中國工業副產石膏利用現狀及“十四五”展望

楊再銀

（建筑材料工業技術情報研究所，北京100024）

近幾年大多數建材產品產量保持穩定，但是石膏行業的發展總體來看勢頭良好，仍然處于穩步增長階段。主要原因有：①隨著經濟發展和生活水平的提高，對住宅質量的提升帶動了石膏消費量的增加，特別是砂漿類石膏用量的激增；②受環保政策的影響，工業副產石膏的資源化應用成效顯著，工業副產石膏用量占比增加，特別是西南地區政府出臺的相關政策促進了磷石膏用量的增長；③近幾年水泥的價格始終在高位運行，水泥和石膏在一定程度上存在互補的作用，水泥價格的上漲對石膏價格的上揚和石膏應用范圍的擴大產生一定的促進作用；④在勞動力價格快速增長的背景下，石膏產品施工速度快、效率高、勞動強度低、可以不摻砂石和施工環境清潔的優勢滿足了降低成本和環境保護的需求。

1 石膏建材行業發展現狀

1.1 石膏原料（工業副產石膏和天然石膏）

2020年，我國磷石膏產生量74 Mt，同比下降1.3%，利用率約為44%；來自火電廠產生的煙氣脫硫石膏排放量約為78 Mt，增長了約1%；鈦石膏的排放量居第三位，產生量約為30 Mt，但其利用率很低，約為8%。隨著環保政策越來越嚴格，氯堿石膏、氟石膏、芒硝石膏等企業也投入了巨大力量開展工業副產石膏綜合利用[1]。

近幾年磷石膏綜合利用呈現如下特點：①各級行業主管部門越來越重視磷石膏的綜合利用；②磷石膏條板、磷石膏砂漿等產品發展迅速，利用磷石膏做路基材料在一些項目上進行了實際應用，磷石膏水泥緩凝劑用量持續增長；③磷石膏綜合利用單位開始重視原材料均化和凈化，部分企業采用水洗、重選加浮選等工藝建成或正在建設幾十萬t/a甚至兩百萬t/a規模的磷石膏預處理生產線。

2010—2020年我國磷石膏排放和利用情況見圖1，2005—2020年我國電廠排放煙氣脫硫石膏總量見圖2。

圖1 2010—2020年我國磷石膏排放和利用情況

圖2 2005—2020年我國電廠排放煙氣脫硫石膏總量

2020年天然石膏開采量約為16 Mt，相比上一年略有下降。天然石膏原料和產品企業由沿海向內陸遷移。天然石膏原料生產地主要分布在寧夏、甘肅、四川、云南等西部地區。西部地區石膏產業經過多年發展，成效顯著。寧夏鹽池石膏產業基地規劃占地2.67平方千米，已經發展成為全國最大的天然石膏產業園。通過水路和海運從國外進口的天然石膏數量略有增加，主要市場分布在東南沿海地區。

1.2 紙面石膏板

2020年全國紙面石膏板行業的產能達48.8億m2，全國有大小生產線約200條（部分生產線屬于淘汰或限制的落后產能）。2018和2019年期間，受到環保督察壓力增大、燃煤窯爐改造、區域產能過剩、價格戰競爭激烈等因素影響，陸續有不少生產線關停或被淘汰。2020年全國規上企業紙面石膏板的產量為33.5億m2，與2019年33.2億m2的產量相比基本持平，其中，北新建材、可耐福、圣戈班和USG博羅四家企業占了市場總額的67.9%，其余32.1%市場份額為其他中小企業占據，中小企業的產能利用率一般不到60%。

1.3 抹灰石膏

2020年抹灰石膏的用量已達到6 Mt。近兩年石膏抹灰的年平均增長率為30%左右。在房地產行業發展放緩及一些傳統建材增速普遍減慢的大背景下，抹灰石膏逆勢而上，增長趨勢非常強勁。預計2022年我國抹灰石膏的需求量將達到8 Mt，按照70%的建筑石膏粉摻量，屆時抹灰石膏所需建筑石膏粉將達到約6.7 Mt，抹灰用建筑石膏的需求將比2020年增加約1.70 Mt。在一些工業發達的國家，抹灰石膏的總用量已達到全部抹灰用量的50%以上，有的甚至達到70%，抹灰石膏的研究、生產、標準、裝備及施工等已形成體系。從國外大型石膏企業看，石膏砂漿約占到石膏業務的35%。我國抹灰石膏生產企業均為小微企業，但近年出現一些新的動向：一些大的地產公司加大了對抹灰石膏的應用，通過集采模式統一運營。還有的房地產企業通過與石膏企業建立合資公司加大石膏砂漿的用量和質量的保障，一些大型建筑施工企業也在進入石膏砂漿行業，外資石膏企業也在加大布局石膏砂漿行業。也有石膏砂漿企業開始借助資本平臺的力量加快自身發展。

