從循環(huán)經(jīng)濟(jì)角度看工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用

紀(jì)羅軍，趙紅林

（1.中石化南京化工研究院有限公司，江蘇南京210048；2.全國(guó)硫與硫酸工業(yè)信息總站，江蘇南京 210048；3.中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司，江蘇南京 210042）

石膏的主要成分是硫酸鈣，是一種用途廣泛的工業(yè)材料和建筑材料，也是含有硫和鈣元素的重要資源。石膏可分為天然石膏和工業(yè)副產(chǎn)石膏兩類，我國(guó)天然石膏礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量較為豐富，已探明的各類石膏保有儲(chǔ)量約為70 430 Mt，位居世界首位。目前為了保護(hù)環(huán)境及促進(jìn)工業(yè)副產(chǎn)石膏回收利用，我國(guó)基本限制天然石膏礦開采，2020年我國(guó)天然石膏開采量?jī)H為16 Mt左右[1]2。工業(yè)副產(chǎn)石膏是指工業(yè)生產(chǎn)中因化學(xué)反應(yīng)生成的以硫酸鈣為主要成分的副產(chǎn)品或廢渣，也稱化學(xué)石膏或工業(yè)廢石膏，主要組分為二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）。按產(chǎn)出行業(yè)和品種分，工業(yè)副產(chǎn)石膏主要有脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏、中和石膏、檸檬酸石膏、氟石膏、鹽石膏、模具石膏、硼石膏、味精石膏、銅石膏、鎳石膏、鉻石膏、芒硝石膏、酒石酸石膏、乳酸石膏等。

目前我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)石膏的累積堆存量已超過1 100 Mt，主要是磷石膏、鈦石膏、氟石膏、鹽石膏等。2020年我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)石膏總產(chǎn)生量約為200 Mt，其中脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏和中和石膏的產(chǎn)生量約占全部工業(yè)副產(chǎn)石膏總量的90%以上[2]。工業(yè)副產(chǎn)石膏品質(zhì)較差，含有重金屬、有機(jī)類和無機(jī)類雜質(zhì)，資源化利用困難，堆存占用大量土地且存在對(duì)水體、土壤污染的風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)副產(chǎn)石膏處理已成為困擾各行業(yè)發(fā)展的難題，對(duì)工業(yè)副產(chǎn)石膏資源化利用已成國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。

1 工業(yè)副產(chǎn)石膏的來源

1.1 脫硫石膏

脫硫石膏是鈣法脫除煙氣中的SO2產(chǎn)生的廢渣，其中含有重金屬、氯離子、二氧化硅、酸性氧化物等雜質(zhì)，w（H2O）一般在10%～20%，流動(dòng)性差。脫硫石膏顏色呈暗灰色或土黃色，顆粒直徑一般在30～60 μm。2020年我國(guó)脫硫石膏產(chǎn)生量約為78 Mt，綜合利用率約80%，是所有副產(chǎn)石膏中利用率最高的品種，主要用作水泥緩凝劑，但與德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家100%的綜合利用率相比，尚存在較大差距。

1.2 磷石膏

磷石膏是濕法磷酸工藝中產(chǎn)生的廢渣，磷石膏的組成比較復(fù)雜，其中90%以上為二水硫酸鈣，含有磷、氟、有機(jī)物、氧化物及少量重金屬和放射性物質(zhì)等雜質(zhì)，結(jié)晶水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%～25%，流動(dòng)性差。磷石膏主要有灰黑色和灰白色兩種，顆粒直徑一般在5～50 μm。目前我國(guó)磷石膏累計(jì)堆存量已超過600 Mt，占所有石膏品種的75%，且主要集中在云南、貴州、四川、湖北、安徽等磷肥產(chǎn)區(qū)及長(zhǎng)江沿線。2020年我國(guó)磷石膏年產(chǎn)生量約74 Mt，綜合利用率約44%，主要用作水泥緩凝劑和生產(chǎn)紙面石膏板、石膏條板等建材，綜合利用率低于巴西的50%和德國(guó)的95%[3]。

1.3 鈦石膏

鈦石膏是硫酸法鈦白粉生產(chǎn)中用石灰或電石渣中和酸性廢水產(chǎn)生的廢渣，主要雜質(zhì)為氫氧化鐵、硫酸亞鐵、氫氧化鋁、二氧化硅，外觀為黃紅色呈泥狀粉末，w（H2O）一般在20%以上。目前我國(guó)鈦石膏除少量用于水泥緩凝劑、石膏砌塊外，大部分處于堆放狀態(tài)，鈦石膏總堆積量已接近200 Mt。2020年我國(guó)鈦石膏產(chǎn)生量約28 Mt，綜合利用率約8%。

1.4 氟石膏

氟石膏是硫酸法生產(chǎn)氫氟酸過程中產(chǎn)生的廢渣，其中80%～90%為二水硫酸鈣，含有氟化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁等雜質(zhì)。生產(chǎn)1 t氫氟酸產(chǎn)出約3.6 t氟石膏，2020年我國(guó)氟石膏產(chǎn)生量約3 Mt。目前絕大部分未被利用，占用大量土地而露天堆放，已成為嚴(yán)重污染環(huán)境的工業(yè)廢渣。

