）無機活性材料改性，可製（zhì）得無水石（shí）膏膠（jiāo）結料。德國克納夫工藝（yì）的（de）SⅡ法、SⅢ法無水石膏膠結料已在德國和比利時投入工業化生產。國內有研究表明，磷石（shí）膏基無水石膏膠結材，除保持了石膏基（jī）材料的（de）優點外，且耐水性與（yǔ）強度大大（dà）優於建築石膏，可用於配製砌（qì）築、抹麵砂漿，生產輕質砌塊等。

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

　　3.2磷石膏在水泥行業的應用

　　3.2.1用作水泥緩（huǎn）凝劑

　　日本早在1955年就著手磷石膏作水泥緩凝劑的（de）開發工作，1958年建成了第一個工業規模的磷石膏廠，開始取代天然石膏。例如，日本（běn）日產化學（xué）公司將經過幹燥的磷石膏（gāo）用石灰中和後進入回轉窯煆燒，控製（zhì）煆燒條件，使其變成半（bàn）水石膏（gāo）與無水石膏的混合物（wù），並在盤式粒化器中加水造粒(重新水化成二水石膏)，製成水泥緩凝劑。今天，日本的水泥工業已幾乎不再（zài）采用天（tiān）然石膏了。除日本以外，世界上其他國家也有類似於日（rì）本的煆燒轉化法（fǎ）的生產裝置，其中菲律賓有一套150kt/a裝置，韓（hán）國（guó）有（yǒu）一套（tào）200kt/a的裝置。我國磷石膏利用的研究開發工作起步較晚，特（tè）別是利用磷石膏作水泥緩凝（níng）劑的研究工作進展較慢。目前（qián）銅陵化工集團磷石膏綜合開發公司有一套100kt/a水泥緩凝劑生產裝置，該裝置工藝類同於（yú）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（chǎng）、海（hǎi）螺（luó）集團（tuán）銅陵分廠等單位，用戶反映良好；另外，陝（shǎn）西（xī）華（huá）縣（xiàn）化工建材廠也建（jiàn）成（chéng）了一套30kt/a的水泥緩凝劑生（shēng）產裝置。

　　國內外對磷石膏作水（shuǐ）泥（ní）緩凝劑及其對水泥性能的（de）影響也做了相（xiàng）應的（de）研究。如J.H.Potgieter[60]等研究表明磷石膏可以成功的代替天然石（shí）膏作為水泥緩凝劑用於普通矽酸鹽水泥和粉煤灰矽酸鹽水泥中。彭家惠等研究指出磷石膏經石灰中和後於800℃煆燒的無水石膏作水（shuǐ）泥緩凝劑，克服了磷石膏作緩凝劑時水泥早期（qī）強度降低的缺陷，其強度性能優於采用天然石膏的水（shuǐ）泥。鄭建國[62]等研究指出（chū）通過加入適量生石灰使磷（lín）石膏改性，可（kě）有效消除（chú）可（kě）溶磷對水泥性能的不良影響。

　　3.2.2用磷（lín）石膏製硫酸聯產矽酸鹽水泥

　　磷石膏製硫酸聯產水泥的工藝（yì）原理是將磷石膏高溫分解，所得SO3用於生產硫酸，CaO用於生產水泥。20世紀六七十年代歐洲開發出轉窯法煤還原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石膏生產（chǎn）100kt/a硫酸聯產100kt/a水泥（ní）裝置，1999年（nián）山東魯北（běi）化工集團公司采用自主知識產權開發了旋（xuán）風預熱器窯外分解煆燒技術，建成600kt/a磷銨裝置副產磷石膏製800kt/a硫酸聯產1200kt/a水泥裝置。從長遠（yuǎn）來看磷石膏生產硫酸、水泥工藝隻（zhī）要具有一定的規模並大力降低（dī）能耗，是有一定競爭力的，不失為是一條具有前景的出路。

　　3.2.3用磷石膏（gāo）低堿度水泥和礦渣（zhā）水泥

　　生產硫鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽水泥等低堿度水泥時，生料（liào）配料需要石（shí）膏（gāo），熟（shú）料（liào）燒成後，還需要（yào）外（wài）摻石膏磨製（zhì）水泥，需要石膏量大，完全可以（yǐ）利用工業廢渣磷石（shí）膏（gāo）代（dài）替天然石（shí）膏（gāo）。李德棟（dòng）等研究表明：摻入磷石膏（gāo）可改善水泥生料（liào）的易磨性和易澆性，使生料和熟料產量都有提高，並可改善熟料的（de）凝結特性，隨著磷石膏摻入量的增加，熟料的早期強度有下降的趨（qū）勢。

