中图分类号：TQ17

在湿法磷酸的生产流程中，磷石膏作为一种主要的副产物，其生成量紧密关联于磷肥及磷化工产品制造的数量。具体而言，每制取1吨湿法磷酸，大约伴随4至5吨磷石膏的产生。近年来，全球农业领域对磷肥需求的不断攀升，加之磷化工行业的迅速扩展，促使磷石膏产量急剧增加。这一现象导致大量磷石膏堆积，不仅消耗了宝贵的土地资源，还对周围环境构成了潜在风险。磷石膏内含的磷元素、氟化物及重金属等有害成分，在雨水侵蚀下可能渗透土壤，进而污染地下水系统；同时，在风力作用下，磷石膏堆场还可能引发扬尘，对大气质量构成威胁。鉴于此，探索磷石膏的高效综合利用途径，已成为推动磷化工产业向可持续发展方向迈进的紧迫课题。

1磷石膏的产生与特性

1.1产生过程

磷石膏是在湿法磷酸生产工艺中，硫酸与磷矿石发生化学反应后生成磷酸和硫酸钙，经过过滤、洗涤等工序后得到的工业废渣^[1]。其主要化学反应方程式为：Ca5F(PO4)₃+5H₂SO₄+nH₂O = 3H₃PO₄+5CaSO₄ · nH₂O + HF。在实际生产中，由于磷矿石的成分复杂，除了主要的磷、钙元素外，还含有多种杂质，这使得磷石膏中也携带了这些杂质，从而影响了磷石膏的后续利用。

1.2化学组成

磷石膏的化学构成以二水硫酸钙（CaSO₄ · 2H₂O）为主导，其含量波动于70%至90%的范围内。此外，它还含有微量的磷、氟、有机物质、硅、铁、铝等杂质元素。磷元素主要以磷酸盐（如磷酸、磷酸钙）形态存在，氟则以氟化物（例如氟化钙、氟硅酸盐）形式出现，而有机物则源自磷矿石本身携带的有机质及生产工艺中添加的辅助有机物。这些杂质的存在不仅影响了磷石膏的物理特性，诸如白度、机械强度，还在一定程度上限制了其在多个领域的应用范围。

1.3物理性质

磷石膏通常呈白色或灰白色粉末状，颗粒细小，比表面积较大，一般在1500-3000cm²/g之间^[2]。其密度约为2.3-2.4g/cm³，堆积密度为0.7-1.0g/cm³。磷石膏具备一定的吸湿性，在潮湿环境下易于团聚。同时，由于其晶体结构的特点，磷石膏在加热时会发生脱水反应，根据脱水温度和条件的不同，可生成半水石膏（CaSO₄ · 0.5H₂O）和无水石膏（CaSO₄）。

2磷石膏综合利用技术及应用

2.1磷石膏在建材领域的应用

2.1.1制备建筑石膏

在建筑材料的广泛应用中，建筑石膏作为磷石膏的一种重要转化产品，展现出了巨大的潜力。该制备过程始于对磷石膏的预处理，旨在去除其内含的杂质。随后，在特定温度区间（通常为160至180℃）下进行煅烧，促使磷石膏脱水并转化为半水石膏。半水石膏再经历陈化及粉磨等精细化处理，最终制得建筑石膏。煅烧温度的精准调控是确保产品性能的关键，它能促使磷石膏充分转化为品质上乘的半水石膏。研究表明，经过妥善预处理及煅烧的建筑石膏，在强度、凝结时间等关键性能指标上，均能达到国家标准，适用于纸面石膏板、石膏砌块及石膏砂浆等多种建筑材料的制造。

2.1.2生产纸面石膏板

纸面石膏板是一种轻质建筑板材，其核心原料为建筑石膏，两面覆盖有护面纸。其生产流程涉及将建筑石膏（源自磷石膏）与一系列添加剂（包括缓凝剂、发泡剂及纤维等）均匀混合^[3]。混合后的料浆经成型机注入护面纸间，随后通过凝固、切割及烘干等步骤，最终制得纸面石膏板。磷石膏基的纸面石膏板凭借其轻质、高强度、隔音、隔热及防火等特性，在内隔墙、吊顶等建筑部位得到了广泛应用。然而，鉴于磷石膏中杂质的存在，严格的预处理步骤是保障产品质量稳定性的必要条件。

2.1.3制备石膏砌块

石膏砌块作为一种创新的墙体材料，具备保温隔热、隔音、防火及室内湿度调节等多重优势。以磷石膏为原料制备石膏砌块时，通常会添加水泥、石灰、粉煤灰等胶凝材料，以及纤维和外加剂，以优化砌块性能。整个制备流程涵盖原料混合、搅拌、成型及养护等关键环节。研究表明，通过优化配方与工艺参数，磷石膏基石膏砌块在抗压强度、抗折强度等性能指标上，均能满足建筑墙体的应用需求，同时展现出良好的经济效益与环境效益。

