王金龙，文玉

（云南省建筑材料科学研究设计院有限公司 云南昆明 650221）

1 磷石膏的来源及成分

普通过磷酸钙生产过程中，除生成磷肥和磷酸外，还会形成副产物——磷石膏。每生产1t的磷酸，产生5.0t左右磷石膏。

磷石膏的主要成分为 CaSO4.2H2O、Fe2O3、Al2O3、MgO、P2O5和F等，同时还含有少量的钾、钠等元素，一般呈酸性。部分地区的磷石膏还含有少量的SiO2、重金属及放射性元素。

2 磷石膏的产量和利用现状

全国除北京、天津、上海、吉林、黑龙江、海南、西藏等省区市外，其余省份均有磷石膏产出，磷石膏排放企业主要集中分布在云南、贵州、湖北、四川等产磷省份。目前，我国磷石膏的累计堆存量已达3亿t以上。2019年我国磷石膏产生量为7600万t。2010~2019年我国磷石膏的产量见图1。

图1 2010～2019年我国磷石膏的产量

2019年，我国磷石膏综合利用量达到2770万t，同比增长4.5%，当年综合利用率36.45%，同比提高了3%，但远没有达到国家工信部提出的“十三五”末达到50%的要求。2010~2019年我国磷石膏的利用量及利用率见图2。

图2 2010～2019年我国磷石膏的利用量及利用率

3 磷石膏的产生和利用存在的主要问题

3.1 磷石膏产生的资源消耗

按磷矿中P2O5含量28%计算，每生产1t湿法磷酸，需要2.8~3.3t磷矿石，2.2~2.7t硫酸。由于我国是缺硫的国家，每年要进口大量硫磺制造硫酸，用于磷肥和磷酸生产。

磷石膏堆存需占用大量土地，造成了大量的土地资源浪费。

3.2 磷石膏堆存对环境的污染

磷石膏的主要杂质是氟化物和五氧化二磷，并且呈较强的酸性。磷石膏的PH值平均为1.9；氟化物含量平均为2.04%；总五氧化二磷平均为17.1%；可溶性五氧化二磷平均为5.7%。因此磷石膏的堆存场地产生的磷溶水对环境的危害很大。

3.3 磷石膏尚未获得大规模利用

磷石膏中二水硫酸钙的含量一般在70%以上，其杂质分为可溶性和不溶性两大类。可溶性杂质主要有可溶磷、可溶性氟、Cl-及碱金属盐等，不溶性杂质主要是硅砂和少量的有机物等。这些杂质对磷石膏的性能有很大的影响，是制约磷石膏再利用的主要因素。

4 磷石膏的主要利用途经

磷石膏虽然利用起来很难，但对环境的污染不可忽视，所以磷石膏的综合利用势在必行，然其利用途径有限，在我国国内主要用于建材行业、土壤改良、硫铵化工等方面。

5 磷石膏在建材行业的综合利用

当前，磷石膏在建材行业的综合利用已取得了很大发展，主要是用作磷石膏砂浆、磷石膏水泥缓凝剂、磷石膏腻子、磷石膏砌块等。

5.1 磷石膏砂浆

砂浆主要分为砌筑砂浆、自流平砂浆、嵌缝砂浆及抹灰砂浆，传统的砂浆采用水泥和价格低廉的天然河砂作为主要原料，然而对自然环境的破坏极大。近年来，国家对生态环境的保护力度加大，多地已出台“禁砂令”，使得机制砂得以发展，然而，机制砂的生产成本高，且对自然环境的破坏也不小。因而，磷石膏作为制作砂浆的主要原料成为了可能。

与水泥砂浆对比，磷石膏砂浆在粘结强度、线性收缩率、绝热防火、重量、施工难度等方面均优于水泥砂浆，其对比见表1。

表1 磷石膏砂浆与水泥砂浆对比表

同时，水泥砂浆的施工厚度不能小于25mm，否则极易产生空鼓和开裂等问题，而采用磷石膏砂浆可有效避免此问题。

全国2019年施工房屋面积89.38亿m2，需用砂浆19306万t，若按市场占比10%进行计算，磷石膏砂浆用量可达1930万t，每年可综合利用磷石膏1500万t，其市场前景非常广阔。