　　用礦渣、無水磷石膏和熟料配（pèi）製的磷石膏（gāo）礦渣水泥（ní）可用於（yú）某些特殊工（gōng）程，其硫（liú）酸鈣含量可達15%~18%，可防止（zhǐ）硫酸鹽侵蝕[46]。

　　3.2.4用作水泥生產中的礦化劑

　　水泥生產中，在生料中加入適量（liàng）的SO3和F-可起到礦化（huà）作用，通過（guò）活化二氧化矽來降低液相的形成溫度，改善熟料的（de）礦物組成，在實際生產（chǎn）中通常是（shì）加入硫酸鈣和（hé）氟化鈣。磷石膏（gāo）主要成分是二水硫酸鈣及（jí）少（shǎo）量的氟化鈣，無需預處理就可直接作為礦化劑使用，同時（shí）還含有少量P2O5，在生產過程中對C3S的形（xíng）成（chéng）及遊離氧（yǎng）化鈣的吸收有促（cù）進作（zuò）用。周誌宏等人通過實踐證明，磷石膏的礦化作用（yòng）略優於天（tiān）然石膏，可達（dá）到提高水泥（ní）熟料的質（zhì）量，降低熟料燒成溫度的效果。

　　3.3磷石膏在（zài）建材製品方麵的應用

　　磷石膏經預處（chù）理後煆燒生產的建築石膏，可以用於製造紙麵石膏板、纖維石（shí）膏板、空心（xīn）條（tiáo）板、空心砌塊、建築（zhù）標準磚以及其他（tā）石膏（gāo）膠（jiāo）結材，如粉刷石膏、嵌縫石膏和充填石膏等（děng）建材製品。這些產品具有良好（hǎo）的（de）絕熱性和溫度調節性，易於施工、裝飾效果好，具有很好的市場（chǎng）前（qián）景，是磷石膏利用的有效途（tú）徑。

　　3.3.1石膏板材

　　處理後的磷石膏可代替天（tiān）然石（shí）膏生產石膏板，這在國外早有成功的經驗，如日本（běn）、韓國和德國的磷石（shí）膏利（lì）用率（lǜ）都很高。其中板材的主要形式（shì）有紙麵石膏板、纖維石膏板、麥草石膏板和石（shí）膏隔牆板等。日本（běn）每年有2Mt磷（lín）石（shí）膏製成紙麵石膏板，德國和英國每年約有1Mt磷石膏製成紙麵石膏板。我國紙麵石（shí）膏板的開發始於70年代，通過引進、消化和吸收，中國建材集團（tuán）杭州設計研究院先後（hòu）開發了（le）400萬m2/a、2000萬m2/a和3000萬m2/a國產化紙麵石膏板生產線；合肥（féi）四方磷複肥有限責任公司與合肥鴻鵬商貿有限公司合作開發了磷（lín）石膏生產石膏板等裝飾材料，可處（chù）理磷石膏400t/d；銅陵化工集團準（zhǔn）備建（jiàn）設1套4×107m2/a紙麵石膏板生產線，以消耗該（gāi）廠副產的大量磷石膏[68]。據不（bú）完全統計，2005年國內紙麵石膏板產（chǎn）量約為2×108m2，其中以天然石膏（gāo）為原料的有(1.4~1.5)×108m2，以磷石膏為原料的為(5~6)×107m2，每年可消耗磷石膏400~500kt；纖維石（shí）膏板、麥草石膏板及石膏隔牆板等裝飾（shì）石膏板總產量約為2×107m2，主要是以（yǐ）天然石膏為原料，約占到90%；磷（lín）石膏為原料的隻占（zhàn）到10%，僅消耗（hào）磷（lín）石膏20kt。

　　3.3.2粉刷石膏

　　粉刷石膏是一種新型的（de）抹灰材料。由於其凝結硬化快、黏結力強、防水性能好、體積穩定性好、質地細（xì）膩光滑，具有（yǒu）一定的保溫、隔熱、吸聲性能，施工（gōng）方便，因此在發達國家（jiā）應用廣泛。據不完全（quán）統計，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（yuán）料的，所以利用磷（lín）石膏生產粉刷石膏的市（shì）場前景相當（dāng）可觀，不僅能夠節能利廢，保護環境，而（ér）且還具有一（yī）定的經濟效益。國內有研究表明，采用石灰中和球磨預處（chù）理工藝，製成（chéng）優等（děng）品建築石膏，在此基（jī）礎（chǔ）上，利用複合緩凝劑、保水劑的超疊效應，配製出性能良（liáng）好的磷石膏基粉刷材料，中試（shì）和工程試用表明，它的技術經濟性明顯優於傳統粉刷材料，是市場前景廣闊的新型粉刷（shuā）材料。

