我国磷石膏资源化利用政策解读及研究进展刍议.docx

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1、生产复合磷月次口磷酸盐均需要磷酸而湿法生产磷酸必将产生大量的废渣一一磷石膏。磷石膏是一种酸性废弃物，多呈灰白色、黄色和灰黄色,为多组分复杂晶体结构，主要成分是二水硫酸钙(CaSoJ2HQ),还含有多种杂质以及少量的铜、锌、铅、镉、珅、汞等。磷石膏的产生量与磷复肥的生产量呈正相关，每生产11磷肥(以PQ5计)将产生4.55.5t磷石膏。磷肥生产的主要原料是磷矿石，我国80%以上的磷矿石资源、70%以上的磷化工生产企业分布在长江流域。2017年长江经济带磷矿石产量占全国的98%以上；2018年,全国近87%的磷肥来自长江经济带,而该区域的磷石膏产生量约占全国的83%达6608万t/a磷石膏利用率仅

2、为39%,每年新增磷石膏超4000万t。磷石膏产量排在前五位的省份是湖北、云南、贵州、四川和安徽,合计约占全国总量的87.4%o十三五期间，我国磷石膏的年产量为8000万8500万t,约占全球总量的40%。磷石膏产量大、综合利用率低、堆存量巨大是我国磷石膏企业面临的严峻现状。据统计，目前磷石膏堆场规模已超过3亿t大量磷石膏堆积在地表，因淋滤、风化等作用，有害物质随雨水溢出，会对周边土地和水体造成严重污染。如何安全处置及资源化利用磷石膏，形成规模化效应,是目前亟待解决的难题。本文调研了近10年来国家出台的磷石膏处置相关政策,随着2018年无废城市建设的提出和2023年中华人民共和国固体废物污染环

3、境防治法的制定实施，2023年又密集出台了多项磷石膏等大宗固废处置政策。在充分调研国内外磷石膏研究最新成果的基础上，总结了磷石膏安全处置和综合利用技术,并提出磷石膏资源化利用相关建议，以期为磷石膏高效绿色处置提供参考。1政策解读磷石膏作为工业副产石膏的主要来源之一，也是主要大宗固废之一，备受各级政府的关注,尤其是近年来国家对大宗固废的处理处置与资源化利用的高度重视，出台了一系列相关政策，为磷石膏等大宗固废的处理处置指明了方向。2023年，围绕“十四五规划国家相关部委出台了多项规划、实施方案和指导性意见。2011年,工业部发布的关于工业副产石膏综合利用的指导意见（简称意见）指出，脱硫石膏和磷石膏

4、的产生量约占全部工业副产石膏总量的85%0当时的工业副产石膏累计堆存量已超过3亿t,其中70%以上是磷石膏。磷石膏的危害性大，主要原因是大量堆存占用宝贵的土地资源，而其中的有价资源未得到有效利用，造成资源浪费，而且磷石膏中含有酸性及其他有毒有害物质，会对生态环境造成严重污染。意见指出，磷石膏经过科学处理，可用于替代天然石膏。开展磷石膏的综合利用研究是解决磷石膏造成的环境污染和安全隐患的治本之策。十三五期间，国务院发布的十三五国家战略性新兴产业发展规划明确要求大力推动大宗固废和尾矿的综合利用。随后工信部发布了关于推进化肥行业转型发展的指导意见，其中提到：磷石膏综合利用技术主要有磷石膏生产水泥缓凝

5、剂及新型石膏建材产品技术、改进型磷石膏制硫酸技术、利用磷石膏和钾长石生产钾硅钙肥技术、硫酸低位热能回收技术等。努力提升磷石膏开发利用水平，到2023年,磷石膏综合利用率从目前的30%提高到50%o2018年,国务院发布的无废城市”建设试点工作方案明确以磷石膏等为治理重点，在严格控制磷石膏增量的基础上，逐步解决存量问题。推广实施以用定产政策，通过产消平衡等措施控制磷石膏总量。彻底调查和整治磷石膏堆存场所，逐步消纳历史堆存总量。2019年，生态环境部发布的长江”三磷专项排查整治行动实施方案指出,要贯彻习近平总书记对长江经济带共抓大保护、不搞大开发”的战略部署，解决长江经济带区域部分水环境总磷超标问

6、题，规范管理涉磷企业，从源头消除磷石膏造成的水环境隐患。应长期监测磷石膏库地下水,有效收集渗滤液，安全处理，达标排放，加大对磷石膏堆场的防护以及推进磷石膏的综合利用。十四五发展规划提出了关于磷石膏的综合治理措施和阶段目标，给出了明确的发展规划。十四五原材料工业发展规划指出，全面推进原材料工业固废综合利用，鼓励在全国范围内实施磷石膏等工业固废以渣定产”的管理措施。在国家发改委印发的关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知和关于加快推进大宗固体废弃物综合利用示范建设的通知中提出的目标是：到2025年，建设50个磷石膏等大宗固废综合利用示范基地，大宗固废综合利用率超过75%;用磷石膏取代天然

