磷石膏在新型建筑材料中的應用

楊如仙 葉仙松 舒騰飛

中交武漢港灣工程設計研究院有限公司

1 引言

我國是全球第一大磷肥生產國，目前，我國磷石膏堆存量已達4億噸[1]，磷石膏排放量以5000萬噸每年[2]的速度遞增，我國磷石膏大部分以堆存為主，利用率低于20%，不僅占用大量土地，而且造成環境污染。磷石膏中含有70%～90%的CaSO4·2H2O，是一種寶貴的資源，但是磷石膏含有磷、氟等雜質限制了它的應用，磷石膏高附加值、低成本、環保、大摻量、規?；贸蔀檠芯康闹攸c，磷石膏在新型建材中大摻量應用具有廣闊的市場前景，受到建筑市場的青睞。

2 國內磷石膏的利用現狀

目前，磷石膏在我國的應用途徑有化工產品、工業填料、水泥緩凝劑、石膏基建材產品、農業生產、生物降解、土壤改良等。其中，磷石膏基建材具有利用量大、污染小的特點，是目前最有前景的利用方向。據統計，目前我國磷石膏基建筑材料主要有水泥緩凝劑、石膏產品（板、砌塊、磚）、路基或填充材料、建筑石膏粉等，2017 年磷石膏在這四類建筑材料的利用比例依次是30%、16%、14%、5%[2]，當前，我國山東省、湖北省、四川省、云南省、貴州市、重慶市的磷石膏利用發展迅猛，各種以磷石膏為基礎材料的新型建筑材料被廣泛的推廣應用。主要的應用集中在新型墻體材料、新型粉體材料、新型填充材料、新型路面基層材料。

3 磷石膏基新型建筑材料

3.1 磷石膏基高性能墻體材料

隨著人民生活質量的提高，對建筑材料的功能性需求日益劇增，要求墻體材料具備輕質、高強、節能、環保等功能，傳統的磷石膏墻體材料存在強度低、耐水性差、摻量低、不節能環保等問題，限制了其大規模的應用。趙士豪等[3]利用磷石膏、礦渣水泥制備砌筑免燒磚，強度滿足MU20標準，節約能源的同時還降低了環境污染。朱大勇等[4]在磷石膏中加入含氫硅油乳液等憎水性材料，制備的磷石膏砌塊耐水性顯著提高，擴大了磷石膏磚的應用范圍。劉代俊等[5]用磷石膏制備高強儲能砌塊，強度達到10MPa、耐水性好、不需要鍛燒，具有調節環境溫度功能。貴州磷化采用“一步法”的工藝技術制備新型高強耐水磷石膏磚，建成了10億塊/a新型高強耐水石膏磚、2.5×105m2/a石膏基加氣混凝土等多條生產線，甕福集團、山東奧寶化工、四川龍蟒新型建材的新型磷石膏砌塊生產線都紛紛投產[6]。

3.2 磷石膏基新型粉體材料

預拌干混砂漿作為一種新型綠色生態環保建筑材料，具有提高建筑質量、保護環境、節約成本、經濟性佳等優點，目前已經在十幾個城市大規模使用，使用量巨大。磷石膏制備干混砂漿，目前得到應用的有輕質抹灰石膏砂漿、石膏基自流平砂漿[7]。輕質抹灰石膏砂漿主要膠凝材料是煅燒石膏粉通過加入外加劑（如?；⒅榈龋╊A混制成，主要用于建筑內墻、頂棚的抹灰，具有不空鼓、不開裂、環保、阻燃、施工快等特點，采用機械噴涂效率是人工抹灰的三倍，從而大大降低建筑成本。石膏基自流平砂漿是可以替代水泥黃沙鋪設室內地板的輕質膠凝材料，具有適應范圍較廣、施工速度快、流動性能好可以自動找平、干燥快、無收縮、阻燃、耐磨等優點。貴州磷化開發了石膏基干混砂漿、內墻膩子、粉刷石膏等多種磷石膏基新型粉體建筑材料，并的到了成功的推廣和應用。