1.5 檸檬酸石膏

檸檬酸石膏是硫酸酸解檸檬酸時(shí)產(chǎn)生的廢渣，其中含有一定量的殘余酸和有機(jī)物，w（H2O）一般在30%～40%。目前我國(guó)檸檬酸產(chǎn)量為1 240 kt/a，按生產(chǎn)1 t檸檬酸產(chǎn)生約1.2 t檸檬酸石膏計(jì)算，檸檬酸石膏產(chǎn)生量在1.5 Mt/a。檸檬酸石膏的綜合利用困難，大部分處于堆放狀態(tài)，殘余酸隨著氣溫的上升，堆場(chǎng)會(huì)散發(fā)出酸腐氣息。

1.6 鹽石膏

鹽石膏主要是制鹽工業(yè)或鹽場(chǎng)海水濃縮時(shí)產(chǎn)生的廢渣，分為海鹽石膏、井鹽石膏和湖鹽石膏三類，其中以井鹽石膏最多。另外，純堿生產(chǎn)中也會(huì)產(chǎn)生大量的鹽石膏。鹽石膏中含有氯化鈉、碳酸鈣、碳酸鎂和黏土性雜質(zhì)，水分含量高。2020年我國(guó)鹽石膏產(chǎn)生量約為6 Mt，基本上堆存，綜合利用量較小。

1.7 芒硝石膏

芒硝石膏是芒硝和石膏共生礦萃取硫酸鈉或由鈣芒硝生產(chǎn)芒硝的廢渣。芒硝石膏呈黃褐色或淡棕色，主要含氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈉及二氧化硅等雜質(zhì)，w（H2O）一般在18%～28%。近年來我國(guó)無水硫酸鈉產(chǎn)量維持在10 Mt/a左右，2020年芒硝石膏產(chǎn)生量約為4 Mt，基本上沒有很好利用。

1.8 硼石膏

硼石膏是硼鈣石和硫酸反應(yīng)生產(chǎn)硼酸后的工業(yè)廢渣，灰白色固體，含有氧化硼、三氧化二鐵、氧化鋁及氧化鎂等雜質(zhì)，水含量較大。根據(jù)國(guó)內(nèi)硼酸產(chǎn)量估算，2020年我國(guó)硼石膏產(chǎn)生量約為1 Mt，基本上堆存。

1.9 中和石膏

中和石膏是稀廢硫酸中和處理過程中產(chǎn)生的廢渣，主要來自有色冶煉制酸、硫鐵礦制酸等凈化工序及染料稀廢硫酸、鉛蓄電池稀廢硫酸等處理過程。據(jù)全國(guó)硫與硫酸工業(yè)信息總站不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)中和石膏產(chǎn)生量在10 Mt/a左右，這部分石膏有較大量的回收利用。

1.10 其他廢石膏

我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)石膏來源復(fù)雜，使用硫酸的領(lǐng)域基本都有廢石膏產(chǎn)生。每年味精石膏、鎳石膏、鉻石膏、酒石酸石膏、乳酸石膏等產(chǎn)生量都在十幾萬噸到幾十萬噸不等，統(tǒng)計(jì)較為困難。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)其他廢石膏產(chǎn)生量大約為2 Mt/a。

我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)石膏主要來源占比情況見圖1。

圖1 我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)石膏主要來源占比情況

2 產(chǎn)業(yè)政策

國(guó)家對(duì)工業(yè)副產(chǎn)石膏的治理及資源化利用非常重視，尤其是2011年發(fā)布的《工業(yè)和信息化部關(guān)于工業(yè)副產(chǎn)石膏綜合利用的指導(dǎo)意見》對(duì)指導(dǎo)和規(guī)范我國(guó)廢石膏利用起到巨大的促進(jìn)作用。2018—2021年國(guó)家又相繼出臺(tái)一系列產(chǎn)業(yè)政策。

2018年5月，國(guó)家工信部印發(fā)《工業(yè)固體廢物資源綜合利用評(píng)價(jià)管理暫行辦法》和《國(guó)家工業(yè)固體廢物資源綜合利用產(chǎn)品目錄》，對(duì)工業(yè)副產(chǎn)石膏資源化利用的11種產(chǎn)品如水泥緩凝劑、石膏板等作了規(guī)定。

2019年1月，國(guó)家發(fā)改委和工信部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)大宗固體廢棄物綜合利用產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的通知》，要求推廣脫硫石膏、磷石膏等工業(yè)副產(chǎn)石膏替代天然石膏的資源化利用，推動(dòng)副產(chǎn)石膏分級(jí)利用，擴(kuò)大副產(chǎn)石膏生產(chǎn)高強(qiáng)石膏粉、紙面石膏板等高附加值產(chǎn)品規(guī)模，鼓勵(lì)工業(yè)副產(chǎn)石膏綜合利用產(chǎn)業(yè)集約發(fā)展。

2019年5月，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《長(zhǎng)江三磷專項(xiàng)排查整治行動(dòng)實(shí)施方案》，對(duì)磷石膏庫整治重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)地下水定期監(jiān)測(cè)、滲濾液有效收集處理，回水池、攔洪溝、排洪渠規(guī)范建設(shè)，以及磷石膏的綜合利用。

《財(cái)政部稅務(wù)總局關(guān)于資源綜合利用增值稅政策的公告》規(guī)定，2019年9月1日起納稅人銷售自產(chǎn)磷石膏資源綜合利用產(chǎn)品，且產(chǎn)品原料40%以上來自磷石膏的，可享受增值稅即征即退政策，退稅比例為70%。

