銘將機械

　　磷石膏是磷複肥工（gōng）業的副產（chǎn）物，它的綜合利用對於環保、節（jiē）能以及磷複肥工業的可持續（xù）發（fā）展有重大的現（xiàn）實意義。本文介紹了（le）磷石膏自身的（de）特點及其應用的影響因素，綜述了國內外磷石膏（gāo）在建築材料領（lǐng）域的應用情況,並指出了磷石膏在建材領域應用中存在的一些（xiē）問題。

　　01、引言

　　磷石（shí）膏是生產磷酸、磷肥時排出的固體（tǐ）廢棄物，每生（shēng）產1噸磷酸約產（chǎn）生4~5噸磷石膏。從全世界範（fàn）圍來（lái）看，磷石膏的年排放量已（yǐ）達到了280Mt。目前全世界磷石膏的（de）有效利用（yòng）率僅為4.5%左右，日本、韓國和德國等發達國家磷石膏的（de）利用率相對高一些，其他不發達國家磷石膏的利用率相對很低，一般以直接排放(拋棄)為主，如我國綜合利用率隻有10%左右。我國磷化工行業每年排放磷（lín）石膏量約5000萬噸，占工業副產（chǎn）石膏的70%以上，而且以每年15%的（de）速率增長，目前全國磷石（shí）膏累計堆存量超過1億噸，不僅大量占用土地，而且容易（yì）造成環境（jìng）汙染（rǎn），成為困擾磷化工業健康發展的一大難題。為此，中國磷肥工業協會提出，“十一五”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%。磷石膏（gāo）的資源化對於環境保（bǎo）護、節約資源和磷肥行業的可持續發展具有重大的現實意義。

　　利用磷石膏生產石膏建材是磷石膏資源（yuán）化利用的（de）一個重要的方向。以磷石膏為原材料生產建築石膏粉及相關（guān）建材製品、水泥緩（huǎn）凝劑等，不僅可化害為利，變廢為寶，具有良好的經濟效益，而且（qiě）對保護耕地、保護環境、節約建築能耗有著十分重要的意義。但（dàn）磷石膏不同於天（tiān）然石膏，由於它本身含有的雜質和顆粒結構的差異，使其不（bú）能（néng）直接代替天然石膏用於生產石膏建材。

　　本文簡要介紹（shào）了（le）磷石膏的組成特點及其應用的影（yǐng）響因素（sù），綜述了磷石膏在建材方麵的（de）應用，並（bìng）為磷石膏在建材（cái）方麵的應用提出相應的建議。

　　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，含水率很高，由於含有未分（fèn）解的磷礦、未洗滌（dí）幹淨的磷酸（suān）、氟化鈣、鐵鋁氧化物、酸不溶物、有機物等少量雜質呈淺灰白色，能溶於酸、銨鹽、甘油，微溶於水，不溶於乙醇（chún），128℃時（shí）失水（shuǐ）呈（chéng）半水石膏(CaSO4·1/2H2O)，160℃時失水成無水石膏。此外（wài），用於建材行業（yè）的磷石膏的放射性應符合GB6566-2001《建（jiàn）築材料放射性核素限量》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（xìng）能不如天（tiān）然石膏，不能直接作（zuò）為石膏建材使用。探明（míng）雜質對磷石膏性（xìng）能的影（yǐng）響（xiǎng）規律，對其進行經濟有效的預處理（lǐ）以消除（chú）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（xìng）能（néng）的影（yǐng）響（xiǎng）進行了廣泛的研究。磷石膏多種雜質中，磷對磷石膏（gāo）性能影響最大，具體表（biǎo）現為延長磷石膏凝結時（shí）間，降低硬化體強度（dù）。磷石膏中（zhōng）磷組（zǔ）分（fèn）主要有可溶磷、共晶磷、沉（chén）澱磷三種（zhǒng）形態，以（yǐ）可溶磷對性能影響最大。有機物、共晶（jīng）磷是（shì）僅次（cì）於（yú）可溶磷的有害雜質。H.Ölmez等用紅外吸收光譜證實了共晶磷的存在；彭家惠等研究了有機物的種類、結構以及有機物和共晶磷在磷（lín）石膏中的分布規律，並（bìng）證實了它們對磷（lín）石膏性能的影響。可溶（róng）性氟使建築石膏凝結（jié）時間縮短。

