工業(yè)副產(chǎn)石膏資源化利用發(fā)展現(xiàn)狀

潘文杰 刁云翔 張 璐 徐元盛 張煥煥 杜 漸

1河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002） 2 鄭州工業(yè)貿(mào)易學(xué)校（450000）

0 前言

近年來，隨著我國墻體材料改革不斷深入，石膏工業(yè)發(fā)展迅猛，對石膏的需求也日益增加，隨之而來的就是優(yōu)質(zhì)天然石膏資源逐漸枯竭。為了適應(yīng)環(huán)境保護和發(fā)展綠色工業(yè)的國情及政策需求，工業(yè)副產(chǎn)石膏的綜合利用越來越受到關(guān)注。

工業(yè)副產(chǎn)石膏主要包括脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏、芒硝石膏、氟石膏、鹽石膏、檸檬石膏等。 據(jù)統(tǒng)計，我國的天然石膏礦儲量約為570 億t，而儲量中僅有8%的石膏礦硫酸鈣含量大于90%。 除此之外，我國的石膏資源分布也極為不均衡，且近年來市場急劇發(fā)展，對石膏資源的需求不斷擴大，資源浪費極為嚴重。 如若將工業(yè)副產(chǎn)石膏合理利用，不但可以滿足社會發(fā)展對石膏資源的巨大需求，也可以避免工業(yè)副產(chǎn)石膏不斷增加帶來的環(huán)境污染問題。

通常情況下，工業(yè)副產(chǎn)石膏有效成分二水硫酸鈣含量均較高。 如脫硫石膏中二水硫酸鈣含量為80%~96%， 磷石膏中二水硫酸鈣含量為75%~90%。從有效物質(zhì)含量角度考慮，工業(yè)副產(chǎn)石膏替代天然石膏被加以資源化利用具有充分的依據(jù)。

1 脫硫石膏的資源化利用發(fā)展現(xiàn)狀

脫硫石膏用作水泥緩凝劑是目前脫硫石膏最主要的利用方式。 脫硫石膏粒徑小、二水硫酸鈣含量高，用脫硫石膏替代天然石膏作水泥緩凝劑，不僅降低生產(chǎn)能耗，而且對水泥的細度、凝結(jié)時間、放射性、抗壓強度、抗折強度等均無不良影響，各項技術(shù)指標符合國家相關(guān)標準要求。 孫俊杰等研究了脫硫石膏中亞硫酸鹽對水泥物理、化學(xué)性能、緩凝時間影響。 研究結(jié)果表明，脫硫石膏中少量的亞硫酸鹽僅僅輕微延長了凝結(jié)時間，若提高熟料的鋁酸三鈣含量，這種影響可以忽略不計。 同濟大學(xué)的施惠生對脫硫石膏作為水泥緩凝劑與天然石膏進行對比表明，脫硫石膏對水泥有較好的改性作用，水泥的強度和凝結(jié)時間都有所提高。

脫硫石膏經(jīng)煅燒可制備β 型半水石膏，即脫硫建筑石膏。 在脫硫建筑石膏中摻入添加劑和纖維，可用于制備石膏板。 脫硫石膏中的可溶性鹽、有機物等雜質(zhì)是影響石膏板質(zhì)量的重要因素。 脫硫建筑石膏還可制備粉刷石膏。 重慶大學(xué)對珞璜電廠脫硫石膏制備的粉刷石膏研究分析表明，利用脫硫建筑石膏制備的粉刷石膏完全可以滿足標準要求。 在我國，影響脫硫石膏制備粉刷石膏的關(guān)鍵因素是脫硫石膏的白度。 跟國外相比，我國除塵器出口的煙塵含量比較高， 所以生產(chǎn)出的脫硫石膏多為灰褐色，這樣就會影響粉刷石膏的白度， 影響建筑物美觀，這是很多石膏企業(yè)不愿采用脫硫石膏制備建筑石膏粉的重要原因之一。

同樣的，脫硫石膏也可燒制α 型半水石膏，即高強石膏。 α 型半水石膏的制備方法主要有蒸壓法、加壓水溶液法及常壓鹽溶液法。 我國東南大學(xué)的段珍華利用動態(tài)水熱法，用脫硫石膏制備出了抗壓強度40~60 MPa 的α 型半水石膏。廈門市建筑科學(xué)研究所的桂苗苗等采用蒸壓法，在溫度為150 ℃條件下蒸壓8 h， 然后烘干24 h， 可制得抗壓強度為26.8 MPa 的α 型半水石膏。 塊狀石膏制備的 α 型半水石膏比粉狀制備的強度高， 而脫硫石膏多呈細粉狀，影響了脫硫石膏在制備α 型半水石膏中的應(yīng)用。

