銘將（jiāng）機械

　　磷石膏是（shì）磷複肥工業的（de）副產物（wù），它的綜合利用對於環保、節能以及磷複（fù）肥（féi）工業（yè）的可持續發展有重大的現實意（yì）義。本文介紹了磷石膏自身的特點及其應用的影響因素，綜述了國內外磷石膏在建（jiàn）築材料領域的應用情況,並（bìng）指出了磷石膏在建材領域應用中存在的一些問題。

　　01、引言

　　磷石膏是（shì）生產磷酸、磷肥時排出的固（gù）體廢棄物，每生產1噸磷酸約產生4~5噸磷石膏。從全世界範圍來看，磷石（shí）膏的年排放量已達到了280Mt。目前全世界磷（lín）石膏（gāo）的有效利用率僅為4.5%左右，日本、韓國和德國等發（fā）達國（guó）家（jiā）磷石膏的利（lì）用率相對高一些，其（qí）他不發（fā）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（rú）我國（guó）綜合利用（yòng）率隻（zhī）有10%左（zuǒ）右。我國磷化工行業每年排放磷石膏量約5000萬噸（dūn），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（gāo）累（lèi）計堆（duī）存量超過（guò）1億（yì）噸，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康發展的一大難題。為此，中（zhōng）國磷肥（féi）工業協會提出，“十一五”期間，磷石膏年處理量要超（chāo）過1000萬噸，到（dào）2010年綜合利用（yòng）率要提高（gāo）到20%。磷石（shí）膏（gāo）的資源化對（duì）於環境保護、節約（yuē）資（zī）源和磷肥行業的（de）可持續發展具有重大（dà）的現實意義。

　　利用（yòng）磷石膏生產石膏建材是磷石膏（gāo）資源化利用的一個（gè）重要的方向。以磷石膏為原（yuán）材料生產建築石膏粉及相關建材製品、水泥緩凝（níng）劑等（děng），不僅可化害為利，變廢為寶，具有良好的經濟效益，而且對保護耕地、保護環境、節約建築能耗有著十分重要的意義。但磷石（shí）膏不同於天然石（shí）膏，由於它（tā）本身含有的雜質和顆粒結構的差異（yì），使其不能直（zhí）接代替天然石（shí）膏用於生產石膏建材。

　　本文簡要介紹了磷石膏的組成特點及其應用的影響因（yīn）素，綜述了（le）磷石膏在（zài）建材方（fāng）麵的應用，並為（wéi）磷石膏在建材方麵的應用提出相應的建議。

　　02、磷石膏（gāo）特（tè）點及影響因（yīn）素

　　磷（lín）石膏的主要成分為（wéi）CaSO4·2H2O，pH值約為1.5~4.5，呈酸性，含水率很高，由於含有未分解的磷礦、未洗滌幹淨的磷酸、氟化鈣、鐵鋁氧化物、酸不溶物、有機物等少量雜質（zhì）呈淺（qiǎn）灰白色，能溶於酸、銨鹽、甘油，微溶於水，不溶於（yú）乙醇，128℃時失水呈半水石膏（gāo）(CaSO4·1/2H2O)，160℃時失水成無水石（shí）膏。此外（wài），用（yòng）於建材行業的磷石膏的放射（shè）性應符合GB6566-2001《建築材料放射性核素限（xiàn）量》中的規定（dìng）。

　　磷石膏（gāo）中由於含（hán）有磷、氟、有（yǒu）機物等多種（zhǒng）雜質，使其性能不如天然石膏，不能直接作為石膏建材使用。探明雜質對磷石膏性能的影響規律，對（duì）其進行經濟有效的（de）預處理以消除有害雜質影響，是磷石膏資源（yuán）化的關鍵（jiàn）問題之一（yī）。國內外對（duì）磷石膏中雜質及其對性能的影響進行了廣泛的研究。磷石膏多種雜質中，磷對磷石膏性能影（yǐng）響最大，具體（tǐ）表現為延（yán）長磷石（shí）膏凝結時間（jiān），降低硬化體強度。磷石膏中磷組分主要有可溶磷、共晶磷、沉（chén）澱磷三種形態，以可溶磷對（duì）性能影響最大。有機（jī）物、共晶磷是僅次於（yú）可溶磷的有害（hài）雜質。H.Ölmez等用紅外吸收光譜證實了共晶磷的存在；彭（péng）家惠等研究了有機物的（de）種類、結構以及有機物和共晶磷（lín）在磷石膏中的分布規律，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結時間縮短。