　　磷石膏因其雜質的影響，要直接用於生產石膏（gāo）建（jiàn）材，應進行（háng）一定的預處理。常用的預處（chù）理工藝有水洗、石灰中和、球磨、浮選、篩分、煆燒以及陳（chén）化等[27]。在實際利用時不僅要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（hé）各種因素來選擇經（jīng）濟而又合理的（de）預處理方式。

　　03.磷（lín）石膏在（zài）建材（cái）領域（yù）的應用

　　3.1磷（lín）石膏用於生產石膏膠凝材料（liào）

　　磷石膏用於生產石膏膠凝材料主要有α型和β型半水石膏。其工藝流程大體上分兩類：一類是利用高壓釜（fǔ）法將二（èr）水石（shí）膏轉換成α型半水石膏，即：磷（lín）石膏廢渣→浮選除雜→水熱轉化→真空固液（yè）分離→成型。如德國的居利尼公司(Gebr，Giulini)，將二水石膏水洗後再用高溫高（gāo）壓蒸汽處理，將其轉化成（chéng）α型半水（shuǐ）石（shí）膏。英國ICI公司（sī）則先加水將磷石膏製成料漿，洗滌後送入高壓釜（fǔ）中轉化。南京化學工業公司磷肥廠與上海建築科學（xué）研究所合（hé）作製取的α型半水石膏（gāo），其抗（kàng）拉強度達40MPa。南京大廠鎮建材廠利（lì）用南京（jīng）化學工業公司磷肥廠的副產物磷石（shí）膏生產α型半水石膏，產品質量超過二級建築石膏標準。我國東南大學也對磷石膏製α半水石膏工藝進行了研究（jiū）與開（kāi）發（fā），該法（fǎ）是將磷（lín）石膏加水製成料漿，在反應（yīng）釜中反應，並加入媒晶劑，使生成的α半水石膏晶形發育完全（quán）、強度高（gāo）。另一類是利用烘（hōng）烤法使二水石（shí）膏脫水成β型半（bàn）水石膏，即：磷（lín）石膏廢渣→浮（fú）選除雜→固液分離→幹燥→煆燒→粉磨→成品。法國羅納-普朗克(Rhone-Poulenc)公司將磷石（shí）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β型半水石膏。

　　另外，將磷石膏煆燒（shāo）成無水石膏，同時除去有機物（wù）和共晶磷，在其活性激（jī）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（dé）國克納夫工藝的SⅡ法、SⅢ法無水石膏膠結料已在（zài）德國和比利（lì）時投入工業（yè）化生產。國內有研究表明，磷石（shí）膏基無水石膏膠結材（cái），除保持了石膏基（jī）材料（liào）的優點外（wài），且耐水性與強度大大優於（yú）建築石膏，可用於配製砌築、抹麵砂（shā）漿，生（shēng）產輕質砌塊等。

　　發展中國家石（shí）膏膠凝材料占水（shuǐ）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，利用磷石膏開發石膏膠（jiāo）凝材料發展潛力極大。