5.2 磷石膏水泥缓凝剂

水泥是建筑行业最大综的建筑材料，全国2019年施工房屋面积89.38亿m2，需用水泥混凝土35.75亿m3，其中水泥用量为12.51亿t，需用石膏6256万t，按磷石膏占比30%进行计算，为1877万t。目前用于水泥缓凝剂的磷石膏占比较小（≤20%），主要是因为磷石膏的特性，在水泥生产过程中当磷石膏水泥缓凝剂进入磨头仓，在下料的过程中可能会造成结仓、结壁和发生下料堵塞等现象。若直接用于水泥生产会造成物料输送不畅、混合不匀，影响水泥正常生产等问题的出现，同时，磷石膏中的杂质对其作为水泥缓凝剂的性能影响较大，但通过改性等无害化处理后可转变为优质的改性磷石膏水泥缓凝剂。其有一定的市场份额，但改性磷石膏水泥缓凝剂由于受到于然石膏水泥缓凝剂和脱硫石膏的影响水泥缓凝剂的影响。

5.3 磷石膏腻子

根据标准，石膏腻子的开放工作时间为50~90min，初凝时间应达到90~130min，磷石膏的初凝时间一般在5~10min，需要进行大幅度的缓凝，柠檬酸、磷酸盐、骨胶等三类缓凝剂对磷石膏的缓凝效果显著。

柠檬酸作为磷石膏腻子的缓凝剂是最合适的，磷石膏浆体的凝结时间随着掺量的增加平缓延长，在不超过0.1%的掺量，就可以有很好的缓凝效果。当掺量超过0.1%时，对石膏硬化体强度影响加剧，应控制柠檬酸的掺量。同时引入骨胶，骨胶对石膏硬化体强度影响很小。在施工过程中，腻子薄层对保水要求很高，应增加0.35%的纤维素醚改善其保水性。

全国2019年施工房屋面积89.38亿m2，按每平方的建筑需要腻子6.5kg计算，共需腻子粉5810万t，若按15%的市场份额，每年可综合利用磷石膏870万t。市场前景较好。

5.4 磷石膏砌块

普通的磷石膏砌块由于自由水占据了磷石膏砌块内大量的空间，造成了虽然密度小，但硬度小、强度低、搬运过程中易破碎、市场认同率低等缺陷，制约了磷石膏砌块的发展。近几年，经过行业内科研人员的努力，终于解决了以上问题，发展了几种磷石膏砌块的生产工艺。目前，磷石膏砌块的生产工艺主要有半干法石膏和干法石膏。干法磷石膏砌块生产时主要是依靠磷石膏含有的水份进行自蒸养，无需加入蒸气和水。某磷石膏浇注法与干法生产测试对比见表2。

表2 磷石膏浇注法与干法生产测试对比表

可以看出，干法生产磷石膏砌块的性能完全优于浇注法，同时，也满足规范要求。

干法生产磷石膏砌块具有以下优势：工艺简单、原料（磷石膏）来源广泛、原料成本低、生产成本低、生产效率高、热利用率高、质量易控制、产品品种多、市场适应能力强、自动化程度高、环保性能好、无工业废渣排放。

半干法生产磷石膏砌块时水膏比0.3，去除水化结晶0.185，水化热排水0.02，成型后多余水0.0145，小于规范规定的≤0.08。磷石膏浇注法与干法生产测试对比见表3。

表3 磷石膏浇注法与干法生产测试对比表

半干法生产磷石膏砌块表现了其很多优点：水膏比低、砌块成型干燥速度快、生产效率高、砌块的各项指标均高于浇注法、无生产废料、环保无粉尘、工艺流程简单、力学性能好、砌块握裹力强。

综上来看，磷石膏在石膏砌块中的应用越来越广泛，市场前景广阔，磷石膏处置路径较好。

磷石膏除用在以上4个方面之外，在公路建设中，也可以作为路基填料，还可以制作石膏板、装配式建筑材料等，但因市场认可度低，应进一步增强其性能，得到市场的认可。

6 结语

（1）目前，我国磷石膏堆积量越来越多，大量的磷石膏堆积占用了大量的土地，同时还易造成环境污染，因此，对磷石膏的综合利用是迫在眉睫。

（2）磷石膏在建材行业的综合利用目前途径较广，但整体还处于初级阶段，各种利用附加值低，还需进一步开发高附加值利用的途径。为工业废渣利用和环境保护作出更大的贡献。