　　磷石膏因其雜質的影響，要直接用（yòng）於生產石膏（gāo）建材，應進行一定的預處（chù）理。常用的預（yù）處理工藝有水洗、石（shí）灰中和、球磨、浮選、篩分、煆燒（shāo）以及陳化等[27]。在（zài）實際利用時不僅要考慮磷石膏（gāo）中存在的雜質種類及數量，還應考慮其利用途徑和（hé）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（shí）膏在建材領域的應用

　　3.1磷石膏用（yòng）於生產石膏膠凝材（cái）料

　　磷石膏用於生產石膏膠凝材料主（zhǔ）要（yào）有α型（xíng）和β型半水石膏。其工藝流程（chéng）大體上分兩類：一類是利用高壓釜法將二（èr）水石膏轉換（huàn）成α型半水石膏，即：磷石膏廢渣→浮選除（chú）雜→水熱轉化→真空固液分離→成型。如德國（guó）的居利尼公司(Gebr，Giulini)，將（jiāng）二水石膏水洗後再用高溫高壓蒸（zhēng）汽處理，將其轉化成α型半水石膏。英國ICI公司（sī）則先加水將磷石膏製成（chéng）料（liào）漿，洗滌後送入高壓釜中（zhōng）轉化。南京化學工（gōng）業公司磷肥廠與上海建築科學研究（jiū）所合作製（zhì）取的α型半水石膏（gāo），其抗拉強（qiáng）度達40MPa。南（nán）京大廠鎮建（jiàn）材廠利用南京化（huà）學工業公司磷肥廠的副產物磷石膏生產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（dà）學也對磷石膏製α半水石膏工藝進行了研究與開（kāi）發（fā），該法是將（jiāng）磷石膏加水製成料漿，在反應釜中反應，並加入（rù）媒晶劑（jì），使生成的α半水石膏晶形發育完全、強度高（gāo）。另一類是利用烘烤法使二水石（shí）膏脫水成β型半水石（shí）膏，即：磷石膏廢渣→浮選除（chú）雜→固液分離→幹燥→煆燒→粉磨→成品。法國羅納-普朗克(Rhone-Poulenc)公司將磷石膏（gāo）初洗，過濾除雜，再加入石灰中和或浮選除雜，於（yú）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（wú）水石膏，同時除去有機物和共（gòng）晶磷（lín），在其活性激發的基礎上，用無機活性（xìng）材料改性，可製得無水石膏（gāo）膠結料。德國（guó）克（kè）納夫工藝的SⅡ法、SⅢ法無水（shuǐ）石膏膠結料已在德國和比利時投入工業化生（shēng）產。國內有研究表明，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（xìng）與強度大大優於建築石膏，可用於配製砌築、抹麵（miàn）砂漿，生產輕質砌塊（kuài）等（děng）。

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

　　3.2磷石膏在水泥行業的應用

　　3.2.1用作（zuò）水泥緩凝劑

　　日本早在1955年就著（zhe）手磷石膏作水泥緩凝劑的開發工作，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，日本日產化學公司將經過幹燥的磷石膏用石（shí）灰中和後進入回轉（zhuǎn）窯煆（duàn）燒，控製煆燒條件，使其變成半水石膏與無（wú）水石（shí）膏的混合物，並在盤式粒化器中加水造粒(重（chóng）新水化成二水石膏)，製成水泥緩凝劑。今天，日本（běn）的水（shuǐ）泥（ní）工業已幾乎不再采用天（tiān）然石膏了。除日本以外，世界上（shàng）其他國（guó）家也有類似於日本的煆（duàn）燒轉化法的生產裝置，其中菲（fēi）律賓有一套150kt/a裝置，韓國有一套200kt/a的裝置。我（wǒ）國磷石膏利用的研究開發工作起步較晚，特別是利用磷石膏作水泥緩凝劑的研究工作進展較慢（màn）。目前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，該裝置工藝類同於日本的煆（duàn）燒轉化工藝，於1999年8月投產（chǎn），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（lìng）外，陝西華縣（xiàn）化工建材廠也建成了一套30kt/a的水泥緩凝劑生產（chǎn）裝置。

　　國內外對磷石膏作水泥緩凝劑及其對水泥性能的影響也做了相應（yīng）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為水泥緩凝劑用於普通矽酸鹽水（shuǐ）泥和粉煤灰矽酸鹽水泥中。彭（péng）家（jiā）惠等研（yán）究指出磷石膏（gāo）經石灰中和後於800℃煆燒的無水石膏作水泥緩（huǎn）凝劑，克服了磷石膏作緩（huǎn）凝劑（jì）時水泥早期強度降低的缺陷，其強度性能優於采用天然石膏的水泥。鄭建國[62]等研究指出通過（guò）加入適（shì）量生石灰使（shǐ）磷石膏改性，可有效消除可溶磷對水泥性能的不良影響（xiǎng）。

