磷石膏变废为宝有什么用？

1、磷石膏处理的意义和背景

1.1磷石膏的来源

磷石膏是湿法磷酸生产过程中排出的，以二水硫酸钙为主要成分的沉淀物，是磷化工生产中最主要的工业副产品。通常情况下，生产一吨P₂O₅就要排放4.5-5.5吨磷石膏。磷石膏中二水硫酸钙的含量高达90%以上，是一种重要的再生石膏资源，长期以来磷石膏因含有一定磷、氟、有机物等杂质，使其利用问题成为国际技术难题，所以主要采取堆存措施。

1.2磷石膏的利用情况

我国是世界第一磷肥生产国，也是第一大磷石膏副产国，随着磷肥产量的增加，磷石膏的堆存量与日俱增，不仅占用大量土地、耗费可观资金，浪费资源，且可溶性P₂O₅、F和重金属元素等随雨水浸出，产生酸性废水，引起土壤、水系、大气的严重污染和生态危害。根据不完全统计，迄今在全世界58个国家中磷石膏的累计排放量已达56亿吨，每年新增1.1亿-1.5亿吨，其中只有400-500万吨磷石膏得到了利用（利用率仅为4.1%-4.5%）。我国磷石膏累计堆存量已超过3亿吨，磷石膏的产生、堆存主要集中在云南、贵州、四川、湖北、安徽等磷复肥产区，而石膏消费主要集中在建筑石膏、水泥产量大的地区，受运输半径的影响，石膏使用量大的地区供不应求，而磷石膏产量集中的地区却大量堆存。如此巨大的工业废渣石膏，如果不能很好的利用，对环境将造成严重污染，并对电力、化工工业的可持续发展带来严重的影响。

1.3磷石膏综合利用的相关政策

2016年以来，国家越来越重视大宗固体废弃物综合利用问题，相继出台了更加全面、细致的政策。国务院“十三五”规划中，明确提出要推动磷石膏等产业废弃物的综合利用，工信部与财政部也相继出台指导意见和增值税优惠目录，随后又颁布了新《环保法》和《环境保护税法》，为磷石膏的综合利用提供政策支持和法律保障。湖北、贵州、云南等磷矿大省也推出了促进磷石膏综合利用、减少磷石膏堆积的政策。如湖北省财务厅出台了相应的增值税政策，销售自产磷石膏资源综合利用产品，可享受70%的增值税退税政策，以此提高企业对磷石膏综合利用的积极性；云南省制定了《云南省工业固体废物资源综合利用评价管理实施细则》，来规范省内的资源综合利用评价工作，促进综合利用产业规范化、规模化。

2021年3月，国家发改委发布了《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》，意见中表示，在“十四五”期间要继续推广磷石膏在生产水泥和新型建筑材料等领域的利用，并在此基础上探索新的磷石膏利用途径，研发具有高附加值的磷石膏制品。提高磷石膏的利用率，要求到2025年新增大宗固废综合利用率达到60%，大宗固废的存量有序减少，并且要强化法律保障、完善政策支持、加强组织协调，保障我国大宗固废治理能力继续提升。

2、磷石膏综合利用方向及难点

2.1磷石膏的综合利用方向

近年来，磷石膏的利用率稳步上升，于2019年达到40%，磷石膏可以在建材行业、化工行业和农业三个领域综合利用，其中以建材行业为主，详见下表。

由上表可知磷石膏的综合利用方向主要是建材行业，但是大多附加值较低，长距离运输会导致其成本增高，缺乏竞争力，因此市场覆盖面积有限。不过近年来在煅烧石膏方面的研究发现，α半水石膏相比β半水石膏具有高强度（干燥抗压强度达到25-50MPa）、性能价格比优越、用途广的特点，成为磷石膏研制新型石膏建材，解决磷石膏问题的一个重要途径。

2.2磷石膏利用难点

2.2.1磷石膏矿物成分差异较大

磷石膏的主要有害杂质是P₂O₅和F，但是其品位和杂质含量受多种因素影响，不同企业、不同批次生产的磷石膏，其化学组成与杂质含量都会有所变化。不同地区磷石膏中所含杂质的差异较大，导致其工艺参数难以把握，甚至有些地区磷石膏需要单独设计处理工艺，效率低下。

2.2.2磷石膏物理性质对综合利用的影响

为了增加磷酸产率，在磷酸反应中通常会对磷石膏进行反复冲洗和过滤，会使磷石膏的含水量增高，结晶颗粒变大，降低了磷石膏的反应活性，增加煅烧时的耗能；就晶体形态而言，磷石膏与天然石膏也有很大的不同，赵拉等通过对磷石膏的晶形的研究，发现天然石膏的晶体常呈板状及特有的燕尾双晶，而磷石膏晶体形态基本上为板状晶体。这种晶体在过滤时，具有沿水平“层”相互堆积叠合的倾向，妨碍间隙液体的流动，使可溶杂质难以快速排出，导致产品的板凝时间显著增长，强度大幅下降。

2.2.3磷石膏化学性质对综合利用的影响

在使用磷石膏制作建筑材料时，其中残留的磷、氟、有机物及二氧化硅等杂质，严重影响建筑材料的力学性能及环境适应性，其中磷对建筑材料的性能影响最大。H₃PO₄及相应的盐会在水化时与溶液中Ca²⁺反应生成难溶的Ca₃(PO₄)₂附着于石膏表面，导致石膏难以继续溶出和水化，延长磷石膏的凝结时间，使得石膏制品的结构疏松，降低最终成品的强度。且磷、硫为同族元素，磷酸根替换硫酸根的共晶磷在石膏中以化学键结合形式存在，难以将其分离或消除。磷石膏中残留的氟还可能导致氟污染，影响其在农业方面的应用。

2.2.4磷石膏中重金属和放射性元素对综合利用的影响

相较于国外，我国磷矿中的重金属和放射性元素含量很少。因此，我国磷石膏中的重金属和放射性物质含量也相对较低。其重金属含量和放射性核素含量对其在建材行业应用的影响较小，但是在农业方面，用磷石膏做肥料或土壤改良剂依旧有重金属污染和放射性核素污染的风险。

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