磷石膏在建材行業(yè)的利用方案探究

畢壽蘭，文玉，李雪瓊

（云南省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司 云南昆明 650221）

0 引言

云南是中國(guó)磷礦資源大省，磷化工企業(yè)分布較多，產(chǎn)出了大量工業(yè)副產(chǎn)磷石膏。磷石膏與天然石膏主要成分都為二水硫酸鈣，其物理化學(xué)性質(zhì)具有共同點(diǎn)。因此，用磷石膏替代天然石膏生產(chǎn)建材產(chǎn)品，不僅為工業(yè)副產(chǎn)磷石膏的綜合利用開辟了路徑，同時(shí)也保護(hù)了天然石膏資源。

1 磷石膏概述

磷石膏的化學(xué)成分以CaSO4.2H2O為主，其不溶性雜質(zhì)有石英、P2O5，鋁、鎂的磷酸鹽和硫酸鹽；可溶性雜質(zhì)有水溶性P2O5、溶解度較低的氟化物和硫酸鹽。磷石膏所含的P2O5、磷酸鹽和氟化物等雜質(zhì)在堆存過程中會(huì)引起環(huán)境污染，因此磷石膏在建材行業(yè)被消納利用，對(duì)于保護(hù)環(huán)境具有積極的意義。

磷石膏與天然石膏主要成分相同，在建材行業(yè)可替代天然石膏用于硅酸鹽水泥的緩凝劑，調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間；用于生產(chǎn)石膏墻體材料，替代傳統(tǒng)墻體材料；用于生產(chǎn)建筑石膏等。

2 磷石膏的利用方案

2010年，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了《中國(guó)資源綜合利用技術(shù)政策大綱》，規(guī)定了“推廣磷石膏制水泥緩凝劑、紙面石膏板、建筑石膏、粉刷石膏、砌塊等建材產(chǎn)品的綜合利用技術(shù)”。由此可見，國(guó)家鼓勵(lì)建材行業(yè)對(duì)磷石膏進(jìn)行綜合利用。筆者對(duì)其中3個(gè)方向進(jìn)行了研究：

2.1 水泥緩凝劑

石膏是硅酸鹽水泥生產(chǎn)必須要使用的緩凝劑，其添加量約為水泥產(chǎn)量的3%~5%。磷石膏的二水硫酸鈣含量一般高達(dá)85%以上，但其水溶性、枸溶性的磷、氟雜質(zhì)影響水泥性能，不溶性的磷、氟則對(duì)水泥基本無害?；诖?，對(duì)磷石膏進(jìn)行預(yù)處理，選取對(duì)水泥性能無害的堿性添加劑，與磷石膏均勻混合，對(duì)磷石膏中的微量酸性物質(zhì)進(jìn)行中和處理，生成難溶性的磷酸鈣和氟化鈣，調(diào)整PH值達(dá)到7.0～7.5，從而消除水溶性、枸溶性的磷、氟雜質(zhì)負(fù)面影響。

用改性磷石膏替代天然石膏作水泥緩凝劑不僅理論上可行，實(shí)踐中也得到了廣大水泥廠的普遍認(rèn)可和采用。工藝方案較為簡(jiǎn)單：堆存的磷石膏與堿性添加劑通過配比后，經(jīng)皮帶機(jī)送到攪拌機(jī)上進(jìn)行混合，將磷石膏中對(duì)水泥生產(chǎn)有害的酸性物質(zhì)中和后制得改性磷石膏。主要設(shè)備為皮帶輸送機(jī)、計(jì)量秤、攪拌機(jī)等。

2.2 蒸壓磷石膏磚

新型墻體材料是建材工業(yè)的重要組成部分，利用工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)墻體材料，可替代傳統(tǒng)實(shí)心粘土磚所需的粘土資源，減少對(duì)土地的破壞。免燒磚生產(chǎn)工藝在我國(guó)已成熟，國(guó)內(nèi)已有多家大型建材設(shè)備制造廠批量生產(chǎn)成套設(shè)備。

例如筆者設(shè)計(jì)的云南某公司年產(chǎn)1億塊磷石膏標(biāo)磚項(xiàng)目，其主要原料采用磷石膏、尾礦、石灰、機(jī)制砂、水泥進(jìn)行配料，生產(chǎn)蒸壓磷石膏磚。工藝流程如下：

尾礦、機(jī)制砂經(jīng)汽車運(yùn)至堆棚內(nèi)儲(chǔ)存，石灰粉、水泥則送入筒倉儲(chǔ)存。在磷石膏原有堆存處設(shè)置料倉、皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)，將磷石膏送入磷石膏標(biāo)磚項(xiàng)目廠址；在進(jìn)入堆棚前，將磷石膏和石灰按比例混合，經(jīng)雙軸攪拌機(jī)預(yù)混合后進(jìn)入堆棚。各物料通過計(jì)量秤由微機(jī)計(jì)量，經(jīng)雙軸攪拌機(jī)混合均勻后，經(jīng)皮帶輸送機(jī)送入消解倉。然后物料經(jīng)一定時(shí)間消解后，經(jīng)粉混機(jī)預(yù)處理再由皮帶輸送機(jī)喂入液壓成型機(jī)組。成型后由蒸壓小車送入蒸養(yǎng)釜。蒸養(yǎng)一定時(shí)間后，蒸壓小車將磷石膏磚拉出，然后由起重機(jī)吊到成品堆棚，蒸壓小車則返回液壓成型機(jī)組。