2019年10月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本）》，鼓勵(lì)工業(yè)廢棄物生產(chǎn)建材、廢渣資源綜合利用等。

2020年9月1日新版《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》實(shí)施，明確了固體廢物污染環(huán)境防治堅(jiān)持減量化、資源化和無害化原則，將使違法成本顯著提高。

2020年10月，《水泥玻璃行業(yè)產(chǎn)能置換實(shí)施辦法（修訂稿）》發(fā)布，規(guī)定對(duì)于湖北、云南、貴州、四川、安徽5個(gè)省份新建水泥生產(chǎn)線處置磷（鈦、氟）石膏，且替代石灰石70%以上的可以實(shí)施等量置換。

2021年2月，《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》發(fā)布，要求建設(shè)資源綜合利用基地，促進(jìn)工業(yè)固體廢物綜合利用，推動(dòng)公共設(shè)施共建共享、能源梯級(jí)利用、資源循環(huán)利用和污染物集中安全處置等。

2021年3月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見》，要求新增大宗固廢綜合利用率達(dá)到60%，繼續(xù)推廣磷石膏在生產(chǎn)水泥和新型建筑材料等領(lǐng)域的利用，探索磷石膏在土壤改良、井下充填、路基材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。支持利用脫硫石膏、檸檬酸石膏制備綠色建材、石膏晶須等新產(chǎn)品新材料，擴(kuò)大工業(yè)副產(chǎn)石膏高值化利用規(guī)模。積極探索鈦石膏、氟石膏等復(fù)雜難用工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用途徑，鼓勵(lì)綠色建筑使用以工業(yè)副產(chǎn)石膏為原料的新型墻體材料、裝飾裝修材料。

此 外，GB/T 23456—2018《磷 石 膏》、GB/T 37785—2019《煙氣脫硫石膏》、GB/T 21371—2019《用于水泥中的工業(yè)副產(chǎn)石膏》、JC/T 2514—2019《石膏膩?zhàn)印?、JC/T 1023—2021《石膏基自流平砂漿》已頒布實(shí)施，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《紙面石膏板》和《建筑石膏》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鈦石膏》、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《冶煉副產(chǎn)品石膏》正在制修訂中，必將推動(dòng)我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)石膏有序資源化利用。

3 工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用

目前我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)石膏利用量約為120 Mt/a，總體綜合利用率約60%，約占石膏利用總量的88%，但磷石膏、鈦石膏、氟石膏等復(fù)雜難用副產(chǎn)石膏綜合利用率偏低。工業(yè)副產(chǎn)石膏基本用于建材行業(yè)，其中約有80 Mt/a用于水泥生產(chǎn)，約有39 Mt/a用于石膏建材生產(chǎn)，其他領(lǐng)域的使用較少。目前我國(guó)石膏使用在建材領(lǐng)域占比遠(yuǎn)低于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家水泥和石膏用量比是6∶1，而我國(guó)則為70∶1[4]。

按應(yīng)用領(lǐng)域分，在制建材方面工業(yè)副產(chǎn)石膏主要用于制水泥緩凝劑、紙面石膏板、抹灰石膏、石膏條板、石膏磚、石膏砌塊等，近幾年新型石膏產(chǎn)品如自流平石膏、α型高強(qiáng)石膏、Ⅱ型無水石膏、硫酸鈣晶須也有一定發(fā)展。在化學(xué)利用方面，工業(yè)副產(chǎn)石膏主要是制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥或氧化鈣、制硫酸銨等產(chǎn)品，由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的原因發(fā)展較為緩慢。另外，工業(yè)副產(chǎn)石膏在農(nóng)業(yè)和筑路、礦山填充等方面也有少量利用。

2020年我國(guó)主要石膏消費(fèi)領(lǐng)域見圖2。

圖2 2020年我國(guó)主要石膏消費(fèi)領(lǐng)域

3.1 制水泥緩凝劑

工業(yè)副產(chǎn)石膏的主要成分是二水硫酸鈣，對(duì)廢石膏進(jìn)行改性處理，中和廢石膏中的酸性組分，除去可溶性磷、氟、氯等雜質(zhì)，降低石膏中水含量，工業(yè)副產(chǎn)石膏可以生產(chǎn)出合格的水泥緩凝劑。2020年我國(guó)水泥產(chǎn)量為23.77億t，水泥緩凝劑對(duì)石膏的需求量約87 Mt。目前我國(guó)代替天然石膏制水泥緩凝劑的主要是脫硫石膏、磷石膏，少量是鈦石膏、鹽石膏、檸檬酸石膏、氟石膏等。據(jù)報(bào)道，目前國(guó)內(nèi)磷石膏制水泥緩凝劑主要有龍蟒磷化工900 kt/a、甕福紫金化工800 kt/a、森甕福新型材料800 kt/a等，脫硫石膏制水泥緩凝劑主要有酒鋼吉瑞400 kt/a、太鋼集團(tuán)200 kt/a等，鈦石膏制水泥緩凝劑主要有山東濟(jì)南裕興化工1 200 kt/a、寧波新福鈦白粉600 kt/a等。

