基于文獻計量學方法剖析磷石膏研究及進展

侯 江，郭衛廣，雍 毅，羅大鵬，吳 怡

（四川省生態環境科學研究院，四川 成都 610041）

磷石膏是濕法磷酸生產中產生的固體廢渣，其主要成分為二水硫酸鈣（質量分數在90%左右），每生產磷酸1 t 可產生磷石膏4.8 ～5.0 t［1］。目前，我國磷石膏的總庫存量約5 億t，每年仍產生磷石膏約7 000萬t。國內磷石膏產生量排名前5的省份分別是湖北、云南、貴州、四川和安徽，其磷石膏產生量占全國總產生量的85%以上［2］。磷石膏露天堆存仍然是處置的主要方式，不僅占用土地，且其中的可溶性磷、氟及重金屬易造成土壤、水體及大氣污染［3］。

2019 年8 月，國家生態環境部通報長江經濟帶“三磷”專項排查結果，7 省（市）692 家“三磷”企業（礦、庫）中有276 家存在生態環境問題，占比約39.9%。其中，磷石膏庫的問題最為突出，50%以上的磷石膏庫存在環境隱患，主要原因是歷史遺留的磷石膏非規范化堆積以及磷石膏的綜合利用率較低。

隨著磷石膏堆場環境問題的日益突出，國內磷石膏相關研究呈現爆發式增長，但大多集中在磷石膏理化性質［4-5］、磷石膏堆體污染治理［6-8］、磷石膏清潔生產技術［9-11］、磷石膏綜合利用［12-15］等實驗研究和政策研究上，對于磷石膏的文獻計量學研究較少，且對磷石膏研究歷程及未來趨勢、熱點的相關研究幾乎沒有。筆者采用文獻計量學方法，對中國知網數據庫（CNKI）中以磷石膏為主題的文獻進行統計定量分析，為后續進行磷石膏研究的相關學者提供方向參考。

1 數據來源

研究數據主要來自于中國知網（CNKI）。以磷石膏為主題對1956—2019 年（共計64 年）文獻進行檢索，共檢索到相關文獻6 482 篇，其中中文文獻5 011 篇，英文文獻1 471 篇。按照文獻類型分類：期刊論文5 546篇，博士論文68篇，碩士論文478篇，會議論文248篇，報紙新聞66篇，圖書76部。

2 研究方法

筆者采用文獻計量學方法，結合地理信息系統（GIS）、文獻統計分析軟件（Citespace）和數據分析軟件（Origin）對磷石膏相關研究文獻進行研究熱點及趨勢分析。文獻計量學作為文獻統計分析的主流方法，以數學與統計學方法為依托，相關信息材料為對象，通過數量統計與分析，對樣本所呈現的數量特征進行描述，由此評價樣本在某一階段的發展歷程［16-17］。文獻計量學方法已被應用于高校科研水平評價、期刊水平評價、文獻綜合指數評價、各學科領域的論文統計及發展趨勢分析等［18-19］。

3 結果與分析

文獻的年度趨勢分析、區域分布、研究機構分析、期刊來源分析、關鍵詞分析是衡量科研成果的5項重要指標，特別是關鍵詞分析能夠對本領域的研究歷程進行綜述，并對未來研究趨勢進行預測［20］。

3.1 年度趨勢分析

圖1 1956—2019年CNKI收錄磷石膏相關研究文獻量變化

1956—2019 年CNKI 收錄磷石膏相關研究文獻量變化見圖1。磷石膏相關文獻研究發展歷程共分為3個階段：1956—1981年為研究起步階段，每年發表文獻數量在10 篇以下，該時期國內各項研究受到環境制約，基本都處于起步摸索階段；1982—1995 年為緩慢發展期，每年發表文獻數量呈現較快增長，但年發表量仍保持在100篇以內；1996—2019 年為快速發展期，發文量呈線性快速增長趨勢，14 年間發文量達到5 779 篇，占總發文量的89.2%，此階段外文文獻也呈現快速增長趨勢。

