磷石膏在建材行業的利用方案探究

畢壽蘭，文玉，李雪瓊

（云南省建筑材料科學研究設計院有限公司 云南昆明 650221）

0 引言

云南是中國磷礦資源大省，磷化工企業分布較多，產出了大量工業副產磷石膏。磷石膏與天然石膏主要成分都為二水硫酸鈣，其物理化學性質具有共同點。因此，用磷石膏替代天然石膏生產建材產品，不僅為工業副產磷石膏的綜合利用開辟了路徑，同時也保護了天然石膏資源。

1 磷石膏概述

磷石膏的化學成分以CaSO4.2H2O為主，其不溶性雜質有石英、P2O5，鋁、鎂的磷酸鹽和硫酸鹽；可溶性雜質有水溶性P2O5、溶解度較低的氟化物和硫酸鹽。磷石膏所含的P2O5、磷酸鹽和氟化物等雜質在堆存過程中會引起環境污染，因此磷石膏在建材行業被消納利用，對于保護環境具有積極的意義。

磷石膏與天然石膏主要成分相同，在建材行業可替代天然石膏用于硅酸鹽水泥的緩凝劑，調節凝結時間；用于生產石膏墻體材料，替代傳統墻體材料；用于生產建筑石膏等。

2 磷石膏的利用方案

2010年，國家發改委發布了《中國資源綜合利用技術政策大綱》，規定了“推廣磷石膏制水泥緩凝劑、紙面石膏板、建筑石膏、粉刷石膏、砌塊等建材產品的綜合利用技術”。由此可見，國家鼓勵建材行業對磷石膏進行綜合利用。筆者對其中3個方向進行了研究：

2.1 水泥緩凝劑

石膏是硅酸鹽水泥生產必須要使用的緩凝劑，其添加量約為水泥產量的3%~5%。磷石膏的二水硫酸鈣含量一般高達85%以上，但其水溶性、枸溶性的磷、氟雜質影響水泥性能，不溶性的磷、氟則對水泥基本無害?；诖耍瑢α资噙M行預處理，選取對水泥性能無害的堿性添加劑，與磷石膏均勻混合，對磷石膏中的微量酸性物質進行中和處理，生成難溶性的磷酸鈣和氟化鈣，調整PH值達到7.0～7.5，從而消除水溶性、枸溶性的磷、氟雜質負面影響。

用改性磷石膏替代天然石膏作水泥緩凝劑不僅理論上可行，實踐中也得到了廣大水泥廠的普遍認可和采用。工藝方案較為簡單：堆存的磷石膏與堿性添加劑通過配比后，經皮帶機送到攪拌機上進行混合，將磷石膏中對水泥生產有害的酸性物質中和后制得改性磷石膏。主要設備為皮帶輸送機、計量秤、攪拌機等。

2.2 蒸壓磷石膏磚

新型墻體材料是建材工業的重要組成部分，利用工業固體廢棄物生產墻體材料，可替代傳統實心粘土磚所需的粘土資源，減少對土地的破壞。免燒磚生產工藝在我國已成熟，國內已有多家大型建材設備制造廠批量生產成套設備。

例如筆者設計的云南某公司年產1億塊磷石膏標磚項目，其主要原料采用磷石膏、尾礦、石灰、機制砂、水泥進行配料，生產蒸壓磷石膏磚。工藝流程如下：

尾礦、機制砂經汽車運至堆棚內儲存，石灰粉、水泥則送入筒倉儲存。在磷石膏原有堆存處設置料倉、皮帶機輸送系統，將磷石膏送入磷石膏標磚項目廠址；在進入堆棚前，將磷石膏和石灰按比例混合，經雙軸攪拌機預混合后進入堆棚。各物料通過計量秤由微機計量，經雙軸攪拌機混合均勻后，經皮帶輸送機送入消解倉。然后物料經一定時間消解后，經粉混機預處理再由皮帶輸送機喂入液壓成型機組。成型后由蒸壓小車送入蒸養釜。蒸養一定時間后，蒸壓小車將磷石膏磚拉出，然后由起重機吊到成品堆棚，蒸壓小車則返回液壓成型機組。