隨著國(guó)家大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施的完成，可以預(yù)見未來全國(guó)水泥產(chǎn)量將會(huì)下降，用于水泥緩凝劑的石膏量也勢(shì)必降低。預(yù)計(jì)“十四五”我國(guó)水泥行業(yè)消納工業(yè)副產(chǎn)石膏量將維持在80 Mt/a左右的水平，未來生產(chǎn)水泥緩凝劑仍將是消納工業(yè)副產(chǎn)石膏尤其是磷石膏、脫硫石膏的主要途徑。

3.2 制α型高強(qiáng)石膏

α型高強(qiáng)石膏也稱α型半水石膏，由二水石膏在1.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、124 ℃的飽和水蒸氣下蒸煉、磨細(xì)制得。α型高強(qiáng)石膏被廣泛應(yīng)用于陶瓷模具、各類玻璃纖維增強(qiáng)石膏制品、異型裝飾、精密鑄造、醫(yī)療醫(yī)藥、航空、船舶電纜、汽車摩擦片、塑料添加、建筑裝飾、工藝美術(shù)、自流平石膏、3D打印等領(lǐng)域。目前我國(guó)α型高強(qiáng)石膏產(chǎn)能約3 Mt/a，主要利用磷石膏、檸檬酸石膏、鹽石膏等工業(yè)副產(chǎn)石膏為原料。

國(guó)內(nèi)磷石膏制α型高強(qiáng)石膏產(chǎn)能最大的是貴州正磷科技1 100 kt/a，其次是貴州磷化集團(tuán)200 kt/a、貴州昆岡新資源50 kt/a等，檸檬酸石膏制α型高強(qiáng)石膏有山東潔盾環(huán)?？萍?0 kt/a，鹽石膏制α型高強(qiáng)石膏有江蘇金石陽光環(huán)?？萍?5 kt/a，乳酸石膏制α型高強(qiáng)石膏有河南金丹環(huán)保新材料15 kt/a。在建擬建項(xiàng)目有龍蟒磷化工750 kt/a磷石膏制α型高強(qiáng)石膏、江西晶昊鹽化50 kt/a鹽石膏制α型高強(qiáng)石膏、山東肥城海晶鹽化12 kt/a鹽石膏制α型高強(qiáng)石膏等。

α型高強(qiáng)石膏是自流平石膏的主要原料，“十四五”末我國(guó)自流平石膏市場(chǎng)需求量保守估算在22 Mt/a左右，僅自流平石膏領(lǐng)域?qū)Ζ列透邚?qiáng)石膏需求量就在7 Mt/a[1]4，加上其他領(lǐng)域需求，保守估計(jì)α型高強(qiáng)石膏需求量在8 Mt/a，可消納工業(yè)副產(chǎn)石膏約11 Mt/a。

3.3 制 β 型建筑石膏

建筑石膏指二水石膏經(jīng)過110～170 ℃熱處理后形成的β型半水石膏，也可以轉(zhuǎn)化為α型半水石膏，兩者化學(xué)式均為CaSO4·1/2H2O，但結(jié)晶形態(tài)不同，性質(zhì)不同。β型建筑石膏是制備其他石膏產(chǎn)品如石膏板、石膏砌塊、石膏砂漿的原料。近年隨著我國(guó)建筑市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng)，建筑石膏產(chǎn)量呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2020年我國(guó)β型建筑石膏產(chǎn)量約為3 Mt，主要由磷石膏、脫硫石膏、檸檬酸石膏等工業(yè)副產(chǎn)石膏為原料制得。目前我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)石膏制建筑石膏產(chǎn)能最大的是貴州磷化集團(tuán)1 850 kt/a，其次是云南鏇淦科技700 kt/a、貴州開萊綠色建筑材料400 kt/a、湖北新洋豐新型建材科技300 kt/a、貴州鴻海石膏粉300 kt/a、湖北力達(dá)環(huán)保250 kt/a、龍蟒磷化工150 kt/a、北新建材（銅陵）100 kt/a等，全部是以磷石膏為原料。在建擬建的磷石膏制建筑石膏項(xiàng)目有龍蟒磷化工1 000 kt/a、興發(fā)集團(tuán)300 kt/a、廣東山辰建材150 kt/a等。脫硫石膏制建筑石膏項(xiàng)目有圣戈班建筑材料（揚(yáng)州）400 kt/a、伊電集團(tuán)（洛陽）環(huán)保建材科技250 kt/a、河南省博錦環(huán)保材料200 kt/a、山西盛潤(rùn)新材料100 kt/a等。檸檬酸石膏制建筑石膏項(xiàng)目有山東潔盾環(huán)?？萍?50 kt/a，乳酸石膏制建筑石膏項(xiàng)目有河南金丹環(huán)保新材料50 kt/a，鈦石膏制建筑石膏有南京鈦白化工示范項(xiàng)目。

預(yù)計(jì)到“十四五”末我國(guó)建筑石膏產(chǎn)能將達(dá)到7 Mt/a，按照1.36 t副產(chǎn)石膏生產(chǎn)1 t半水石膏計(jì)算，可消納工業(yè)副產(chǎn)石膏約10 Mt/a。

