磷石膏在新型建筑材料中的應(yīng)用

楊如仙 葉仙松 舒騰飛

中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 引言

我國是全球第一大磷肥生產(chǎn)國，目前，我國磷石膏堆存量已達(dá)4億噸[1]，磷石膏排放量以5000萬噸每年[2]的速度遞增，我國磷石膏大部分以堆存為主，利用率低于20%，不僅占用大量土地，而且造成環(huán)境污染。磷石膏中含有70%～90%的CaSO4·2H2O，是一種寶貴的資源，但是磷石膏含有磷、氟等雜質(zhì)限制了它的應(yīng)用，磷石膏高附加值、低成本、環(huán)保、大摻量、規(guī)?；贸蔀檠芯康闹攸c(diǎn)，磷石膏在新型建材中大摻量應(yīng)用具有廣闊的市場(chǎng)前景，受到建筑市場(chǎng)的青睞。

2 國內(nèi)磷石膏的利用現(xiàn)狀

目前，磷石膏在我國的應(yīng)用途徑有化工產(chǎn)品、工業(yè)填料、水泥緩凝劑、石膏基建材產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物降解、土壤改良等。其中，磷石膏基建材具有利用量大、污染小的特點(diǎn)，是目前最有前景的利用方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國磷石膏基建筑材料主要有水泥緩凝劑、石膏產(chǎn)品（板、砌塊、磚）、路基或填充材料、建筑石膏粉等，2017 年磷石膏在這四類建筑材料的利用比例依次是30%、16%、14%、5%[2]，當(dāng)前，我國山東省、湖北省、四川省、云南省、貴州市、重慶市的磷石膏利用發(fā)展迅猛，各種以磷石膏為基礎(chǔ)材料的新型建筑材料被廣泛的推廣應(yīng)用。主要的應(yīng)用集中在新型墻體材料、新型粉體材料、新型填充材料、新型路面基層材料。

3 磷石膏基新型建筑材料

3.1 磷石膏基高性能墻體材料

隨著人民生活質(zhì)量的提高，對(duì)建筑材料的功能性需求日益劇增，要求墻體材料具備輕質(zhì)、高強(qiáng)、節(jié)能、環(huán)保等功能，傳統(tǒng)的磷石膏墻體材料存在強(qiáng)度低、耐水性差、摻量低、不節(jié)能環(huán)保等問題，限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。趙士豪等[3]利用磷石膏、礦渣水泥制備砌筑免燒磚，強(qiáng)度滿足MU20標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)約能源的同時(shí)還降低了環(huán)境污染。朱大勇等[4]在磷石膏中加入含氫硅油乳液等憎水性材料，制備的磷石膏砌塊耐水性顯著提高，擴(kuò)大了磷石膏磚的應(yīng)用范圍。劉代俊等[5]用磷石膏制備高強(qiáng)儲(chǔ)能砌塊，強(qiáng)度達(dá)到10MPa、耐水性好、不需要鍛燒，具有調(diào)節(jié)環(huán)境溫度功能。貴州磷化采用“一步法”的工藝技術(shù)制備新型高強(qiáng)耐水磷石膏磚，建成了10億塊/a新型高強(qiáng)耐水石膏磚、2.5×105m2/a石膏基加氣混凝土等多條生產(chǎn)線，甕福集團(tuán)、山東奧寶化工、四川龍蟒新型建材的新型磷石膏砌塊生產(chǎn)線都紛紛投產(chǎn)[6]。

3.2 磷石膏基新型粉體材料

預(yù)拌干混砂漿作為一種新型綠色生態(tài)環(huán)保建筑材料，具有提高建筑質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約成本、經(jīng)濟(jì)性佳等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在十幾個(gè)城市大規(guī)模使用，使用量巨大。磷石膏制備干混砂漿，目前得到應(yīng)用的有輕質(zhì)抹灰石膏砂漿、石膏基自流平砂漿[7]。輕質(zhì)抹灰石膏砂漿主要膠凝材料是煅燒石膏粉通過加入外加劑（如?；⒅榈龋╊A(yù)混制成，主要用于建筑內(nèi)墻、頂棚的抹灰，具有不空鼓、不開裂、環(huán)保、阻燃、施工快等特點(diǎn)，采用機(jī)械噴涂效率是人工抹灰的三倍，從而大大降低建筑成本。石膏基自流平砂漿是可以替代水泥黃沙鋪設(shè)室內(nèi)地板的輕質(zhì)膠凝材料，具有適應(yīng)范圍較廣、施工速度快、流動(dòng)性能好可以自動(dòng)找平、干燥快、無收縮、阻燃、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。貴州磷化開發(fā)了石膏基干混砂漿、內(nèi)墻膩?zhàn)印⒎鬯⑹嗟榷喾N磷石膏基新型粉體建筑材料，并的到了成功的推廣和應(yīng)用。