3.3 磷石膏基新型充填材料

礦山井下充填就是將采集或加工的骨料摻入適量的膠凝材料，加水混合攪拌制備成充填料漿，沿管道向采空區輸送和堆放漿體，形成的具有一定強度、整體性的填充體。磷石膏填充的方式主要有：磷渣+磷石膏充填體系和磷石膏+水泥+粉煤灰充填體系。磷渣+磷石膏充填體系：張小瑞等[8]利用磷石膏和黃磷渣顆粒較細的特點，成功配制了流動性良好的磷石膏—黃磷渣填充材料，該填充材料28d 抗壓強度為2.15MPa～3.42MPa，可以滿足礦山安全生產的要求，同時料漿的泌水率顯著降低。磷石膏+水泥+粉煤灰充填體系：劉小力等[9]利用水泥、粉煤灰對磷石膏改性制備充填材料，并在貴州開磷集團的沙壩礦段進行礦山充填工業試驗，不僅實現磷石膏規模化利用，同時也解決了礦山的安全問題，經濟和環境效益顯著。開磷集團利用磷石膏、復合黃磷渣膠凝粉進行礦山充填，磷石膏和黃磷渣的利用量在45 萬t/a 以上，該技術獲得了“2009年國家科技進步二等獎”[1]。貴州磷化已建成的改性磷石膏及配套運輸系統，具有5000kt/a充填料制備輸送能力，可消耗石膏2000～3000kt/a[10]。

3.4 磷石膏基新型路面基層材料

磷石膏基路面基層材料是以磷石膏為主要原料和水泥、礦物摻合料通過一定的比例配制而成的膠凝材料，通過配料計量、攪拌，制成的路面基層施工材料，可直接用于路面基層施工。周明凱等[11]采用水泥與原狀磷石膏，通過調整水泥配方、集料級配等關鍵參數，來穩定碎石制備路面基層材料，該項技術能大量消納工業廢料—磷石膏，厚度54cm 的磷石膏基基層，一公里可利用磷石膏約450t，并能顯著克服當前水泥穩定類基層抗裂性差、凝結時間短等一系列問題，且施工工藝簡單。周富濤[12]等利用磷石膏、粉煤灰配制了可以用于路面基層的磷石膏—粉煤灰—水泥—石灰膠凝體系，該膠凝體系的最佳質量配比為45：50：10：5，水灰比0.21，各項性能指標滿足JTJ 034—2000 標準的要求。李俊鵬等[13]通過對磷石膏基本性能指標（含水率、液塑限、CBR值等）進行測定分析，得出磷石膏是一種較好的路基填料的結論，通過長期監測發現，作為路基材料磷石膏的放射性和重金屬離子均沒有對周邊環境造成不良影響。開磷集團建成投產了60萬t/a磷石膏路基穩定層材料生產線，可消耗磷石膏約50萬t/a[1]。

4 結論與展望

磷石膏在新型建筑材料中的大摻量應用，取得了一定的成果并得到了推廣應用，隨著工藝技術的進步、產品種類的完善、市場的高度認可，磷石膏在新型建筑材料中的大摻量應用將成為發展趨勢。但是磷石膏的大摻量應用還存在一些共性關鍵性技術難題需要攻克，如磷石膏的清潔及無害化預處理技術及裝備，因此，仍然需要加大磷石膏的技術研發投入來攻克這些技術難題，為磷石膏大摻量利用提供技術支撐。同時，國家出臺與磷石膏利用相關的稅收優惠政策、激勵措施，及對磷石膏產品使用的引導、鼓勵政策，為磷石膏產品的應用推廣提供政策上的支持。通過技術和政策的雙向推動，加強和推進磷石膏的大規模利用，實現磷化工行業的可持續發展。