主要設備有：雙軸強制攪拌機、皮帶輸送機、計量秤、消解倉、粉混機、液壓成型機組、蒸養釜、蒸壓小車、起重機等。

項目自動化程度高，可遠距離操控，同時采用全數控技術，精確計量供料，使生產流程簡化，從而節省人力。

2.3 建筑石膏

磷石膏的主要成分是二水硫酸鈣，在一定的溫度作用下，經過氣流烘干、氣流沸騰煅燒使其脫除部分結晶水從而生成半水石膏，半水石膏再經過粉磨篩分使其結晶形態達到要求即可制得滿足質量要求的建筑石膏粉產品。建筑石膏粉與水泥、粉煤灰等輔料經過物理混合后即制得石膏砂漿，可替代水泥砂漿，用于墻體的找平，具有輕質、防火、保溫、呼吸調濕、不開裂的特點。一般工藝流程如下：

二水磷石膏經皮帶輸送機送入烘干機，進行游離水烘干。二水磷石膏脫除游離水后，通過除塵器收集輸入斗式提升機，然后進入氣流沸騰煅燒爐進行煅燒。二水磷石膏在沸騰煅燒爐內脫除1.5個結晶水形成半水石膏，從而制得建筑石膏。

主要設備有：沸騰爐、烘干機、除塵器、斗式提升機、煅燒爐、磨機等。

項目自動化程度高，可遠距離操控；專業性程度較高，生產時需精確控制溫度。

3 磷石膏的利用研究

3.1 用作水泥緩凝劑的研究

用改性磷石膏作為水泥緩凝劑，目前應用較多。其緩凝效果好，而且無需破碎，間接節省了水泥企業天然石膏破碎系統的電耗及機械維護成本。

改性磷石膏的生產工藝簡單，一次性投入少。改性磷石膏銷售價格為30～40元/t，比天然石膏價格更低，已經被眾多水泥生產企業所采用。

3.2 用作蒸壓磷石膏磚的研究

用磷石膏生產蒸壓磷石膏磚，在云南已有多家磷化工廠應用。蒸壓磷石膏磚具有保溫、隔音、節能、堅固、外觀尺寸標準不變形、美觀，便于砌筑，節約砂漿，返工率小，外墻裝飾時好抹平，節省抹面砂漿、節約人工成本等優點。

蒸壓磷石膏磚的生產工藝復雜，一次性投入高。磷石膏磚銷售價格為0.2~0.3元/塊，是一種新型的綠色環保墻體材料。

3.3 用作建筑石膏的研究

近年來，自流平石膏及石膏粉刷砂漿等高強建筑石膏產品得到了快速的發展。因為施工效率高、作業輕松方便、防火、保溫、不開裂等優點，深受都市建筑市場喜愛。目前建筑石膏的市場需求大，機會較多。

建筑石膏的生產工藝專業性較強，一次性投入較高。市場上建筑石膏粉售價為300～500元/t。但受磷石膏的雜質影響，用其生產的建筑石膏強度低，目前還無有效解決方案，故用磷石膏生產建筑石膏粉的應用較少。

4 結語

因為云南省水泥行業產能基數大、磷石膏改性工程一次投入少、技術門檻低等原因，用作水泥緩凝劑是目前磷石膏的主要利用途徑。但也可以看到，用改性磷石膏作為水泥緩凝劑的銷售價格低；而用磷石膏生產高附加值的建筑石膏，還存在著技術瓶頸。

經過多年的技術研究和市場應用，磷石膏在建材行業的綜合利用取得了不少成功，也存在著瓶頸。如何開拓磷石膏的綜合利用，提高磷石膏的附加值，將是我們繼續前行努力的方向。