磷石膏是濕法生產(chǎn)磷酸時產(chǎn)生的一種固體廢渣，主要成分是二水硫酸鈣(CaSO4•2H2O)，另外也含有少量未完全分解的磷礦、氟化合物、磷酸、有機質(zhì)、酸不溶物、鐵鋁化合物、重金屬等雜質(zhì)，其外觀為黃白色、灰黃色、淺灰白色或黑灰色細(xì)粉狀固體。
圖1 2015—2019年中國磷石膏的產(chǎn)量和利用量
1. 磷石膏的資源化利用現(xiàn)狀
國內(nèi)外對磷石膏資源化綜合利用已經(jīng)進行了較廣泛的研究。在日本、韓國和德國等天然石膏缺乏的國家對磷石膏的開發(fā)利用率相對較高。日本的磷石膏利用率接近100%，大部分用于生產(chǎn)建材，如石膏板、建筑石膏和石膏砌塊等。而美國等擁有豐厚天然石膏資源的國家，對磷石膏等工業(yè)副產(chǎn)石膏的利用率較低，大部分采用堆積存儲的方式。
中國磷石膏的主要產(chǎn)地集中在中西部地區(qū)，2019年云南、貴州、四川、湖北等產(chǎn)磷省的磷肥產(chǎn)量占當(dāng)年總產(chǎn)量的84%。由于磷礦中放射性元素含量低，因此磷石膏中放射性較低，滿足環(huán)境安全要求，為磷石膏資源化利用創(chuàng)造了有利條件。現(xiàn)階段，磷石膏在中國的資源化利用行業(yè)領(lǐng)域及用途如表1所示。
表1 中國磷石膏資源化利用的主要行業(yè)和用途
2. 磷石膏的建材資源化利用
(1) 磷石膏的預(yù)處理
在眾多利用途徑中，磷石膏的建材資源化利用既可以消納大量磷石膏，又具有較高的附加值。對于雜質(zhì)含量較少的磷石膏，可以不經(jīng)處理，直接與石灰、礦渣、礦粉或粉煤灰制備磷石膏基復(fù)合膠凝材料。
為了得到性能穩(wěn)定的建筑石膏，一般需要對磷石膏進行預(yù)處理，除去其中的有機物、可溶磷、可溶氟等雜質(zhì)。目前中國對磷石膏的預(yù)處理一般采用水洗法、酸堿中和法、篩分法、陳化法、煅燒法等方法中的一種或多種組合，其中最常用的是酸堿中和法和水洗法。磷石膏經(jīng)過預(yù)處理后，可避免其中的雜質(zhì)對磷石膏制品的不利影響，提高磷石膏制品的力學(xué)性能，有利于在實際工程中的推廣應(yīng)用。
(2)磷石膏基墻體材料
常見的磷石膏墻體材料主要有石膏板、石膏磚和砌塊等。石膏板是一種以石膏為主要原料制成的建筑板材，具有生產(chǎn)能耗低、輕質(zhì)高強、防火隔熱、可加工性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于建筑內(nèi)部隔墻、吊頂?shù)取Ｒ恢币詠恚袊氖喟迳a(chǎn)主要以天然石膏和脫硫石膏為原料，近年來隨著政策和市場的推動，已有許多科研院所和部分企業(yè)研發(fā)以磷石膏等工業(yè)廢棄物為原料的石膏板。
石膏磚和石膏砌塊具有質(zhì)量輕、防火、隔聲、低碳環(huán)保、施工便捷等優(yōu)點，是國家大力推廣發(fā)展的一種新型墻體材料。磷石膏中含有鉛、鋇等重金屬離子，因此在使用中需考察其重金屬浸出性。此外，石膏是一種氣硬性材料，耐水性較差，因此在實際應(yīng)用中需要提高其耐水性。
(3) 磷石膏基粉體材料
磷石膏基粉體材料是指以磷石膏為主要膠凝材料，添加集料、外加劑等制得的具有不同用途的砂漿類材料，主要有抹灰石膏、自流平石膏、石膏膩子等。