　　3.2磷石膏在水泥行（háng）業的應用

　　3.2.1用作水（shuǐ）泥（ní）緩凝（níng）劑

　　日本早在1955年就著手磷石膏作水泥（ní）緩凝劑的開發工作，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（rì）本日（rì）產化學公司將經（jīng）過幹（gàn）燥的磷石膏用石灰中（zhōng）和後進入回轉窯煆燒，控製煆燒條件，使其（qí）變（biàn）成半水石膏與無水石膏的混合物（wù），並在盤式（shì）粒化器（qì）中加水造粒(重新水化成（chéng）二水石膏)，製成水（shuǐ）泥緩（huǎn）凝劑。今天，日本（běn）的水泥工業已幾乎不再采用天然石膏了。除（chú）日本以（yǐ）外，世（shì）界（jiè）上其他國家也有類似於日本的煆燒轉化法的生產裝置，其中（zhōng）菲律賓有一套（tào）150kt/a裝置，韓國有一套200kt/a的裝置。我國磷石膏利用的研（yán）究開（kāi）發工作起步較晚（wǎn），特別是利用磷石膏作水泥緩凝劑（jì）的（de）研究工作進展較慢。目前銅陵化工集團（tuán）磷石膏綜合開發公司有一（yī）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（xiāo）往銅陵水（shuǐ）泥廠、海螺集團（tuán）銅陵分（fèn）廠等單位，用戶（hù）反映良（liáng）好；另外，陝西華縣化工建材廠也（yě）建成了一套30kt/a的水泥緩凝劑生產裝置（zhì）。

　　國內外對磷（lín）石膏作水泥緩凝劑及其對水（shuǐ）泥性能的（de）影（yǐng）響也做（zuò）了相（xiàng）應的研究。如J.H.Potgieter[60]等研究表明磷石膏可（kě）以成功的代替天然石膏作（zuò）為水泥緩凝劑（jì）用於普通矽酸鹽水泥和粉煤灰矽酸鹽水泥（ní）中。彭（péng）家惠等研究指出磷石膏經石灰（huī）中和後於800℃煆燒的無水（shuǐ）石膏作水泥緩凝劑，克服了磷石膏作緩凝劑時水泥早期強度降低的缺陷，其強度性（xìng）能優於采用（yòng）天然石膏的水泥。鄭建國[62]等（děng）研究指（zhǐ）出通過加入適量生石灰使磷石（shí）膏改性，可有效消（xiāo）除（chú）可溶磷對水泥性能的不良影響。

　　3.2.2用磷石膏製（zhì）硫酸聯產矽酸鹽水泥

　　磷石膏製（zhì）硫（liú）酸聯產（chǎn）水（shuǐ）泥的工（gōng）藝原理是將磷石（shí）膏高溫分解，所得SO3用於生（shēng）產硫酸，CaO用於（yú）生產水泥。20世紀六七十年代（dài）歐洲開發出轉窯（yáo）法煤還（hái）原（yuán）磷石膏生產硫酸（suān）聯產水泥的工藝，1986年雲南磷肥廠建（jiàn）成國內第一套磷石膏生產100kt/a硫酸聯產100kt/a水（shuǐ）泥裝置，1999年山東魯北化工集團公司采用自主知識產權開發了旋風預熱器窯外（wài）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（shuǐ）泥裝置。從長遠來看磷石膏生產硫酸、水（shuǐ）泥工藝隻要具有一定的規模並大力降低能耗，是有一定競爭力的，不失為是一（yī）條具（jù）有前景的出路。

　　3.2.3用磷石膏低（dī）堿度水泥和礦渣水泥

　　生產硫鋁酸（suān）鹽、鐵鋁酸鹽水泥等（děng）低堿度水泥（ní）時（shí），生料配料需要石膏（gāo），熟料燒成後，還需要（yào）外摻石膏磨製水（shuǐ）泥，需要石膏量大，完全（quán）可以利用（yòng）工業廢渣磷石膏代替天然石膏。李（lǐ）德棟等（děng）研究表明：摻入磷石膏可（kě）改善水泥生料的易磨性和易澆性，使生料和熟料產量都有提高（gāo），並可改善熟（shú）料的凝結特性，隨著磷石膏摻（chān）入量的增加，熟料的早期強度有下降的趨（qū）勢。

　　用礦渣、無（wú）水磷石膏和熟料配製的磷石膏礦渣（zhā）水泥（ní）可用於某些特殊工程，其硫酸鈣含量可達15%~18%，可防止硫酸鹽侵蝕[46]。

　　3.2.4用作水泥生產中的礦化（huà）劑（jì）

　　水泥生產中，在生料中加入（rù）適量的SO3和（hé）F-可起到礦化作用（yòng），通過活化二氧化矽來降低液相的（de）形（xíng）成溫度（dù），改善熟料的礦物組成，在實際生產中（zhōng）通常是加（jiā）入硫酸鈣和氟化鈣。磷石膏主要成分是二水硫酸鈣及少量的氟化鈣，無需預處理就可直接作為（wéi）礦化劑使用，同時還含有少量P2O5，在生產過程中對C3S的形（xíng）成及遊（yóu）離氧化鈣的吸收有促進作用。周（zhōu）誌宏等（děng）人通過實踐證明，磷石膏的礦化作用略優於天然石膏（gāo），可達到提（tí）高水泥熟料的質量，降低（dī）熟料燒成溫度的效果。