3.4 制Ⅱ型無水石膏

Ⅱ型無水石膏又稱β型硬石膏，它是二水石膏、半水石膏和Ⅲ型無水石膏經(jīng)高溫脫水后在常溫下穩(wěn)定的最終產(chǎn)物。Ⅱ型無水石膏可以用于石膏礦渣水泥、自流平石膏、墻板、模具等行業(yè)。國(guó)外大量采用無水石膏、β半水石膏復(fù)合組成復(fù)合相形石膏膠結(jié)材，以改善建筑石膏性能。多年來我國(guó)Ⅱ型無水石膏產(chǎn)品研究開發(fā)面臨諸多困難，一直未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。2021年貴州磷化集團(tuán)國(guó)內(nèi)首套300 kt/a磷石膏制Ⅱ型無水石膏項(xiàng)目投產(chǎn)，可消耗磷石膏420 kt/a。在建擬建的磷石膏制Ⅱ型無水石膏項(xiàng)目有安徽億捷環(huán)?？萍?00 kt/a、貴州路發(fā)實(shí)業(yè)300 kt/a等。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和下游行業(yè)旺盛的需求，未來我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)石膏制Ⅱ型無水石膏將會(huì)有爆發(fā)式增長(zhǎng)，這將是消納工業(yè)副產(chǎn)石膏的新領(lǐng)域。

3.5 制紙面石膏板

紙面石膏板是以建筑石膏為主要原料，摻入添加劑和纖維作為輔料，并在表面粘貼覆蓋板紙制成的建筑材料。近年來又開發(fā)了相變儲(chǔ)能石膏板，這是一種將石膏板和相變材料相結(jié)合的新型材料，相比普通石膏板，有更好的儲(chǔ)能和保溫性能，能夠有效降低建筑調(diào)溫能耗。截至2020年底，我國(guó)紙面石膏板產(chǎn)能約4.78×109m2/a，2020年全國(guó)石膏板產(chǎn)量約3.35×109m2。國(guó)外石膏應(yīng)用主要是生產(chǎn)紙面石膏板，一般占石膏消耗量的70%～80%，而我國(guó)僅占石膏消耗量的20%，相比歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家人均消費(fèi)量也很低[5]。據(jù)中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)石膏建材分會(huì)數(shù)據(jù)，以日本為例，雖然已經(jīng)早已走過了大規(guī)模房地產(chǎn)開發(fā)階段，但人均紙面石膏板使用量仍然達(dá)到4 m2/a，而我國(guó)紙面石膏板人均使用量?jī)H為2.3 m2/a。因此，未來我國(guó)紙面石膏板仍有較大的發(fā)展空間，即使按照人均4 m2/a使用量測(cè)算，紙面石膏板消費(fèi)量仍有5.6×109m2/a，對(duì)工業(yè)副產(chǎn)石膏的需求量還有近2倍的提升空間。

3.6 制石膏條板

石膏條板是以建筑石膏為基材，摻以無機(jī)輕集料、無機(jī)纖維增強(qiáng)材料而制成的空心條板，主要用于建筑的非承重內(nèi)墻。近幾年國(guó)內(nèi)石膏條板行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，成為少數(shù)幾個(gè)發(fā)展最快的石膏建材產(chǎn)品之一，2020年我國(guó)石膏條板產(chǎn)能為4×107m2，產(chǎn)量約為2×107m2。我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展需求旺盛，為石膏條板進(jìn)入市場(chǎng)提供了重要的保障，未來隨著人力資源成本及裝配率的提高，石膏條板將是消耗工業(yè)副產(chǎn)石膏的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。

3.7 制石膏模盒

石膏模盒是國(guó)內(nèi)發(fā)展起來的、能大量消納利用工業(yè)副產(chǎn)石膏的建筑產(chǎn)品。石膏模盒用于現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)中的填充材料，適用范圍廣，具有強(qiáng)度高、空心率大、抗沖擊力強(qiáng)、密封隔音效果好、環(huán)保輕質(zhì)防火、板面平整、節(jié)省工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。2020年我國(guó)石膏模盒產(chǎn)量約5.3×106塊，消耗工業(yè)副產(chǎn)石膏十多萬噸。未來我國(guó)石膏模盒市場(chǎng)發(fā)展前景非常好，每萬平米建筑面積可消耗石膏800 t左右，隨著石膏模盒使用普及率的提升，對(duì)工業(yè)副產(chǎn)石膏的消納量將增加到百萬噸級(jí)規(guī)模。

3.8 制抹灰石膏

抹灰石膏，又稱粉刷石膏，是一種建筑內(nèi)墻及頂板表面的抹灰材料，由半水硫酸鈣和Ⅱ型無水石膏單獨(dú)或兩者混合的石膏膠凝材料作基料配制而成。2020年我國(guó)抹灰石膏的用量達(dá)到6 Mt，近幾年抹灰石膏的年均增長(zhǎng)率達(dá)到30%。預(yù)計(jì)2022年我國(guó)抹灰石膏的需求量將達(dá)到8 Mt，按照70%的建筑石膏粉摻量計(jì)算，屆時(shí)抹灰石膏所需建筑石膏粉將達(dá)到6.7 Mt。我國(guó)抹灰石膏使用量占比仍然偏低，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家抹灰石膏總用量已達(dá)到全部抹灰砂漿用量的50%以上，有的甚至達(dá)到70%[1]3。未來抹灰石膏將是消納工業(yè)副產(chǎn)石膏的主要增長(zhǎng)領(lǐng)域之一。