7、石膏，实现资源化利用；鼓励磷石膏综合利用产业集群发展。关于磷石膏的资源化利用途径国家给出了明确的发展方向。2023年3月，国家发改委发布的关于十四五大宗固体废弃物综合利用的指导意见指出：要拓宽磷石膏综合利用途径,一方面加大磷石膏在生产水泥和新型建筑材料等领域的推广应用力度另一方面在符合环境要求的前提下,探索磷石膏在土壤改良、路基材料等领域的应用；进一步鼓励磷石膏等大宗固废应用于绿色建材，如制成新型墙体材料、装饰材料等,并将新型墙体材料应用到乡村公共基础设施建设中，支持乡村建设。2023年7月，十四五循环经济发展规划明确进一步拓宽磷石膏等大宗固废资源化利用渠道,尤其是扩大其在生态修复、绿色建材等

8、应用领域的利用规模，用大宗固废替代原生资源，减少对原生资源的开采利用。2023年12月，工业部印发的十四五”工业绿色发展规划中提出长江经济带中上游地区应加强磷石膏等资源综合利用的规划，大力推动磷石膏在建筑材料生产、基础设施建设等领域的规模化应用。2023年12月，生态环境部等18个部门联合发布的十四五时期无废城市建设工作方案指出，计划到2025年建成100个左右“无废城市，再次强调推动磷石膏等大宗工业固体废物在提取有价组分,生产绿色建材、筑路、生态修复、土壤治理等领域的规模化利用。通过解读以上政策可知，磷石膏作为主要大宗固废之一，其处理处置已经引起国家和地方各级政府部门的高度重视,尤其是长江经

9、济带作为磷石膏的主要产生地，加大磷石膏的处理处置力度已刻不容缓，这关系到国家生态文明建设和长江经济带建设的顺利推进。2磷石膏综合利用技术进展我国磷石膏的利用率2010年为20.3%,2018年升至39.7%o我国的磷石膏综合利用尚处于初级阶段，近30%用作水泥缓释剂，25%用于外售或夕M共，14%用于生产石膏板。调查相关文献发现，目前我国磷石膏资源化利用方向主要体现在6个方面:制备水泥缓凝剂、制备建材石膏、制备粒状硫酸筱、制备硫酸、制备粒状硫酸镀、制备土壤改良材料、制备农业A睨斗。2.1 磷石膏制备水泥缓凝剂天然石膏和脱硫石膏等是制备水泥缓凝剂的主要原材料。随着社会经济的快速发展，水泥产量增长

10、迅猛，石膏的消耗量不断增加，优质石膏矿逐步减少，迫切需要石膏原材料的替代品,这就为磷石膏在水泥缓凝剂方面的应用创造了条件。但是磷石膏中杂质多，石膏纯度较低，严重影响水泥凝结性能，降低水泥强度。因此需要对磷石膏进行除杂处理，通过物理化学方法去除磷石膏中的磷、氟等物质，达标后方可用于制备水泥缓凝剂。目前主要的除杂工艺流程是水洗分离-中和干燥-燃烧等。提高磷石膏品质、降低磷石膏生产水泥缓凝剂成本是磷石膏制备水泥缓凝剂的关键,这样才能加快磷石膏取代天然石膏和脱硫石膏的进程。胡勇等研究了蒸压改性磷石膏用作水泥缓凝剂，结果发现，蒸压法对于磷、氟杂质的钝化效果优于燃烧法,各项性能指标均能达到天然石膏标准。李

11、辉等用电石渣和粉煤灰对磷石膏进行了改性,并用于配制水泥确定改性磷石膏的配比为磷石膏）：粉煤灰）：6（电石渣）=65:30:5,所制成的水泥缓凝剂性能优于天然石膏，且随着磷石膏掺量的增加，水泥缓凝性能不断提升。磷石膏制备水泥缓凝剂受磷石膏品质的影响很大，甚至会影响水泥的品质，所以一方面需要研究更好的磷石膏制备水泥缓凝剂工艺另一方面要建立严格的统一标准,规范行业发展。2.2 磷石膏制备建材石膏磷石膏的建材资源化利用既能消纳大量磷石膏,又能创造较高的产品附加值,是国家大力推广的磷石膏资源化利用途径。目前磷石膏建材资源化利用的主要方向有磷石膏墙体材料、磷石膏粉体材料和磷石膏模盒等。磷石膏墙体材料主要产