　　3.3磷石膏在建材製品方麵的應用

　　磷石膏經預處理後煆燒生產的建（jiàn）築石膏，可（kě）以用於製造紙麵石膏（gāo）板、纖維石膏板（bǎn）、空心條（tiáo）板、空心砌塊（kuài）、建築標準磚以及其他石（shí）膏膠結材，如粉刷石膏、嵌縫石膏和充填（tián）石膏等建材製品。這些產（chǎn）品具有良好的絕熱性和溫度調節性，易於施工、裝飾效果（guǒ）好，具有（yǒu）很好的市場前景，是（shì）磷石膏利用（yòng）的有效途徑。

　　3.3.1石膏板材

　　處（chù）理後的（de）磷石膏可代替天然石膏生產石膏板，這（zhè）在國外早有成功的經驗，如日本、韓國和德國的磷石膏利（lì）用率都很（hěn）高。其中板材的主要（yào）形式有紙麵石膏板、纖維石膏板、麥草石膏板和石膏隔牆板等。日本（běn）每（měi）年有2Mt磷石膏製成紙麵石膏板，德國（guó）和英國每年約有1Mt磷石膏製成紙麵（miàn）石膏板。我（wǒ）國紙麵石膏板的開發始（shǐ）於70年代，通過引進（jìn）、消化（huà）和吸收，中國建材集團杭州設計研究院先後開發了（le）400萬（wàn）m2/a、2000萬m2/a和3000萬m2/a國產化紙麵石膏板生產（chǎn）線（xiàn）；合肥四方磷複肥有限責任公司與（yǔ）合肥鴻鵬商貿有限公司合作開發了磷石膏生產石膏板等（děng）裝飾材料，可處（chù）理磷石膏400t/d；銅陵化工集團準備建（jiàn）設1套4×107m2/a紙麵石膏板（bǎn）生產線，以消耗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（gāo）為原料的（de）有(1.4~1.5)×108m2，以磷石膏為原（yuán）料的（de）為(5~6)×107m2，每年可消耗磷石膏400~500kt；纖維（wéi）石膏板、麥（mài）草石膏板及石膏隔牆（qiáng）板等裝飾石膏板總（zǒng）產量約為2×107m2，主要是以天然石膏為原料，約占到90%；磷石膏為原料的隻占（zhàn）到10%，僅（jǐn）消耗磷石膏20kt。

　　3.3.2粉刷石膏

　　粉刷石膏（gāo）是一種新型的抹灰材料。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（dì）細膩光滑，具有一定的保溫、隔（gé）熱、吸聲性能，施工方便，因此在發達國家應用廣泛。據（jù）不完全統計，2005年國內粉刷石膏對石膏（gāo）的需求（qiú）量約為（wéi）2Mt，幾乎全部是以天然石膏為原料的，所以利用磷石膏生產粉刷石膏的市場（chǎng）前（qián）景相當可（kě）觀，不僅能夠節能利廢，保護環境，而且還具有一定的經濟效益。國內有研（yán）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、保水劑的（de）超（chāo）疊效應，配製（zhì）出（chū）性能良好的磷石膏基粉刷（shuā）材料，中（zhōng）試和工程試用表明，它的技術（shù）經濟性明顯優於傳統粉（fěn）刷材（cái）料（liào），是市場前景廣闊的新型（xíng）粉刷（shuā）材料。