3.9 制自流平石膏

自流平石膏又稱石膏基自流平砂漿，是由高強(qiáng)石膏、骨料及各種建筑化學(xué)添加劑混合均勻而制得的一種專門用于室內(nèi)地面找平的干粉材料，根據(jù)原料分為α型半水石膏型和Ⅱ型硬石膏型兩類。近幾年我國(guó)自流平石膏增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，2020年自流平石膏產(chǎn)量達(dá)到1 Mt左右。國(guó)內(nèi)基本上是α型半水石膏產(chǎn)品，國(guó)外自流平石膏發(fā)展和應(yīng)用較為廣泛，兩種產(chǎn)品均有生產(chǎn)應(yīng)用。以德國(guó)為例，自流平石膏約消耗18%工業(yè)副產(chǎn)石膏，而我國(guó)自流平石膏僅占工業(yè)副產(chǎn)石膏消耗總量的0.3%。自流平石膏作為替代水泥砂漿和細(xì)石混凝土的重要產(chǎn)品，是石膏行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)和未來發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)品之一。當(dāng)前受限于α型高強(qiáng)石膏短缺，自流平石膏的發(fā)展受到制約，增長(zhǎng)速度緩慢。未來隨著α型高強(qiáng)石膏和Ⅱ型無水石膏產(chǎn)能產(chǎn)量的增長(zhǎng)，自流平石膏將成為消納工業(yè)副產(chǎn)石膏的重點(diǎn)產(chǎn)品。

3.10 制硫酸鈣晶須

硫酸鈣晶須是以生石膏為原料經(jīng)特定工藝及配方合成的硫酸鈣纖維狀單晶體。它具有均勻的橫截面、完整的外形和高度完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是一種有著許多特殊性能的非金屬材料。硫酸鈣晶須具有高強(qiáng)度、高模量、高韌性、耐酸堿、耐熱等諸多優(yōu)良的理化性能，可以用作多種材料的改性劑[6]。硫酸鈣晶須下游應(yīng)用廣泛，但目前尚處于市場(chǎng)開發(fā)階段，實(shí)際應(yīng)用量較少。目前國(guó)內(nèi)硫酸鈣晶須產(chǎn)能有四川萬潤(rùn)非金屬礦物材料30 kt/a、寧遠(yuǎn)縣隆翔新型材料科技20 kt/a、江西峰竺新材料科技5 kt/a等。在建擬建項(xiàng)目有河南鹿晶新材料中和石膏制硫酸鈣晶須500 kt/a、河南開祥精細(xì)化工電石渣石膏制硫酸鈣晶須10 kt/a、江西晶昊鹽化鹽石膏制硫酸鈣晶須5 kt/a、江西峰竺新材料科技脫硫石膏制硫酸鈣晶須100 kt/a等。隨著未來石膏行業(yè)向規(guī)范化、深加工化發(fā)展，硫酸鈣晶須將成為石膏行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向之一。

3.1 1 制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥或氧化鈣

我國(guó)石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥技術(shù)發(fā)展較早，從20世紀(jì)50年代開始一直到現(xiàn)在仍在堅(jiān)持研究和工業(yè)化應(yīng)用，而國(guó)外由于發(fā)達(dá)國(guó)家石膏資源用于建材生產(chǎn)、發(fā)展中國(guó)家石膏資源沒有利用的迫切性，石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥已經(jīng)沒有工業(yè)化生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)在產(chǎn)裝置有金正大諾泰爾化學(xué)磷石膏為原料的300 kt/a硫酸聯(lián)產(chǎn)450 kt/a水泥裝置、魯北集團(tuán)多種工業(yè)副產(chǎn)石膏為原料的200 kt/a硫酸聯(lián)產(chǎn)300 kt/a水泥裝置、重慶三圣特種建材2套天然硬石膏為原料的150 kt/a硫酸聯(lián)產(chǎn)200 kt/a水泥裝置、湖南湘福建材天然硬石膏和脫硫石膏為原料的100 kt/a硫酸聯(lián)產(chǎn)150 kt/a水泥裝置，在建擬建項(xiàng)目有寧夏華夏特鋼800 kt/a脫硫石膏制硫酸項(xiàng)目、貴州勝威凱洋化工500 kt/a磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)氧化鈣項(xiàng)目、宜昌成遠(yuǎn)環(huán)保新材料250 kt/a磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)氧化鈣項(xiàng)目等。