2.1.4用于水泥生产

在水泥制造过程中，磷石膏常被用作缓凝剂，以调节水泥的凝结时间，防止其在生产、运输及施工过程中过早凝结^[4]。磷石膏中的硫酸钙成分能与水泥中的铝酸三钙等矿物发生化学反应，生成钙矾石，从而延长水泥的凝结时间。然而，磷石膏中的磷、氟等杂质可能对水泥性能产生不利影响，如降低强度或延长凝结时间。因此，在使用磷石膏作为水泥缓凝剂时，需要对其进行预处理，如水洗、煅烧等，以降低杂质含量，确保水泥的质量。

2.2磷石膏在农业领域的应用

2.2.1土壤改良剂

磷石膏因其富含钙质与硫分，且具备一定程度的酸性特质，而被视为改良碱性土壤的一种有效介质。在碱性土壤中，过量的钠离子往往导致土壤结构受损，肥力下降。磷石膏中所含的钙离子，能够置换出土壤中的钠离子，从而有效降低其含量，优化土壤的整体结构^[5]。此外，磷石膏的酸性属性有助于平衡土壤的碱性，调节pH值至更适宜范围，增强了土壤中养分的有效性。据相关研究成果表明，在碱性土壤中适量添加磷石膏，不仅能显著提升土壤的通气性与渗透性，还能增强土壤的保水性能，对农作物的生长及发育产生积极效应，最终促进农作物产量与品质的提升。

2.2.2肥料添加剂

磷石膏中还含有少量的磷、镁等营养元素，可作为肥料添加剂使用。在生产复合肥时，将磷石膏与其他肥料原料混合，可以增加肥料中的硫、钙等元素含量，提高肥料的综合利用率。此外，磷石膏还可以作为载体，将一些微量元素或生物活性物质负载在其上，制成具有特殊功能的肥料，如微量元素肥料、生物菌肥等。这些肥料可以满足农作物对多种营养元素的需求，提高农作物的抗逆性和品质。

2.3磷石膏在化工领域的应用

2.3.1制硫酸联产水泥

磷石膏的综合利用技术中，制硫酸与水泥联产是一项较为成熟的方法。该技术利用磷石膏作为原料，在高温下煅烧分解，产生二氧化硫气体和水泥熟料。二氧化硫气体经过后续的净化及转化流程，可转化为硫酸；而水泥熟料则需与适量的混合材及石膏等原料混合后，经过粉磨处理，最终制成水泥。该技术的核心在于磷石膏的分解工艺，目前常用的分解方法有回转窑法、沸腾炉法等。回转窑法具有技术成熟、生产稳定等优点，但投资较大、能耗较高；沸腾炉法具有投资小、能耗低等优点，但对设备的要求较高，操作难度较大。

2.3.2制备其他化工产品

磷石膏不仅是硫酸与水泥联产的关键原料，还扮演着制备多种化工产品的核心角色，涵盖硫酸铵、碳酸钙、氯化钙等诸多品类。制备硫酸铵时，常采用氨-二氧化碳合成途径，涉及磷石膏与氨水、二氧化碳的反应，产物包括硫酸铵及副产物碳酸钙沉淀。硫酸铵作为氮肥领域的佼佼者，在农业应用上颇为广泛；而碳酸钙则因其优异的性能，常被用作塑料、橡胶及涂料等材料的增强填充剂。更值得一提的是，磷石膏还能通过与其他化学物质的相互作用，合成具有特殊功能的化工产品，例如吸附材料和催化剂载体，这些应用进一步扩展了磷石膏的多元化利用范畴。

3磷石膏综合利用面临的挑战

3.1综合利用率低

尽管磷石膏在建材、农业及化工等多个领域展现出多样化的应用潜力，然而，全球范围内磷石膏的综合利用率仍旧偏低，多数磷石膏仍以堆放形式存在。据数据统计，我国磷石膏的综合利用率仅约为40%，这一比例显著低于发达国家的平均水平。探究其根源，主要有三大因素制约：其一，磷石膏产量庞大，而现有的综合利用技术和产能难以匹配其处理需求；其二，部分综合利用技术尚不成熟，存在产品质量波动大、生产成本高昂等问题，这在一定程度上抑制了企业的应用热情；其三，磷石膏综合利用产品的市场需求相对匮乏，市场推广面临较大阻力。

