废渣磷石膏在建材生产中的应用解析

王晓龙

（西安建筑科技大学材料科学与工程学院粉体工程研究所 陕西西安 710055）

0 引言

磷石膏是一种工业废料，在生产磷酸时从过滤器中倾倒出来的。每吨磷酸（P2O5）大约释放4t磷石膏。据统计数据显示，目前我国主要磷酸工厂倾倒的磷石膏废物利用率仅为10%，中小型企业的废物使用率只有40%～50%。根据国内的石膏天然资源，积极开发利用磷石膏副产物、保护自然资源和开发符合中国新建筑材料可持续发展的新型建材。

磷石膏：指磷酸生产中用硫酸处理磷矿所产生的固体废渣，它的主要成分是硫酸钙，主要有灰黑色和灰白色两种。磷石膏的组成相对复杂。除了硫酸钙，还有磷矿、磷酸、氟、不溶于酸的物质、有机物等，氟和有机物的存在对磷石膏资源的使用影响最大。随意排放和磷石膏蓄积对环境造成了严重损害，不仅污染了地下水资源，而且造成了土地资源的非理性使用。目前，湿法磷酸的生产主要采用二水法。

磷石膏的组成根据磷矿的来源，磷矿的组成，以及非常复杂的磷酸的生成过程而不同。比较适合的二水工艺生产杂质含量是最高的磷石膏。磷石膏主要杂质如下图1 所示。

1 磷石膏应用中存在的问题及解决办法

1．1 磷石膏的应用中有很多问题

磷石膏中含有的部分杂质可能是限制使用磷石膏的原因之一。磷石膏可能会腐蚀建筑组件和制造设备。一些磷石膏中氟铝酸盐含量较高，对石膏晶体的形状、粒子尺寸和纯度产生不良影响。磷石膏的镧系元素来源于磷矿石原料，引起小晶体的生长，但这不利于磷石膏的渗透，增加磷石膏的净化处理的难度。磷石膏有机物由脂质和一些有机烷基成分构成，它主要以物理吸附的形式分布在石膏晶体的表面。有机物质的存在使产品变得黑暗，硬化结构变得松弛，强度降低。磷石膏放射性标准必须符合《建筑材料放射性核素限量》 的国家标准。由上得知，放射性过高的磷石膏应与其它材料混合，以确保混合后生产的建筑材料符合国家标准。

表1 磷石膏中的主要含有杂质

1．2 解决办法

（1） 研究表明，虽然某一废物某种成分的含量与环境输入之间的关系是复杂的，但一般来说，随着环境输入的增加，废物成分的含量会在不同程度上增加。因此，磷石膏中微量成分的浓度可以通过减少相应环境进入成分来控制其微量组分的浓度。磷石膏中微量成分对环境的输入主要是通过选择天然磷矿来减少的。不同生产区域的磷矿的化学成分差异很大，因此磷矿的选择范围很广。目前，在选择磷矿原料时，主要关注的是控制有害元素镉的含量。

（2） 如下表2 所示，磷石膏中微量成分的浓度通过分离技术降低：磷矿的选择在很大程度上受到自然地理条件的限制。磷石膏中微量成分的浓度不能仅通过磷矿的选择来控制，因此需要对磷石膏进行预处理或改性，减少杂质的影响，提高产品的性能。

表2 降低磷石膏中杂质的化学分离方法及其效果

2 磷石膏的综合利用

2．1 硫酸和水泥联合生产

通过磷石膏和水泥联合生产硫酸的工艺，从硫组分中再生硫酸，以其他组分再生水泥熟料。对于没有硫磺资源的国家来说，磷石膏在硫酸生产中的应用非常重要。磷石膏硫酸合水泥联合生产过程中的主要问题是能源消耗高，这使得许多公司宁愿支付磷石膏的污水处理费用，也不愿生产硫酸和水泥联合生产。

2．2 磷石膏制装饰材料

化工废料石膏可制成一种新型石膏装饰材料，该材料出现灰微带红玫瑰，平均容量为1，抗压强度，它类似于天然大理石建筑和装饰性能。

2．3 生产石膏刨花板

按照《建筑材料工业废渣放射性物质限值标准》选用磷石膏，其优点有：

①它具有良好的防火、耐候性和耐腐蚀性。刨花板是一种耐火品种，完全符合内墙防火要求。

②表面光滑，重量轻，强度高。

③石膏刨花板是用石膏化学黏合剂作为胶结剂使用的，没有污染，没有毒性。除了上述特征外，石膏刨花板的物理及机械特性、隔音性、绝热性也很出色，具有广泛原材料来源 (工业副产物)、高生产力和低成本的特征。

2．4 用作水泥缓凝剂

目前，越来越多的水泥公司使用磷石膏而不是天然灰泥作为缓凝剂。但是磷石膏中含有少量的有害杂质，含有大量的水分和小颗粒，需要有效的改进。通常使用的处理方法主要包括水洗方法、石灰中和方法、煅烧方法和碱性物质中和方法和再造颗粒处理等。

目前，磷灰石的改性不仅由水泥公司解决，而且由生产过程中的一些化工厂生产者解决。例如，我国某化学公司建立了一个每年生产10 万t磷石膏水泥缓凝剂的工厂。在生产设备中，磷石膏在石灰石改性后被制成半水石膏，并与二水石膏混合以达到造粒率。改性磷石膏水泥缓凝剂可以有效控制磷石膏中杂质对凝结的影响。当前磷石膏与天然石膏的价格差距较大，磷石膏在水泥厂得到了广泛的应用。目前，磷石膏替代天然石膏作为水泥缓凝剂的应用正逐步得到推广。

3 结语

工业废物的磷石膏综合处理不仅有助于保护环境，它也为解决资源短缺问题提供了新的途径。目前，由于磷石膏中各种杂质的影响，磷石膏的利用率仍然很低，磷石膏资源的利用仍然存在各种技术问题和高昂的工艺成本。为了应对这些问题，解决磷石膏资源利用的问题，开拓磷石膏综合利用的广泛领域，国内外正在积极探讨各种各样的方法。