主要設(shè)備有：雙軸強(qiáng)制攪拌機(jī)、皮帶輸送機(jī)、計(jì)量秤、消解倉、粉混機(jī)、液壓成型機(jī)組、蒸養(yǎng)釜、蒸壓小車、起重機(jī)等。

項(xiàng)目自動(dòng)化程度高，可遠(yuǎn)距離操控，同時(shí)采用全數(shù)控技術(shù)，精確計(jì)量供料，使生產(chǎn)流程簡(jiǎn)化，從而節(jié)省人力。

2.3 建筑石膏

磷石膏的主要成分是二水硫酸鈣，在一定的溫度作用下，經(jīng)過氣流烘干、氣流沸騰煅燒使其脫除部分結(jié)晶水從而生成半水石膏，半水石膏再經(jīng)過粉磨篩分使其結(jié)晶形態(tài)達(dá)到要求即可制得滿足質(zhì)量要求的建筑石膏粉產(chǎn)品。建筑石膏粉與水泥、粉煤灰等輔料經(jīng)過物理混合后即制得石膏砂漿，可替代水泥砂漿，用于墻體的找平，具有輕質(zhì)、防火、保溫、呼吸調(diào)濕、不開裂的特點(diǎn)。一般工藝流程如下：

二水磷石膏經(jīng)皮帶輸送機(jī)送入烘干機(jī)，進(jìn)行游離水烘干。二水磷石膏脫除游離水后，通過除塵器收集輸入斗式提升機(jī)，然后進(jìn)入氣流沸騰煅燒爐進(jìn)行煅燒。二水磷石膏在沸騰煅燒爐內(nèi)脫除1.5個(gè)結(jié)晶水形成半水石膏，從而制得建筑石膏。

主要設(shè)備有：沸騰爐、烘干機(jī)、除塵器、斗式提升機(jī)、煅燒爐、磨機(jī)等。

項(xiàng)目自動(dòng)化程度高，可遠(yuǎn)距離操控；專業(yè)性程度較高，生產(chǎn)時(shí)需精確控制溫度。

3 磷石膏的利用研究

3.1 用作水泥緩凝劑的研究

用改性磷石膏作為水泥緩凝劑，目前應(yīng)用較多。其緩凝效果好，而且無需破碎，間接節(jié)省了水泥企業(yè)天然石膏破碎系統(tǒng)的電耗及機(jī)械維護(hù)成本。

改性磷石膏的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，一次性投入少。改性磷石膏銷售價(jià)格為30～40元/t，比天然石膏價(jià)格更低，已經(jīng)被眾多水泥生產(chǎn)企業(yè)所采用。

3.2 用作蒸壓磷石膏磚的研究

用磷石膏生產(chǎn)蒸壓磷石膏磚，在云南已有多家磷化工廠應(yīng)用。蒸壓磷石膏磚具有保溫、隔音、節(jié)能、堅(jiān)固、外觀尺寸標(biāo)準(zhǔn)不變形、美觀，便于砌筑，節(jié)約砂漿，返工率小，外墻裝飾時(shí)好抹平，節(jié)省抹面砂漿、節(jié)約人工成本等優(yōu)點(diǎn)。

蒸壓磷石膏磚的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，一次性投入高。磷石膏磚銷售價(jià)格為0.2~0.3元/塊，是一種新型的綠色環(huán)保墻體材料。

3.3 用作建筑石膏的研究

近年來，自流平石膏及石膏粉刷砂漿等高強(qiáng)建筑石膏產(chǎn)品得到了快速的發(fā)展。因?yàn)槭┕ば矢?、作業(yè)輕松方便、防火、保溫、不開裂等優(yōu)點(diǎn)，深受都市建筑市場(chǎng)喜愛。目前建筑石膏的市場(chǎng)需求大，機(jī)會(huì)較多。

建筑石膏的生產(chǎn)工藝專業(yè)性較強(qiáng)，一次性投入較高。市場(chǎng)上建筑石膏粉售價(jià)為300～500元/t。但受磷石膏的雜質(zhì)影響，用其生產(chǎn)的建筑石膏強(qiáng)度低，目前還無有效解決方案，故用磷石膏生產(chǎn)建筑石膏粉的應(yīng)用較少。

4 結(jié)語

因?yàn)樵颇鲜∷嘈袠I(yè)產(chǎn)能基數(shù)大、磷石膏改性工程一次投入少、技術(shù)門檻低等原因，用作水泥緩凝劑是目前磷石膏的主要利用途徑。但也可以看到，用改性磷石膏作為水泥緩凝劑的銷售價(jià)格低；而用磷石膏生產(chǎn)高附加值的建筑石膏，還存在著技術(shù)瓶頸。

經(jīng)過多年的技術(shù)研究和市場(chǎng)應(yīng)用，磷石膏在建材行業(yè)的綜合利用取得了不少成功，也存在著瓶頸。如何開拓磷石膏的綜合利用，提高磷石膏的附加值，將是我們繼續(xù)前行努力的方向。