3.2 研究區域分布

將CNKI 的檢索結果按研究地區在地圖上標注，并將文獻發表數量進行賦值，然后導入GIS軟件中，采用反距離插值等工具進行研究區域集聚狀態和熱點分析。研究發現，我國磷石膏相關研究主要集中在云南、貴州、湖北、四川4個省份，文獻發表量分別為852篇、783篇、702篇和630篇。這4 省為我國最重要的磷礦資源地和磷化工聚集區，磷礦石總產量約占全國的73%，磷化工產業相應較為發達，磷石膏的產生和堆存量也居于全國前列。其他研究區域主要為山東省（259 篇）、江蘇省（255篇）、北京市（220篇）、重慶市（214篇）、湖南省（144篇）、安徽省（113篇）等。

3.3 研究機構分析

在CNKI 中，對1956—2019 年以磷石膏為主題的文獻進行檢索統計分析，文獻發表量前20 的單位見表1。由表1 可知，文獻發表量靠前的單位主要為以學術研究為主的大學。

表1 磷石膏相關研究機構文獻發表量

3.4 期刊來源分析

1956—2019 年出版的磷石膏相關期刊論文，發表于北京大學《中文核心期刊要目總覽》來源期刊（以下簡稱北大中文核心期刊）共計1 219 篇，EI 來源期刊150篇，SCI 來源期刊29篇。刊載磷石膏類相關文獻較多的期刊見圖2。

圖2 刊載磷石膏類研究的主要期刊相關文獻發表量對比

3.5 關鍵詞分析

在CNKI 中以磷石膏為主題進行文獻檢索，將中文文獻以Refworks 格式導出，并導入CiteSpace軟件進行關鍵詞聚類分析，得出磷石膏研究相關文獻關鍵詞知識網絡圖譜，圖譜以關鍵詞“磷石膏”和“綜合利用”為中心呈雙中心輻射結構。在中文文獻關鍵詞出現頻次分析中，除了“磷石膏”以外，“綜合利用”成為出現頻次最高的關鍵詞，其他高頻關鍵詞依次為“水泥”、“粉煤灰”、“濕法磷酸”、“土壤改良劑”、“聯產水泥”、“硫酸”、“水泥緩凝劑”、“硫酸鈣晶須”、“半水石膏”、“資源化利用”、“硫酸鉀”、“建筑石膏”、“堆場”、“α-半水石膏”、“制磚”、“砌塊”等。大部分關鍵詞和“綜合利用”同時出現的頻次都比較高。可見在中文文獻中磷石膏綜合利用是該領域的研究熱點，而磷石膏制硫酸聯產水泥、水泥緩凝劑、半水石膏、紙面石膏板、建筑石膏、石膏砌塊和制磚是磷石膏綜合利用重要的研究方向。

將CNKI 中中文文獻主要關鍵詞進行分年統計，使用Origin繪圖分析軟件進行關鍵詞頻次趨勢分析，如圖3 所示。由圖3 可知，從1996 年開始，各個關鍵詞出現頻次都呈現較大數量增長。

磷石膏相關中文文獻中，1963 年關鍵詞“聯產水泥”首次出現，主要介紹歐洲各國高度關注磷石膏污染及資源化問題，開始將磷石膏制硫酸聯產水泥進行工業化；1977 年首次出現文獻報道，國內開始磷石膏制硫酸聯產水泥基礎實驗研究；1983年文獻開始報道國內磷石膏制硫酸聯產水泥工業化測試研究；1995—2000 年出現第一次相關研究熱潮，主要集中在機制和工業工藝設計優化研究；2005—2015 年出現持續性大量研究，為研究爆發期，包含磷石膏制硫酸聯產水泥的機制研究、新工藝研究、政策研究等；2015—2018 年，相關研究文獻逐漸減少，主要集中在文獻綜述和政策建議研究等。

圖3 磷石膏相關關鍵詞頻次年度趨勢

磷石膏相關中文文獻中，關鍵詞“水泥緩凝劑”最早出現在1978 年，從1999 年開始出現持續大量研究，至今仍為研究熱點。從最初的磷石膏直接作為水泥緩凝劑研究，到磷石膏預處理后作為水泥緩凝劑研究，再到磷石膏的新型改性研究，使磷石膏制作水泥緩凝劑的工藝更加成熟，水泥產品質量更加可靠。