　　3.3.3牆體材料（liào）

　　歐洲（zhōu）等發達國家石膏牆體材料占全部牆體材料的50%以上，美國更高達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（liào）的僅占到8.3%，約消耗磷石膏250kt。由於現有的黏土磚耗用大量耕（gēng）地而被國家明令限製，而燒結類牆材也因為（wéi）耗能大逐漸被非燒結類牆材所代替，所以利用磷石膏生產（chǎn）非燒結磚和砌塊前景相當可觀。俞波和陳（chén）吉春研究了非（fēi）煆燒磷石膏磚，通過試驗確定了生產高強磷（lín）石膏磚原（yuán）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，在實驗室進行了工藝配方的（de）研究（jiū），並投入實踐。2001年，北京力博特爾科技有限（xiàn）公司開發出年產(5~150)×104m2石膏空心砌塊智（zhì）能化控製生產流水（shuǐ）線，投資（zī）僅為國外的1/10，目前該裝置（zhì）生產的（de）石（shí）膏空心（xīn）砌塊已在建築行業投入使用。目前，國內石膏砌（qì）塊的發展較快，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量將達到2000萬m2。

　　3.4磷石膏生產築路材料

　　用磷石膏對二灰土(用石灰、粉煤灰作固化劑穩定土料)進行（háng）增強改性，生產出一種（zhǒng）“高性能的磷石膏二灰穩定土半幹性基層材料”，可有（yǒu）效避免二灰土（tǔ）作路麵基層其早期強度低的缺點，還能（néng）進一步改善（shàn）二灰土的抗裂性，該築路（lù）材料（liào）的推廣應用可大（dà）量消耗磷石膏（gāo）。法國（guó）、比利時、印度、前蘇聯、美國等都在用磷石膏作築路材料。美國佛羅裏達（dá）磷酸鹽研究所將磷石膏用於停車場路（lù）麵，以（yǐ）及將磷石膏用作公路路基，均取得良好效果。

　　3.5其他方麵

　　磷石膏還可以用於生產新型建（jiàn）築材料，如新型石膏陶瓷（cí）裝飾材料、石膏（gāo）基導電材料、石膏基磁性材料、新型（xíng）隔熱（rè）材料（liào）、新型磷石膏基聚氯乙烯型材、高水速凝固材料——礦山填充劑、自流平材料等。

　　04、結（jié）語

　　隨著我國城市化進程加快，對建材的需求量持續（xù）增長，其（qí）中石膏建材作為綠色生態建材以其優異的性能而越來越受關注。目前，磷石膏的排放量已經給環境、企業（yè）等造成嚴重的負擔，其資源化利用迫在眉睫。磷石膏的資源（yuán）化利用應重點著眼於（yú）生產水泥緩凝劑和建築石膏膠凝材料。我國水泥工業每年需作緩凝劑的石膏（gāo）量約5000萬（wàn）噸，這是一個及其廣闊的市場，如果利用磷石膏代替天然（rán）石膏，既能減少天（tiān）然石膏資源的消耗，又可大量消耗磷石（shí）膏，降低環（huán）境負荷。我國石（shí）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（guǎng），利（lì）用磷石膏生產出來的建築石膏膠凝材料必將在建材領域（yù）扮演重要角色。在此基礎上（shàng），利（lì）用磷建築石膏生產出來的各種石膏製品如粉刷石膏等也（yě）將得到廣泛的應用。

　　目前，雖然國內磷石膏的綜合利用雖然取得一（yī）些（xiē）可喜的成果，但（dàn）是仍然存在一些急需解決的問（wèn）題，如磷石膏的雜質成分波動不定（dìng），預處理成本偏高以及（jí）其他化學石膏（gāo）的衝擊等，因而必須加強基礎研究（jiū）,盡快摸索磷石膏雜質對水泥緩凝劑和建築石膏板等製品（pǐn）性能的影響規律（lǜ），加快區域企業的合作力（lì）度，完善產業政策以及稅收（shōu）財政政策。