1.4 自流平石膏（石膏基自流平砂漿）

石膏基自流平砂漿在我國生產廠家從2017年的不足10家，發展到目前百余家，增長勢頭迅猛。山東、江蘇等地市場表現突出，市場接受度及使用情況良好。2020年石膏基自流平砂漿產量達到1 Mt左右。從石膏建材分會調研的數據看，行業內主要的自流平石膏企業2020年產量約為2019年產量的10倍。近期市場上高強石膏粉及建筑石膏粉均出現了貨源緊缺的現象，這與石膏基自流平砂漿爆發式增長有著密切的關系。

1.5 其他石膏制品

近幾年我國石膏條板在裝配式建筑政策的推進下發展迅速，目前全國石膏條板生產能力已經超過4×107m2/a，僅四川石膏條板生產企業已達40家左右。石膏條板發展最快的省份是四川，已經建成及在建產能超過2.2×107m2/a。在市場的巨大需求下，石膏條板裝備企業開發出了眾多類型的生產裝備，有側立模澆注、擠出成型、真空擠出成型、半干法壓制等。石膏條板在快速發展中，尚存在以下問題[2]：①行業集中度低，跨省份布點、具有較大規模的企業少；②前幾年石膏條板利潤高，造成了行業一哄而上，進入2019年以來，一些地區產品價格降幅加大，價格惡性競爭激烈；③企業普遍研發能力不足；④生產線智能化、自動化程度不高。

近兩年石膏砌塊在山東、河北、貴州等地發展迅速。在一些省份由于沒有將石膏砌塊列入裝配式建材范疇，同時沒有工業副產石膏綜合利用優惠政策支持，石膏砌塊發展緩慢。

石膏模盒是國內發展起來的、能大量消納利用工業副產石膏的建筑產品，每萬平方米建筑面積可消耗石膏800 t左右，2020年產量約530萬塊，消耗副產石膏十余萬噸。石膏模盒用于現澆混凝土空心樓蓋結構中的填充材料，適用范圍廣，具有強度高、空心率大、抗沖擊力強、密封隔音效果好、環保輕質防火、板面平整、節省工程造價等優點，市場發展前景非常好。

2 “十四五”期間重點發展品種

2.1 紙面石膏板

近年來紙面石膏板有兩個重點發展方向：一是產品的“減重增厚”，二是石膏板的多功能性。

減重增厚是未來的發展目標，主要是降低面密度，增加石膏板厚度，目前國內僅有幾家大型企業生產12 mm及以上厚板。厚板具有隔聲性好、強度高、符合裝配式建筑需求的優點，在住宅的墻體領域潛力巨大。

石膏板的多功能性也是今后的發展趨勢，建筑的多樣化和對高質量發展的要求，增加了許多特殊的功能需求，也為石膏板的多功能發展提供了空間。目前市場上呈現出多種功能性石膏板產品，如防電磁波、印花紋紙、隔聲、分解甲醛等紙面石膏板，還有玻纖氈石膏板、木纖維石膏板、阻燃石膏板等功能性產品。

2.2 Ⅱ型無水石膏

Ⅱ型無水石膏又稱β型硬石膏，或稱不溶性硬石膏（Insolustrongle-anhydrite）、難溶無水石膏等。它是二水石膏、半水石膏和Ⅲ型無水石膏經高溫脫水后在常溫下穩定的最終產物。在自然界中穩定存在的天然硬石膏也屬此類。天然二水石膏或工業副產二水石膏在360～1 000 ℃溫度下煅燒，煅燒后磨細即得高溫煅燒石膏，它也被稱為“水硬性石膏”。

國外大量采用無水石膏、β-半水石膏復合組成復合相形石膏膠結材，以改善建筑石膏性能。但Ⅱ型無水石膏凝結硬化緩慢，不能直接應用，必須進行活性激發或改性。國外多采用活性激發材改性或改性與激發相結合的技術路線，國內則一般采用硫酸鹽激發其活性。