經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展和工業(yè)實(shí)踐，我國(guó)石膏制硫酸技術(shù)已基本趨于成熟，近年來技術(shù)進(jìn)步的方向有：①優(yōu)化生產(chǎn)工藝和設(shè)備，以降低能耗、煤耗；②采用硫磺部分代替煤炭作為還原劑和燃料，使用高硫煤作為燃料，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性；③石膏制酸裝置一體化處理廢硫酸和含硫廢液、廢氣；④由單一聯(lián)產(chǎn)水泥向聯(lián)產(chǎn)氧化鈣材料、鉀鈣鎂肥等方向延伸；⑤根據(jù)工業(yè)副產(chǎn)石膏原料特點(diǎn)，可聯(lián)產(chǎn)為普通硅酸鹽水泥、阿利特水泥等高鈣水泥產(chǎn)品或貝利特水泥、硫鋁酸鹽水泥等低鈣水泥產(chǎn)品。目前我國(guó)石膏制硫酸技術(shù)推廣較為緩慢，最大的問題還是采用的石膏回轉(zhuǎn)窯內(nèi)分解工藝能耗高、經(jīng)濟(jì)性差，主產(chǎn)品硫酸和水泥附加值偏低，不足以支撐石膏制酸的成本。德國(guó)魯奇公司曾開發(fā)出“旋風(fēng)懸浮預(yù)熱器預(yù)熱—循環(huán)流化床分解—回轉(zhuǎn)窯燒成”的技術(shù)，與其他窯內(nèi)分解技術(shù)相比，該技術(shù)石膏分解和熟料燒成的總能耗大約可降低30%[7]。有研究表明，硫酸鈣還原成硫化鈣比氧化鈣更容易進(jìn)行，因此，借鑒魯奇公司技術(shù)，采取弱還原氣氛循環(huán)流化床沸騰爐窯外分解+傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯燒成技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)高標(biāo)號(hào)水泥技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的突破。從資源有效利用及減少碳排放角度來看，工業(yè)副產(chǎn)石膏制硫酸副產(chǎn)含鈣產(chǎn)品是一條很有前景的路線，一旦經(jīng)濟(jì)性取得突破，磷石膏、鈦石膏等大宗工業(yè)副產(chǎn)石膏資源化利用率會(huì)有大幅度提升。

3.1 2 制硫酸銨和硫酸鉀

以碳酸銨和硫酸鈣為原料復(fù)分解反應(yīng)可生成硫酸銨和碳酸鈣產(chǎn)品，25 ℃時(shí)該反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.9%，這是工業(yè)副產(chǎn)石膏制硫酸銨的理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代前世界上有14家企業(yè)采用該工藝生產(chǎn)硫酸銨肥料，后因成本和其他廉價(jià)氮肥的競(jìng)爭(zhēng)，該工藝基本淘汰，目前全世界僅有印度、印尼和中國(guó)仍有個(gè)別磷石膏制硫酸銨裝置在生產(chǎn)[8]。2013年貴州磷化集團(tuán)甕福公司建成國(guó)內(nèi)唯一一套250 kt/a磷石膏制硫酸銨示范項(xiàng)目，包括碳化、轉(zhuǎn)化、過濾、結(jié)晶等工序，每一步都涉及較為復(fù)雜的操作環(huán)節(jié)[9]。經(jīng)過國(guó)內(nèi)外幾十年的生產(chǎn)實(shí)踐和技術(shù)創(chuàng)新，工業(yè)副產(chǎn)石膏制硫酸銨聯(lián)產(chǎn)碳酸鈣技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但國(guó)內(nèi)硫酸銨和碳酸鈣產(chǎn)品都處于過剩，產(chǎn)品附加值不高，并且生產(chǎn)對(duì)石膏原料雜質(zhì)要求高、副產(chǎn)物碳酸鈣沒有好的出路，因此該技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不高，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。

在石膏制硫酸銨的基礎(chǔ)上，利用硫酸銨與氯化鉀的復(fù)分解反應(yīng)生成硫酸鉀和氯化銨鉀產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)兩步法石膏制硫酸鉀。據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)尚無石膏制硫酸鉀的工業(yè)化裝置，但2014年湖北三寧化工打通了硫酸銨制硫酸鉀生產(chǎn)流程，建設(shè)了50 kt/a脫硫副產(chǎn)硫酸銨制硫酸鉀聯(lián)產(chǎn)氯化銨鉀裝置，包括轉(zhuǎn)化、結(jié)晶、過濾、烘干包裝等工序[10]。因此，通過嫁接國(guó)內(nèi)2套示范工業(yè)化裝置技術(shù)，想要實(shí)現(xiàn)工業(yè)副產(chǎn)石膏制硫酸鉀聯(lián)產(chǎn)碳酸鈣、氯化銨鉀產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)上是沒有問題的，關(guān)鍵點(diǎn)還是經(jīng)濟(jì)性是否可行。

作為工業(yè)副產(chǎn)石膏化學(xué)利用的另一條途徑，制硫酸銨和（或）硫酸鉀已經(jīng)打通技術(shù)流程，今后大規(guī)模推廣應(yīng)用的關(guān)鍵是解決碳酸鈣的出路問題。在碳達(dá)峰碳中和的背景下，二氧化碳礦化工業(yè)副產(chǎn)石膏技術(shù)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”和資源化利用雙重目的，也許大規(guī)模示范推廣的空間由此打開。

3.1 3 作為冶煉原料

對(duì)于有色金屬火法冶煉企業(yè)，將工業(yè)副產(chǎn)石膏替代有色金屬火法冶金所用的石灰石或石灰等含鈣熔劑是一個(gè)有創(chuàng)意的想法。唐謨堂等[11]研究在有色金屬冶金中大量低碳處置磷石膏固廢，磷石膏在高溫冶煉爐內(nèi)分解，鈣元素作為造渣熔劑進(jìn)入爐渣，