　　3.3.3牆體材料

　　歐洲等發達國家石膏牆體材料占全部牆體（tǐ）材料的（de）50%以上，美國更高達70%。據不完全統（tǒng）計，2005年國內石膏牆體材料產量為（wéi）60Mt，其中以天然石膏為原料的約55Mt，約占到91.7%；磷（lín）石膏為原料的（de）僅占到8.3%，約（yuē）消耗磷石膏250kt。由於現有的黏土磚（zhuān）耗用大量（liàng）耕地而被國家明（míng）令限製，而燒結（jié）類牆材也因為耗能大逐漸被非燒結類牆材所代替，所（suǒ）以利用磷石膏生產非燒結磚（zhuān）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磚，通（tōng）過試驗確定了生產高（gāo）強磷石膏磚（zhuān）原料的配合（hé）比及成型壓（yā）力。趙建（jiàn）華等[72]利用磷石膏研製（zhì）了耐水性石膏砌塊，在實驗室（shì）進行了工藝配方的研究，並投入實踐。2001年，北京力博特爾科技有限公司開發出（chū）年（nián）產(5~150)×104m2石膏空心（xīn）砌塊智能化控製生（shēng）產流（liú）水線，投資僅為國外的（de）1/10，目前（qián）該裝置生產的石膏（gāo）空心砌塊已在建築行業投入使用。目前，國內石膏砌塊的發展較快，山東省建成或（huò）擬建40~60萬噸的生產線有4~6條，預計2010年國內（nèi）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（shí）膏對二灰土(用（yòng）石灰（huī）、粉煤灰作固化劑穩定土料)進行增強改性，生產出一（yī）種“高性能的磷石膏二灰穩定土半幹性基層材料”，可（kě）有效避免二灰土作路麵基層其早期強度低的缺點，還能（néng）進一步改善二灰土的抗裂性，該築路材料的推（tuī）廣應用可大量消耗磷石膏。法國、比利（lì）時、印度、前蘇聯、美國等（děng）都在用磷石膏作築路材料。美國佛羅裏達磷酸鹽研究所將磷石膏用於（yú）停車場路麵，以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築材料，如新型石膏陶瓷裝飾材料（liào）、石（shí）膏（gāo）基導電材料、石膏基磁性材料、新型隔熱材料（liào）、新型磷石膏基聚氯乙烯型材、高水速（sù）凝固（gù）材料——礦山填充劑（jì）、自流平材（cái）料等。

　　04、結語

　　隨著我國城市化進程加（jiā）快，對（duì）建材的需（xū）求量（liàng）持續增長，其中石膏建（jiàn）材作為綠色生態建材（cái）以其優異的性能而越來越受關注。目前，磷石膏的排放量已（yǐ）經給環境、企業等造成嚴重的負擔，其資源化（huà）利（lì）用迫在眉睫。磷石（shí）膏的資源化利用應重點著眼於生（shēng）產水（shuǐ）泥緩凝劑和建築石（shí）膏膠凝材料。我國水泥工業每年需作緩凝（níng）劑的（de）石膏量約（yuē）5000萬噸，這是一個及其廣闊的（de）市場，如果利用磷石膏代替天然石膏，既能減少天（tiān）然石（shí）膏資源的消（xiāo）耗，又（yòu）可大量消（xiāo）耗磷石膏（gāo），降低環境（jìng）負荷。我國石（shí）膏膠凝材料的比重還很低（dī），但是隨（suí）著國家節能減排政策（cè）的（de）推廣（guǎng），利用磷石膏（gāo）生產出（chū）來的建築石膏膠凝材料必將在建材領域扮演重要角色。在此基礎上，利用磷建（jiàn）築石膏生產出來的各種石（shí）膏（gāo）製品如粉刷（shuā）石膏等也將得到廣泛的（de）應用。

　　目前，雖然（rán）國內磷石膏的綜合利用雖（suī）然取得一些可喜的成（chéng）果，但是仍然存在一些急需解決的問題，如磷石（shí）膏的雜質成分波（bō）動（dòng）不定，預處理成本偏高以及其他（tā）化學石膏的衝擊等，因而必須加強基礎研究,盡快摸索磷（lín）石膏雜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（yù）企業的合作力度，完善產業政策以及稅收財（cái）政政策。