工業副產石膏資源化利用發展現狀

潘文杰 刁云翔 張 璐 徐元盛 張煥煥 杜 漸

1河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002） 2 鄭州工業貿易學校（450000）

0 前言

近年來，隨著我國墻體材料改革不斷深入，石膏工業發展迅猛，對石膏的需求也日益增加，隨之而來的就是優質天然石膏資源逐漸枯竭。為了適應環境保護和發展綠色工業的國情及政策需求，工業副產石膏的綜合利用越來越受到關注。

工業副產石膏主要包括脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏、芒硝石膏、氟石膏、鹽石膏、檸檬石膏等。 據統計，我國的天然石膏礦儲量約為570 億t，而儲量中僅有8%的石膏礦硫酸鈣含量大于90%。 除此之外，我國的石膏資源分布也極為不均衡，且近年來市場急劇發展，對石膏資源的需求不斷擴大，資源浪費極為嚴重。 如若將工業副產石膏合理利用，不但可以滿足社會發展對石膏資源的巨大需求，也可以避免工業副產石膏不斷增加帶來的環境污染問題。

通常情況下，工業副產石膏有效成分二水硫酸鈣含量均較高。 如脫硫石膏中二水硫酸鈣含量為80%~96%， 磷石膏中二水硫酸鈣含量為75%~90%。從有效物質含量角度考慮，工業副產石膏替代天然石膏被加以資源化利用具有充分的依據。

1 脫硫石膏的資源化利用發展現狀

脫硫石膏用作水泥緩凝劑是目前脫硫石膏最主要的利用方式。 脫硫石膏粒徑小、二水硫酸鈣含量高，用脫硫石膏替代天然石膏作水泥緩凝劑，不僅降低生產能耗，而且對水泥的細度、凝結時間、放射性、抗壓強度、抗折強度等均無不良影響，各項技術指標符合國家相關標準要求。 孫俊杰等研究了脫硫石膏中亞硫酸鹽對水泥物理、化學性能、緩凝時間影響。 研究結果表明，脫硫石膏中少量的亞硫酸鹽僅僅輕微延長了凝結時間，若提高熟料的鋁酸三鈣含量，這種影響可以忽略不計。 同濟大學的施惠生對脫硫石膏作為水泥緩凝劑與天然石膏進行對比表明，脫硫石膏對水泥有較好的改性作用，水泥的強度和凝結時間都有所提高。

脫硫石膏經煅燒可制備β 型半水石膏，即脫硫建筑石膏。 在脫硫建筑石膏中摻入添加劑和纖維，可用于制備石膏板。 脫硫石膏中的可溶性鹽、有機物等雜質是影響石膏板質量的重要因素。 脫硫建筑石膏還可制備粉刷石膏。 重慶大學對珞璜電廠脫硫石膏制備的粉刷石膏研究分析表明，利用脫硫建筑石膏制備的粉刷石膏完全可以滿足標準要求。 在我國，影響脫硫石膏制備粉刷石膏的關鍵因素是脫硫石膏的白度。 跟國外相比，我國除塵器出口的煙塵含量比較高， 所以生產出的脫硫石膏多為灰褐色，這樣就會影響粉刷石膏的白度， 影響建筑物美觀，這是很多石膏企業不愿采用脫硫石膏制備建筑石膏粉的重要原因之一。

同樣的，脫硫石膏也可燒制α 型半水石膏，即高強石膏。 α 型半水石膏的制備方法主要有蒸壓法、加壓水溶液法及常壓鹽溶液法。 我國東南大學的段珍華利用動態水熱法，用脫硫石膏制備出了抗壓強度40~60 MPa 的α 型半水石膏。廈門市建筑科學研究所的桂苗苗等采用蒸壓法，在溫度為150 ℃條件下蒸壓8 h， 然后烘干24 h， 可制得抗壓強度為26.8 MPa 的α 型半水石膏。 塊狀石膏制備的 α 型半水石膏比粉狀制備的強度高， 而脫硫石膏多呈細粉狀，影響了脫硫石膏在制備α 型半水石膏中的應用。

此外，脫硫石膏還可用于制備石膏砌塊、石膏條板以及改良鹽堿土壤等。

2 磷石膏的資源化利用發展現狀

據中國磷復肥工業協會統計，2017 年我國磷石膏產生量為75.0 Mt， 磷石膏綜合利用率僅為38.67%。 目前，將磷石膏用于建材領域是我國除了堆存處置之外消納磷石膏的主要途徑。

利用磷石膏為原料可生產石膏條板，主要用于建筑的非承重內墻。 西安是我國利用磷石膏發展石膏條板制品成效較為顯著的城市之一，有小型石膏條板生產企業43 家，銀川、南京等地繼西安之后也建成了7～8 家石膏條板生產企業。

磷石膏還可以用于建設工程基礎材料，如廢棄的礦井回填、路基筑路或筑壩材料等。 但磷石膏因其雜質的影響，在用于生產石膏建材時需進行一定的預處理，這導致磷石膏建材產品發展舉步維艱。

3 鈦石膏的資源化利用發展現狀

根據中國涂料工業協會鈦白粉分會提供的2017 年鈦石膏各途徑利用量占比分析，鈦白粉企業排放的鈦石膏主要還是作堆放和填埋處理，生產的石膏建材（如砌磚），由于缺少相關的標準，得不到市場認可。 從全行業來看，鈦石膏的資源化利用仍處于起步階段。 由于對鈦石膏沒有準確定性，缺乏相應的處理處置技術和控制管理標準，國內各區域管理要求不一。

鈦石膏僅有少量用于復合膠結材料和作為外加劑使用，主要是用作水泥緩凝劑和建材，也有用作土壤改良劑復墾造地、高速公路基材、井下采空回填材料等。 雖然國內有很多鈦石膏綜合利用的技術和文獻，但鈦石膏質量標準缺失，其質量參差不齊，很難達到質量穩定的要求，因此市場認可度較差，嚴重影響了鈦石膏綜合利用。 鈦石膏綜合利用率約為10%。

研究表明，經烘干的鈦石膏可以直接用作水泥緩凝劑。 此外，鈦石膏用作水泥緩凝劑與天然石膏相比，可明顯地延長水泥的初凝和終凝時間，抗折、抗壓強度也有所提高。 因此，鈦石膏經過除雜處理，完全可以替代天然石膏作為水泥緩凝劑。

鈦石膏經煅燒后，可與粉煤灰復合制作膠結材料，經過煅燒的鈦石膏可增大復合膠凝材料的標準稠度需水量，縮短復合膠結材料的凝結時間，大幅度提高復合膠凝材料的強度。

4 其他工業副產石膏的資源化利用發展現狀

除上述幾類主要的工業副產石膏外，人們對產量相對較少，所含雜質較復雜的其他一些種類的工業副產石膏也進行了資源化利用研究。 如王裕銀等通過研究發現，以建筑氟石膏為原料，在添加早強劑20%、復合激發劑2% 的條件下，氟石膏砌塊的各項指標符合國家相關要求。 檸檬酸石膏經過閃燒后， 再經過1～2 個星期的冷卻后即得到建筑石膏。經處理后的檸檬酸石膏強度高，凝結時間短。

5 結語

現階段，對工業副產石膏的綜合利用尚處于起步階段，其資源化利用的數量同每年新增的工業副產石膏總量相比微不足道。 因此，不論從企業的生存發展、環境保護、資源保護和工業副產石膏的綜合開發利用來看，工業副產石膏的資源化利用是大勢所趨，是符合國家持續發展、環境保護、節能利廢等產業政策的。