　　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（chǎn）水泥的工（gōng）藝原（yuán）理（lǐ）是將磷（lín）石膏高溫（wēn）分（fèn）解，所得SO3用於生產（chǎn）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（gāo）生產硫酸聯產水泥的工（gōng）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水泥裝置，1999年山東魯北化工集（jí）團公司采用自主知（zhī）識產權開發（fā）了旋風（fēng）預熱器窯外（wài）分解煆燒技術，建成600kt/a磷銨裝置副（fù）產磷石膏製800kt/a硫酸聯產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（mó）並大力降低能耗，是（shì）有（yǒu）一定競爭（zhēng）力的，不（bú）失為是一條具有前（qián）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（lǚ）酸鹽、鐵鋁酸鹽（yán）水泥等低（dī）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（gāo）量大，完全可以利（lì）用工（gōng）業（yè）廢渣磷石膏代替天然石膏。李德棟等研究表明：摻入磷石（shí）膏（gāo）可改善水泥生料的易磨性和易澆（jiāo）性，使（shǐ）生（shēng）料和熟料產量都有提高，並可改善熟料（liào）的凝結特（tè）性，隨（suí）著磷石膏摻（chān）入量的增加，熟料的（de）早期強度有（yǒu）下降的趨勢。

　　用礦渣、無水磷石膏（gāo）和熟料配製的磷石膏礦渣水泥可用於某些（xiē）特殊工程，其硫酸鈣含量（liàng）可達15%~18%，可防止硫酸鹽（yán）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（liào）中加入適量（liàng）的SO3和F-可起到礦化作用（yòng），通過活化二氧化矽來降低液相的形成溫度，改善熟料的礦物組成，在實際生產中通常是（shì）加入硫酸鈣和氟化鈣。磷石膏主要成分是二水硫酸鈣及少量的氟（fú）化鈣，無需預處理就可（kě）直接作為礦化劑（jì）使用，同時還含有少量P2O5，在生產過程中對C3S的形成及遊（yóu）離氧化鈣的吸收有促進作用。周誌宏等人通過實（shí）踐證明，磷石膏的礦化作用略優於天然石膏，可達到提高水泥（ní）熟（shú）料的質（zhì）量，降低熟料燒成溫度的（de）效果。

　　3.3磷石膏在建材製（zhì）品方麵的應用

　　磷石膏經預處理後煆燒生產的建築石膏，可以用於製造紙麵石膏（gāo）板、纖維石膏板、空心條板、空心砌塊、建築標（biāo）準磚以及其他石膏膠結材（cái），如粉刷（shuā）石膏、嵌縫石膏（gāo）和（hé）充（chōng）填石膏等建材製品。這（zhè）些（xiē）產品具有良好的絕熱性和溫度調節性，易於施工、裝飾效果好，具有（yǒu）很好的市場前景，是（shì）磷石（shí）膏利用的有效（xiào）途徑。

　　3.3.1石膏板（bǎn）材

　　處理後（hòu）的磷石膏可（kě）代替天然石膏生產石膏板，這在國外早有成功（gōng）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（zhǔ）要形式有紙麵石膏板、纖維石膏板（bǎn）、麥草石膏板和石膏隔牆板等。日本每年有2Mt磷石膏製成紙麵石膏板，德國和英國每年（nián）約有1Mt磷石膏製成紙麵石膏板。我國（guó）紙麵石膏板的開發始（shǐ）於70年（nián）代，通過引進、消化和吸（xī）收，中國建材集團杭州（zhōu）設計研究院先後開（kāi）發了400萬m2/a、2000萬m2/a和3000萬m2/a國產化紙麵石膏板生產線；合肥四（sì）方磷（lín）複肥有限責（zé）任公司與合肥鴻鵬商貿（mào）有限公司合作開發了磷石膏生產石膏（gāo）板（bǎn）等裝飾材料（liào），可處理磷石膏400t/d；銅陵化工集團準備建設1套（tào）4×107m2/a紙麵石（shí）膏板生產線（xiàn），以消耗該廠（chǎng）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，以磷石（shí）膏為原料的為(5~6)×107m2，每年可消耗磷石（shí）膏400~500kt；纖維石膏板、麥草石膏板及石膏隔牆板等裝飾石膏板總產量約為2×107m2，主要是以天（tiān）然石（shí）膏為原料，約占（zhàn）到90%；磷石膏為（wéi）原料的隻占到10%，僅消耗（hào）磷石膏20kt。