磷石膏相關中文文獻中，關鍵詞“半水石膏”最早出現在1975 年，從2010 年開始出現持續大量研究，且逐年增加，2019 年相關文獻發表量最多，為當前研究熱點。半水石膏研究熱點也從磷石膏制備半水石膏試驗研究、半水石膏轉晶劑條件測試研究、半水石膏結晶機制研究轉向α-半水石膏不同生產工藝研究、半水石膏工業化生產研究、高品質高強度半水石膏的研制與應用研究。

磷石膏相關中文文獻中，關鍵詞“堆場”最早出現在1989 年，1989—2005 年相關研究文獻較少，年平均文獻量一直保持在5篇以內。從2008年開始出現穩步增長趨勢，特別是2017—2019 年，相關文獻出現爆發式增長，成為當前研究熱點。磷石膏堆場研究熱點從國外堆場研究報告、國內堆場技術設計、堆場堆體穩定及安全性研究，逐步轉向堆場浸出污染物遷移規律研究、堆場滲濾液研究、堆場歷史沉積石膏研究、堆場污染整治與封場技術研究、堆場資源化利用研究。

其他關鍵詞如“改性磷石膏”、“硫酸鈣晶須”、“α-半水石膏”、“石膏板”、“紙面石膏板”等在最近5年作為高頻詞出現，也為當今磷石膏領域研究熱點。而“制磚”、“砌塊”、“粉煤灰”、“土壤改良劑”等關鍵詞在1995—2005 成為高頻詞，在最近5年出現頻次逐漸減少，為次要研究熱點。

4 討論

磷石膏制硫酸聯產水泥是磷石膏綜合利用的重要方向，能使磷石膏中的硫、鈣等資源得到充分利用，在一定程度上緩解了我國硫資源嚴重依賴進口、受制國外的情況。制得的硫酸可循環用于磷化工生產，制得的氧化鈣等可作為水泥的主要原料，在一定程度上減少了石灰石的開采量，利于生態保護。目前，我國磷石膏制硫酸聯產水泥裝置已經達到產業化程度，但存在能耗大、成本高的問題，降耗成為此方向研究熱點。

磷石膏生產水泥緩凝劑成為目前磷石膏的主要應用方向。水泥緩凝劑是水泥生產中的添加劑，使用量僅為2% ～6%。但考慮到我國水泥生產規模及用量較大，且磷石膏生產水泥緩凝劑，預處理僅需要加入石灰拌混，工藝簡單，操作方便，水泥緩凝劑成為磷石膏的最主要綜合利用途徑。

磷石膏經預處理或改性后，可制成α-半水石膏或β-半水石膏，再作為生產紙面石膏板、纖維石膏板、空心砌磚、粉刷石膏和自流平石膏等產品的直接原料，目前市場前景較好。但因磷石膏本身含有少量雜質，原料質量存在不穩定性，因此磷石膏除雜、改性及制備穩定高品質的半水石膏成為研究熱點。

5 結論

最近15 年磷石膏相關研究呈現爆發式增長，磷石膏領域研究越來越受到關注。我國磷石膏相關研究主要集中在云南、貴州、湖北、四川4省。磷石膏相關研究機構主要為昆明理工大學、貴州大學、武漢理工大學、四川大學、西南科技大學等以學術研究為主的大學。

磷石膏領域未來重要研究方向主要為磷石膏的綜合利用和堆場的污染防治。

在磷石膏綜合利用領域，磷石膏制硫酸聯產水泥、水泥緩凝劑、半水石膏、石膏板、自流平石膏、改性磷石膏是重要研究方向。其中，降低磷石膏制硫酸聯產水泥工藝的能耗成為此方向研究熱點；磷石膏除雜、改性及制備穩定高品質的半水石膏成為磷石膏制備建材的研究熱點。

在磷石膏堆場的污染防治領域，堆場浸出污染物遷移規律研究、堆場滲濾液研究、堆場歷史沉積石膏研究、堆場污染整治與封場技術研究、堆場資源化利用研究成為重要研究方向。