在水泥工業中長期以來被廣泛用作調凝劑和增強劑的是二水石膏，主要原因是二水石膏與硬石膏的溶解度與溶解速率不同。二水石膏的溶解特點是早期溶解快、最終溶解度較低，硬石膏則與之恰恰相反，雖然在常溫下的溶解度較大，但其溶解速率慢，所以其加入量一般應比二水石膏適當增加，才能滿足調節凝結時間的要求。有研究表明[3]：在硅酸鹽水泥中可以用硬石膏完全代替二水石膏，但需要依據熟料中鋁酸三鈣的含量而定。其中鋁酸三鈣質量分數小于11%時，摻硬石膏不會對水泥凝結時間性能產生不良影響，但是當鋁酸三鈣質量分數大于13%時則會引起水泥快凝。C.S.Poon等[4]的研究結果表明，在含有粉煤灰的砂漿中添加適當的硬石膏可以提高水泥的抗壓強度。

磷石膏中殘余的有機磷和部分活性較高的可溶性無機磷化合物，在高溫下會部分或全部分解或轉化為難溶性或活性較低的其他磷酸鹽類物質（一般溫度越高分解速率越快，分解越完全），如焦磷酸鈣等。轉化后所形成的化合物對石膏產品基本性能的影響較小，此時若根據所生產產品的用途再采用一些改性外加劑技術配套應用，就會得到所需要的優質的石膏產品。

因此，在鍛燒過程中采用高溫鍛燒的方法，使磷石膏中的全部或部分物料繼續脫水直至轉化為Ⅱ型無水石膏（即高溫煅燒石膏）。通過采用高效復合外加劑對其活性的激發，使其具有幾乎與高強石膏相比擬的后期強度，具有極好的質量穩定性以及較高的抗水性能，使其成為配置優質高性能石膏砂漿的基料。

目前市場上的硬石膏產品相對來說還是較少，與國外發達國家差距較大。以石膏基自流平砂漿為例，國內幾乎沒有硬石膏基自流平砂漿，都是半水石膏基自流平砂漿。根據海南大學的汪俊峰博士介紹，德國室內地面和墻面基本都是石膏基砂漿產品，其中以復合相形抹灰石膏應用非常普遍。因此，“十四五”期間我國Ⅱ型無水石膏行業將迎來發展熱潮。

2.3 裝配式石膏條板

隨著裝配式建筑的大力推廣，石膏條板在一些地區得到了迅猛發展。在某些地區甚至出現產品供不應求、個別石膏砌塊企業轉產石膏條板的現象。目前全國地級以上城市框架結構和剪力墻結構建筑所占比例越來越大，一些城市甚至超過90%以上，推動了石膏條板的應用。石膏條板在國內快速發展得益于以下原因：①工業副產石膏的大量使用，原料供應有了保障，節省原料成本；②與水泥基板材相比，石膏條板具有質量小、表面平整、不開裂、隔聲性好的優勢；③石膏凝結快、澆注性能非常好，方便生產制造；④石膏條板的生產裝備技術提升，產品質量提高，規模化生產，成本降低；⑤裝配式建筑的發展需求，為石膏條板進入市場提供了重要的保障。未來隨著人工價格提升、裝配率的提高，石膏條板將是消耗工業副產石膏的主導產品之一。

3 “十四五”期間行業發展方向

綜合來看，未來我國石膏行業具有巨大的發展潛力。“十四五”期間行業的重點發展方向如下：

1）加快α型高強石膏和自流平石膏的發展。目前自流平石膏保守估算有22 Mt的市場，需要α50以上石膏約7 Mt，市場目前利用工業副產石膏生產α50石膏的企業僅有4～5家。因此α型高強石膏存在巨大的市場缺口。由于α型高強石膏短缺，自流平石膏發展受到制約，當前發展速度緩慢。

2）加快裝配式石膏建材的發展。隨著國家對裝配式建筑的大力推動，裝配式建材如石膏條板等市場需求量大幅上升，市場供不應求，但是存在產品參差不齊、企業一哄而上等現象。有必要規范市場，推廣自動化設備，促進市場健康發展。

3）擴大紙面石膏板住宅在隔墻領域的應用。目前我國用于隔墻領域的石膏板約占35%，且主要用于商業地產及公共建筑，紙面石膏板用于住宅隔墻基本為零；用于吊頂領域的石膏板約占65%。紙面石膏板在住宅隔墻領域發展潛力巨大。

4）加快工業副產石膏的凈化預處理研究應用。工業副產石膏含有的堿金屬鹽、有機物等各種有害雜質，已經嚴重影響了石膏建材產制品的推廣應用，應加快工業副產石膏的無害化處理研究應用，特別是排放端無害化處理。

5）提升石膏建材工藝和裝備的發展。工業規模化生產首先要解決原料的均勻性和穩定性，工藝和裝備是保證石膏建材質量的重要因素。要以《中國制造2025》行動綱要為指引，推動石膏建材裝備向現代化、高端化和智能化發展。