抹灰石膏主要用于建筑內(nèi)墻、頂棚的抹灰，具有質(zhì)量輕、不空鼓、不開裂、施工快等特點，既可采用人工抹灰，又可采用機械噴涂抹灰，施工效率高。目前，磷石膏基抹灰石膏已在中國有所應(yīng)用，其制備工藝、影響因素和機制得到了深入研究。
自流平石膏具有流動性好、施工快、無收縮等優(yōu)點，可以替代傳統(tǒng)室內(nèi)找平工藝。用磷石膏配制自流平石膏可變廢為寶，具有較高的附加值，經(jīng)濟效益和市場前景良好。
建筑膩子是建筑工程的必備材料，以經(jīng)過預(yù)處理的磷石膏為基材，配制磷石膏基建筑膩子是磷石膏資源化的高附加值途徑之一。
(4) 磷石膏模盒
石膏模盒是以石膏、纖維增強材料為主要原料在工廠預(yù)制而成，作為空腹樓板填充材料的一種新型石膏制品。將石膏模盒埋于現(xiàn)澆混凝土樓板內(nèi)，構(gòu)造出高性能的復(fù)合樓板，既節(jié)省了大量鋼筋混凝土，又具有保溫、節(jié)能、隔音、輕質(zhì)等功能，已經(jīng)成為中國重點推廣的建筑技術(shù)。謝欽等采用有限元方法分析了磷石膏模盒無梁樓蓋的截面應(yīng)力，建立了周邊簡支條件下各自的內(nèi)力和位移計算公式，為磷石膏模盒無梁樓蓋的應(yīng)用夯實了理論基礎(chǔ)。李少杰等對磷石膏模盒樓蓋進行了輻射傳熱分析，認(rèn)為磷石膏空腔結(jié)構(gòu)提高了樓蓋的保溫性能，并針對其熱橋和自然對流換熱問題提出了改良方法。
3. 存在的問題
目前，磷石膏在建材資源化利用方面主要存在以下問題：
01
分布不均勻、供需不協(xié)調(diào)。中國磷石膏主要產(chǎn)區(qū)集中在貴州、云南、湖北、四川等中西部地區(qū)，這些地區(qū)每年的磷石膏產(chǎn)生量占全國的八成以上，本地市場難以消納。
02
產(chǎn)品質(zhì)量差、市場認(rèn)可度低。磷石膏自身存在雜質(zhì)種類復(fù)雜、含量高等缺點，同時中國對磷石膏的利用尚處于發(fā)展期，磷石膏制品相對天然石膏、脫硫石膏等質(zhì)量不高，市場的認(rèn)可度較低。
03
規(guī)范不健全、政策激勵不充分。目前很多磷石膏建材制品尚沒有國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，很多企業(yè)采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，限制了其應(yīng)用推廣。政府雖然出臺了很多鼓勵政策，但其激勵作用發(fā)揮不充分。
結(jié)論與展望
近年來，磷石膏在建筑材料中的應(yīng)用，取得了豐富成果并得到了推廣應(yīng)用。但是磷石膏的大摻量應(yīng)用還存在一些共性問題需要解決，如磷石膏預(yù)處理清潔技術(shù)、磷建筑石膏質(zhì)量穩(wěn)定性等，同時也需要國家出臺磷石膏資源化利用的政策引導(dǎo)和激勵優(yōu)惠。隨著技術(shù)的進步和國家政策的推動，未來磷石膏建材制品的種類和產(chǎn)品質(zhì)量將進一步完善，市場認(rèn)可度將進一步提高，實現(xiàn)磷石膏在建材領(lǐng)域的大量、高附加值利用，使磷石膏變廢為寶，解決其產(chǎn)生的環(huán)境問題。