最終成為水泥的優(yōu)質(zhì)原料；硫元素轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?，隨冶煉煙氣進(jìn)入制酸系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)江西銅業(yè)貴溪冶煉廠和陽谷祥光銅業(yè)有限公司利用銅冶煉閃速爐對(duì)中和石膏代替石灰作為造渣熔劑進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)銅冶煉生產(chǎn)無明顯影響[12-13]。因此，國(guó)內(nèi)銅、鎳、鉛、鋅、銻的火法冶金過程中均可以采用工業(yè)副產(chǎn)石膏代替石灰石或石灰等含鈣熔劑，既可以節(jié)省石灰石采購費(fèi)用，又能處理企業(yè)自產(chǎn)中和石膏渣或周邊工業(yè)副產(chǎn)石膏渣，該技術(shù)一旦全面推廣，每年可處置近千萬噸的工業(yè)副產(chǎn)石膏、減排二氧化碳超過4.5 Mt/a。

4 未來推進(jìn)工業(yè)副產(chǎn)石膏資源化利用思路

1）積極開拓具有市場(chǎng)前景的石膏建材品種，提高工業(yè)副產(chǎn)石膏資源化利用率。我國(guó)已成為世界石膏消費(fèi)大國(guó)，但從人均消費(fèi)量來看仍不是消費(fèi)強(qiáng)國(guó)。從整體來看，未來我國(guó)石膏市場(chǎng)需求量呈平穩(wěn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，行業(yè)專家預(yù)測(cè)，到2025年我國(guó)建材行業(yè)石膏消費(fèi)量將會(huì)達(dá)到200 Mt，基本可以消納當(dāng)年新增石膏量。“十四五”期間要積極推動(dòng)α型高強(qiáng)石膏、β型建筑石膏、Ⅱ型無水石膏、硫酸鈣晶須、紙面石膏板、石膏條板、抹灰石膏、自流平石膏、石膏模盒等新型綠色石膏建材產(chǎn)品的發(fā)展和應(yīng)用推廣。同時(shí)積極探索節(jié)能高效的化學(xué)法利用石膏技術(shù)創(chuàng)新和大規(guī)模工業(yè)化推廣，以及水泥、石膏建材外的其他利用，進(jìn)一步消納歷史堆積的工業(yè)副產(chǎn)石膏。

2）加大產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同攻關(guān)，提升石膏原料品質(zhì)和產(chǎn)品附加值。與天然石膏相比，工業(yè)副產(chǎn)石膏最大的缺點(diǎn)是雜質(zhì)含量高且組分復(fù)雜，無論哪一種利用途徑都必須對(duì)副產(chǎn)石膏進(jìn)行凈化預(yù)處理，國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用的預(yù)處理工藝主要有水洗法、石灰中和法、煅燒法、篩分法、球磨法、陳化法等。今后對(duì)工業(yè)副產(chǎn)石膏改性處理仍將是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要開展產(chǎn)學(xué)研協(xié)同技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出適應(yīng)不同來源廢石膏且低成本的除雜改性工藝，以利于廢石膏生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。另外，技術(shù)創(chuàng)新的方向還需要向源頭延伸，在煙氣脫硫、磷肥、鈦白粉、氫氟酸、稀酸凈化等生產(chǎn)過程中進(jìn)行工藝技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新，預(yù)先考慮盡量減少雜質(zhì)進(jìn)入副產(chǎn)石膏中。

3）國(guó)家和地方政策精準(zhǔn)支持，推進(jìn)石膏利用和綠色建材工業(yè)發(fā)展。未來較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)仍將面臨工業(yè)副產(chǎn)石膏大量堆存和緩慢消納的局面，目前國(guó)家和地方出臺(tái)一系列政策對(duì)工業(yè)副產(chǎn)石膏利用進(jìn)行引導(dǎo)和支持，建議出臺(tái)更為精準(zhǔn)的支持政策，比如強(qiáng)制廢石膏生產(chǎn)的綠色石膏建材產(chǎn)品對(duì)傳統(tǒng)建材產(chǎn)品的替代，對(duì)工業(yè)副產(chǎn)石膏資源化利用從財(cái)政、稅收、用電用水用煤等方面給予更大優(yōu)惠政策，對(duì)新建副產(chǎn)石膏項(xiàng)目必須配套資源化利用裝置。通過產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)全社會(huì)對(duì)工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用，同時(shí)強(qiáng)制副產(chǎn)石膏企業(yè)既要消納當(dāng)年產(chǎn)出石膏也要消化歷史堆存石膏。

4）工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用是一項(xiàng)國(guó)家戰(zhàn)略，也是一項(xiàng)涉及上下游產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)工程，國(guó)家和地方必須從政策各方面進(jìn)行鼓勵(lì)引導(dǎo)和規(guī)范促進(jìn)，才有可能盡早地實(shí)現(xiàn)工業(yè)副產(chǎn)石膏綜合利用率大幅度提升。當(dāng)然，企業(yè)作為資源化利用主體，更需要加大資金投入和技術(shù)創(chuàng)新力度，尋找到一條適合自己大規(guī)模消納廢石膏的途徑。建議工業(yè)副產(chǎn)石膏產(chǎn)出企業(yè)與下游水泥建材企業(yè)、建筑房地產(chǎn)企業(yè)等形成產(chǎn)業(yè)協(xié)作聯(lián)盟，共同推進(jìn)綠色石膏建材產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在國(guó)家碳達(dá)峰碳中和的戰(zhàn)略背景下，工業(yè)副產(chǎn)石膏代替碳酸鈣作為水泥原料，低碳綠色石膏產(chǎn)品替代高碳水泥和石灰建材產(chǎn)品，發(fā)展前景看好。