　　3.3.2粉（fěn）刷石膏

　　粉（fěn）刷石膏是一種（zhǒng）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（zhì）地細膩光（guāng）滑，具有一定的保溫、隔熱、吸聲性能，施工方便，因此在發達國家應（yīng）用（yòng）廣泛。據不完全統（tǒng）計，2005年國內粉刷石膏對石膏的需求量約為2Mt，幾乎全部（bù）是以天然石膏為（wéi）原料的，所以利用磷石膏生（shēng）產粉（fěn）刷石膏的市場前景相（xiàng）當可觀，不僅能夠（gòu）節能利廢，保護環境，而且還（hái）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理工藝，製成優等品建築石膏，在此基礎上，利用複合緩（huǎn）凝（níng）劑、保水劑的超疊效應，配製出性能（néng）良好的（de）磷石膏基粉刷（shuā）材料，中試和工程試用表明，它的技術經濟（jì）性明顯優於傳統粉刷材料，是市場前景廣闊的新型粉（fěn）刷材料。

　　3.3.3牆體材料

　　歐洲等發達國家（jiā）石（shí）膏牆體材料占全（quán）部（bù）牆體材料的（de）50%以上，美國（guó）更高達70%。據不完全統計，2005年國內（nèi）石膏牆體材料產量為（wéi）60Mt，其中以（yǐ）天然石（shí）膏為原料的約（yuē）55Mt，約占到91.7%；磷石膏為（wéi）原料的僅占到8.3%，約消耗磷石膏250kt。由於現有的黏土磚耗用大量耕地而（ér）被（bèi）國家（jiā）明（míng）令限製，而燒結類牆材也因為（wéi）耗能大逐漸被非（fēi）燒結類（lèi）牆（qiáng）材所代替（tì），所以利用磷石膏生（shēng）產非燒結磚和砌塊前景相當可觀。俞波和陳吉春研究了非煆（duàn）燒磷（lín）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，在實驗室進行了工藝配方的研（yán）究，並投入實踐。2001年，北京力博特爾科技有限公司開發出年產(5~150)×104m2石膏空心（xīn）砌（qì）塊智能化控製生產流水線，投資僅為國外的1/10，目前該裝置生產的石膏空心砌塊已（yǐ）在建築行業投入使用。目前（qián），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（shēng）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（shí）膏生產築（zhù）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)進行增強改性，生產出一種“高性能的磷石（shí）膏二灰穩定土半幹性基層材料”，可有效避免二灰土作路麵基層其早期強度低的缺點，還能進一步改善二（èr）灰土的抗裂性，該築路（lù）材料的推廣應（yīng）用可大量消耗磷石膏。法（fǎ）國、比利時、印度、前蘇聯、美國等都在用磷石膏作築路材料。美國佛羅裏達磷酸鹽研究所將磷石（shí）膏用（yòng）於停車場路麵，以（yǐ）及將磷石膏用作公路路（lù）基，均取得（dé）良好效果。

　　3.5其（qí）他方麵

　　磷石膏還可以用（yòng）於生產新型建築材料，如新型石膏陶瓷裝飾材料、石膏基導電材料、石膏基磁性材料（liào）、新型隔熱材料、新型磷（lín）石膏基聚氯乙烯型材、高水速凝固材（cái）料——礦山填充劑、自流平材料等。

　　04、結語

　　隨著我國城市化進程加快，對（duì）建材的需求（qiú）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（néng）而（ér）越來越受關注。目前，磷（lín）石膏的排放量已經給環境、企（qǐ）業等造成嚴重（chóng）的負擔，其資源化利用迫在眉（méi）睫。磷石膏的資源（yuán）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料。我（wǒ）國水泥工業每年需作緩凝劑的石（shí）膏量約5000萬噸，這是一個（gè）及其（qí）廣闊（kuò）的市場，如果利用磷（lín）石（shí）膏代替天（tiān）然石膏（gāo），既（jì）能（néng）減少天然石膏資源的消耗，又可大量消耗磷石膏（gāo），降低環境負荷。我國石膏膠凝材料的比重還很低，但是隨著（zhe）國家節能減排政策（cè）的（de）推廣，利用磷石膏生產出來的建築石膏膠凝材料（liào）必將在建材（cái）領（lǐng）域扮演重（chóng）要角色。在（zài）此基礎上，利用磷建築石膏生產出來的各種石膏製品如粉刷石膏（gāo）等（děng）也將得到廣泛的應用。

　　目前，雖然國內磷石膏的綜合利用雖然取（qǔ）得一些可喜的（de）成果，但是仍然（rán）存在一些（xiē）急需解決的問題，如（rú）磷石膏的雜質成分波動不定，預處理成本偏高以及其（qí）他化學石膏的衝擊等，因而必須加強基礎研究,盡快摸索磷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（jiā）快區域企業的合作力度（dù），完善產（chǎn）業政策以及稅收財政政策。