3.3 磷石膏基新型充填材料

礦山井下充填就是將采集或加工的骨料摻入適量的膠凝材料，加水混合攪拌制備成充填料漿，沿管道向采空區(qū)輸送和堆放漿體，形成的具有一定強(qiáng)度、整體性的填充體。磷石膏填充的方式主要有：磷渣+磷石膏充填體系和磷石膏+水泥+粉煤灰充填體系。磷渣+磷石膏充填體系：張小瑞等[8]利用磷石膏和黃磷渣顆粒較細(xì)的特點(diǎn)，成功配制了流動(dòng)性良好的磷石膏—黃磷渣填充材料，該填充材料28d 抗壓強(qiáng)度為2.15MPa～3.42MPa，可以滿足礦山安全生產(chǎn)的要求，同時(shí)料漿的泌水率顯著降低。磷石膏+水泥+粉煤灰充填體系：劉小力等[9]利用水泥、粉煤灰對(duì)磷石膏改性制備充填材料，并在貴州開磷集團(tuán)的沙壩礦段進(jìn)行礦山充填工業(yè)試驗(yàn)，不僅實(shí)現(xiàn)磷石膏規(guī)?；?，同時(shí)也解決了礦山的安全問題，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益顯著。開磷集團(tuán)利用磷石膏、復(fù)合黃磷渣膠凝粉進(jìn)行礦山充填，磷石膏和黃磷渣的利用量在45 萬t/a 以上，該技術(shù)獲得了“2009年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)”[1]。貴州磷化已建成的改性磷石膏及配套運(yùn)輸系統(tǒng)，具有5000kt/a充填料制備輸送能力，可消耗石膏2000～3000kt/a[10]。

3.4 磷石膏基新型路面基層材料

磷石膏基路面基層材料是以磷石膏為主要原料和水泥、礦物摻合料通過一定的比例配制而成的膠凝材料，通過配料計(jì)量、攪拌，制成的路面基層施工材料，可直接用于路面基層施工。周明凱等[11]采用水泥與原狀磷石膏，通過調(diào)整水泥配方、集料級(jí)配等關(guān)鍵參數(shù)，來穩(wěn)定碎石制備路面基層材料，該項(xiàng)技術(shù)能大量消納工業(yè)廢料—磷石膏，厚度54cm 的磷石膏基基層，一公里可利用磷石膏約450t，并能顯著克服當(dāng)前水泥穩(wěn)定類基層抗裂性差、凝結(jié)時(shí)間短等一系列問題，且施工工藝簡(jiǎn)單。周富濤[12]等利用磷石膏、粉煤灰配制了可以用于路面基層的磷石膏—粉煤灰—水泥—石灰膠凝體系，該膠凝體系的最佳質(zhì)量配比為45：50：10：5，水灰比0.21，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足JTJ 034—2000 標(biāo)準(zhǔn)的要求。李俊鵬等[13]通過對(duì)磷石膏基本性能指標(biāo)（含水率、液塑限、CBR值等）進(jìn)行測(cè)定分析，得出磷石膏是一種較好的路基填料的結(jié)論，通過長期監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，作為路基材料磷石膏的放射性和重金屬離子均沒有對(duì)周邊環(huán)境造成不良影響。開磷集團(tuán)建成投產(chǎn)了60萬t/a磷石膏路基穩(wěn)定層材料生產(chǎn)線，可消耗磷石膏約50萬t/a[1]。

4 結(jié)論與展望

磷石膏在新型建筑材料中的大摻量應(yīng)用，取得了一定的成果并得到了推廣應(yīng)用，隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步、產(chǎn)品種類的完善、市場(chǎng)的高度認(rèn)可，磷石膏在新型建筑材料中的大摻量應(yīng)用將成為發(fā)展趨勢(shì)。但是磷石膏的大摻量應(yīng)用還存在一些共性關(guān)鍵性技術(shù)難題需要攻克，如磷石膏的清潔及無害化預(yù)處理技術(shù)及裝備，因此，仍然需要加大磷石膏的技術(shù)研發(fā)投入來攻克這些技術(shù)難題，為磷石膏大摻量利用提供技術(shù)支撐。同時(shí)，國家出臺(tái)與磷石膏利用相關(guān)的稅收優(yōu)惠政策、激勵(lì)措施，及對(duì)磷石膏產(chǎn)品使用的引導(dǎo)、鼓勵(lì)政策，為磷石膏產(chǎn)品的應(yīng)用推廣提供政策上的支持。通過技術(shù)和政策的雙向推動(dòng)，加強(qiáng)和推進(jìn)磷石膏的大規(guī)模利用，實(shí)現(xiàn)磷化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。