此外，脫硫石膏還可用于制備石膏砌塊、石膏條板以及改良鹽堿土壤等。

2 磷石膏的資源化利用發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)中國磷復(fù)肥工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2017 年我國磷石膏產(chǎn)生量為75.0 Mt， 磷石膏綜合利用率僅為38.67%。 目前，將磷石膏用于建材領(lǐng)域是我國除了堆存處置之外消納磷石膏的主要途徑。

利用磷石膏為原料可生產(chǎn)石膏條板，主要用于建筑的非承重內(nèi)墻。 西安是我國利用磷石膏發(fā)展石膏條板制品成效較為顯著的城市之一，有小型石膏條板生產(chǎn)企業(yè)43 家，銀川、南京等地繼西安之后也建成了7～8 家石膏條板生產(chǎn)企業(yè)。

磷石膏還可以用于建設(shè)工程基礎(chǔ)材料，如廢棄的礦井回填、路基筑路或筑壩材料等。 但磷石膏因其雜質(zhì)的影響，在用于生產(chǎn)石膏建材時需進行一定的預(yù)處理，這導(dǎo)致磷石膏建材產(chǎn)品發(fā)展舉步維艱。

3 鈦石膏的資源化利用發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)中國涂料工業(yè)協(xié)會鈦白粉分會提供的2017 年鈦石膏各途徑利用量占比分析，鈦白粉企業(yè)排放的鈦石膏主要還是作堆放和填埋處理，生產(chǎn)的石膏建材（如砌磚），由于缺少相關(guān)的標準，得不到市場認可。 從全行業(yè)來看，鈦石膏的資源化利用仍處于起步階段。 由于對鈦石膏沒有準確定性，缺乏相應(yīng)的處理處置技術(shù)和控制管理標準，國內(nèi)各區(qū)域管理要求不一。

鈦石膏僅有少量用于復(fù)合膠結(jié)材料和作為外加劑使用，主要是用作水泥緩凝劑和建材，也有用作土壤改良劑復(fù)墾造地、高速公路基材、井下采空回填材料等。 雖然國內(nèi)有很多鈦石膏綜合利用的技術(shù)和文獻，但鈦石膏質(zhì)量標準缺失，其質(zhì)量參差不齊，很難達到質(zhì)量穩(wěn)定的要求，因此市場認可度較差，嚴重影響了鈦石膏綜合利用。 鈦石膏綜合利用率約為10%。

研究表明，經(jīng)烘干的鈦石膏可以直接用作水泥緩凝劑。 此外，鈦石膏用作水泥緩凝劑與天然石膏相比，可明顯地延長水泥的初凝和終凝時間，抗折、抗壓強度也有所提高。 因此，鈦石膏經(jīng)過除雜處理，完全可以替代天然石膏作為水泥緩凝劑。

鈦石膏經(jīng)煅燒后，可與粉煤灰復(fù)合制作膠結(jié)材料，經(jīng)過煅燒的鈦石膏可增大復(fù)合膠凝材料的標準稠度需水量，縮短復(fù)合膠結(jié)材料的凝結(jié)時間，大幅度提高復(fù)合膠凝材料的強度。

4 其他工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用發(fā)展現(xiàn)狀

除上述幾類主要的工業(yè)副產(chǎn)石膏外，人們對產(chǎn)量相對較少，所含雜質(zhì)較復(fù)雜的其他一些種類的工業(yè)副產(chǎn)石膏也進行了資源化利用研究。 如王裕銀等通過研究發(fā)現(xiàn)，以建筑氟石膏為原料，在添加早強劑20%、復(fù)合激發(fā)劑2% 的條件下，氟石膏砌塊的各項指標符合國家相關(guān)要求。 檸檬酸石膏經(jīng)過閃燒后， 再經(jīng)過1～2 個星期的冷卻后即得到建筑石膏。經(jīng)處理后的檸檬酸石膏強度高，凝結(jié)時間短。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段，對工業(yè)副產(chǎn)石膏的綜合利用尚處于起步階段，其資源化利用的數(shù)量同每年新增的工業(yè)副產(chǎn)石膏總量相比微不足道。 因此，不論從企業(yè)的生存發(fā)展、環(huán)境保護、資源保護和工業(yè)副產(chǎn)石膏的綜合開發(fā)利用來看，工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用是大勢所趨，是符合國家持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護、節(jié)能利廢等產(chǎn)業(yè)政策的。