12、品有石膏板和石膏砖等。周华等分析了纸面磷石膏板与纸面石膏板的性能差异，研究了纸面磷石膏板材料性能，发现其在抗剪强度、最大抗弯承载力、抗弯刚度、弹性模量、延性系数等力学性能方面均优于纸面石膏板。郭小雨等以磷石膏为主要原料制备了磷石膏免烧砖，发现胶凝材料与磷石膏质量比（胶磷比）为1：1时，磷石膏免烧砖的抗压强度随着成型压力的提高而显著提高，成型压力为IOMPa时，磷石膏免烧砖的抗压强度、软化系数、吸水率及冻融稳定性等随着胶磷比的增大而提高。磷建筑石膏粉是磷石膏燃烧处理后制得的建材产品，具有较好的胶凝强度，可用于制备石膏基建筑材料。磷石膏粉体材料主要类型包括抹灰石膏、自流平石膏以及石膏腻子等。吴超等

13、采用磷建筑石膏、柠檬酸钠、甲基纤维素及玻化微珠为原料制备了轻质抹灰石膏，并系统分析了外加剂、轻集料对砂浆性能的影响机制结果表明采用95%磷建筑石膏、5%玻化微珠并按磷建筑石膏质量外掺1.0%柠檬酸钠、0.2%甲基纤维素配制的砂浆样品性能可达到GB/T286272012抹灰石膏中的轻质抹灰石膏性能要求。张振环等以磷石膏为原料制备了高性能自流平材料,材料的物理及力学性能符合JC/T10232023石膏基自流平砂浆的要求。唐刚等用磷石膏制成建筑腻子，研究了产品的标准稠度需水量、凝结时间、表干时间、黏结强度和耐碱性等关键性能，结果表明其各项指标均优于国家标准。石膏模盒是在工厂预制生产的新型石膏建筑材料

14、，以石膏、纤维增强材料等为原料，可制作空腹楼板填充材料，内置填充至现浇混凝土空心楼盖结构中，楼盖会变成工字形空腔结构，可显著提高楼盖结构的承载力，大大节省钢材和混凝土,符合国家节能减排政策。据统计,1m，石膏模盒消耗工业副产石膏80kg。然而，目前的相关规范还不够完善。刘光成对石膏模盒用于现浇混凝土空心楼盖结构技术在市场推广应用过程中遇到的相关问题进行了探讨，结果显示，石膏模盒的市场认可度有待提高,需要国家出台相关政策和制订行业标准进行激励和规范,进一步鼓励和引导磷石膏建材利用产业的发展。磷石膏制备建材石膏是一种主要的磷石膏综合利用方式之一,可以消耗大量的磷石膏，但是我国磷石膏品质差异大，污染

15、物较多，需要做好磷石膏的无害化处理，提高磷石膏品质，进而保障建材石膏产品的品质和安全。2.3 磷石膏制备粒状硫酸铉为减少磷石膏对环境的污染，解决磷石膏的堆存问题，何兵兵等探索了磷石膏综合利用新途径,研究了磷石膏制备硫酸筱的反应机理与本征动力学速率方程，通过理论研究与实验论证发现，磷石膏制备硫酸筱反应是在磷石膏与碳酸核的固液界面上进行的,磷石膏和碳酸核的反应速率随着反应时间的延长而降低,前10min反应速率最快，之后开始逐渐降低,反应速率常数随着温度的升高而增大。2012年,瓮福（集团）有限责任公司建成了国内首套年产25万t的磷石膏制备粒状硫酸锭装置，工艺流程为：磷石膏在净化-分离后，石膏品质大

16、幅提升，再经浆化与碳酸铁按比例混合后进入反应釜反应，最后再经分离-结晶-干燥后制成硫酸锭成品。磷石膏制备硫酸筱是磷石膏资源化利用的重要方向之一，但是该途径消耗的磷石膏量有限,未来应加大开发绿色环保的磷石膏制备硫酸铁的生产工艺，降低生产能耗和污染物排放，提高产品品质。2.4 磷石膏制备硫酸磷石膏遇高温分解，即硫酸钙分解，其中的硫元素可用于生产硫酸，钙元素可用于生产水泥等产品，如此不仅利用了磷石膏中的钙资源，不排放固体废渣，还为磷肥企业提供了生产用的硫酸。其中较为成熟的技术是磷石膏制硫酸联产水泥，目前国内已有多套采用该技术的在线生产装置。一般认为，根据还原剂的不同,磷石膏分解为CaO的温度为9501200,生产能耗高。为了探索低能耗分解磷石膏制备硫酸工艺技术，并充分利用磷石膏中的钙元素，蒋兴志等在40低温条件下用双极膜电渗析技