3.2晶体形态差异导致性能问题

磷石膏相较于天然石膏在晶体结构上存在明显的不同，天然石膏通常展现为板状的晶体结构，并具有独特的燕尾双晶特征，而磷石膏则主要由板状晶体构成。这种晶体形态的区别导致磷石膏在过滤操作时，更易形成水平层状的堆叠方式，从而阻碍了间隙液中杂质的快速排出，导致产品板结时间增加和强度下降。磷石膏晶体的独特形态还可能对其在多个工业应用领域的性能产生负面影响。例如，在水泥制造业，它可能会延长水泥的凝结时间并减少其强度；在建筑材料行业，这种形态可能会对石膏产品的质量和性能造成不利影响。因此，研究如何改善磷石膏的晶体结构以增强其性能是磷石膏资源化利用领域面临的一个重大挑战。通过优化晶体形态不仅能够提升磷石膏产品的品质，还有望扩大其在各个工业领域的应用，从而推动磷石膏资源的更高效利用。

3.3技术瓶颈限制发展

尽管磷石膏综合利用技术已取得一定的进步，但仍面临一系列技术瓶颈。在建材领域，磷石膏中杂质的去除和产品性能的稳定性控制仍然是亟待解决的问题。例如，磷石膏内含的有机物与氟化物会对建筑石膏的凝结时间及强度产生负面影响，亟需开发高效且经济的预处理技术以去除这些杂质，然而，现有预处理技术往往存在成本高昂、效果有限等局限性。在化工领域，磷石膏分解制硫酸联产水泥的技术虽然较为成熟，但仍存在能耗高、设备腐蚀严重等问题，需要进一步优化工艺和设备。此外，在磷石膏制备其他化工产品的过程中，也存在反应条件苛刻、产品收率低等问题，需要加强技术研发和创新。

3.4综合利用成本较高

磷石膏综合利用的成本较高，主要包括原料预处理成本、生产能耗成本、设备投资成本以及产品运输成本等。原料预处理阶段，为去除磷石膏中的杂质，需采取水洗、煅烧及化学提纯等措施，这些步骤均需大量能源消耗及化学药剂，从而推高了生产成本。在生产能耗层面，磷石膏的煅烧与分解过程耗费的热能与电能显著，致使能耗成本居高不下。设备投资方面，鉴于磷石膏的强腐蚀性，对生产设备材质与性能提出高要求，需投入巨资购置耐腐蚀设备，进一步增加了设备成本。此外，磷石膏综合利用产品的运输亦是一大成本项，因其体积庞大、重量较重且运输距离较长，导致运输费用高昂。

3.5政策支持力度有待加强

尽管国家和地方政府推出了旨在促进磷石膏资源化利用的一系列政策，如税收优惠和财政补贴，但这些政策的支持力度尚不足够，且在政策的执行与监管层面亦显薄弱。部分企业由于无法充分享受到政策红利，或者在政策执行过程中遭遇了诸多难题，导致它们对磷石膏资源化利用的态度并不积极，投资意愿也相对较低。此外，针对磷石膏资源化利用的标准和规范仍处于逐步完善中，尚未形成一个完整的体系，这对磷石膏资源化产品的生产、品质控制和市场推广带来了不小的挑战。例如，在磷石膏建材产品的标准制定上，地区间标准的不一致性和标准更新的滞后性，都使得企业在生产和销售过程中面临着诸多不确定性。

3.6市场推广困难

磷石膏综合利用产品的市场推广困难，主要原因有以下几个方面：一是市场对磷石膏综合利用产品的认知度和认可度较低，消费者对这些产品的质量和性能存在疑虑；二是磷石膏综合利用产品的标准和规范不完善，缺乏统一的质量标准和检测方法，导致市场上产品质量参差不齐，影响了产品的市场信誉；三是磷石膏综合利用产品的市场竞争激烈，与传统产品相比，磷石膏综合利用产品在价格、性能等方面可能不具有优势，需要加强市场推广和营销。

4磷石膏综合利用展望

磷石膏综合利用展望从以下几个方面进行展开分析。

图1磷石膏综合利用展望

4.1技术创新推动高值化利用

提升磷石膏综合利用率的核心在于增强技术研发的投入力度。政府和企业应携手增加对磷石膏综合利用技术研发的资金扶持，激励科研单位与高等学府深入探索此领域。研发工作的核心聚焦于以下几个关键方向：首要的是，致力于研发高效的磷石膏预处理技术，旨在减少杂质比例，从而提升磷石膏的整体质量；二是研发节能、环保的磷石膏综合利用新技术，如低温煅烧技术、生物转化技术等，降低生产成本，减少环境污染；三是加强对磷石膏综合利用产品性能的研究，开发出具有更高性能和附加值的产品，满足市场需求。

4.2加强政策支持与引导

政策扶持是推进磷石膏综合运用的关键支撑。政府需制定一系列激励措施，以鼓舞企业投身磷石膏的综合运用实践。具体而言，可通过提供税收减免、财政资助等优惠政策，有效削减企业的运营成本；同时，构建并完善磷石膏综合运用的标准体系与监管机制，确保产品质量，增强市场对相关产品的接纳度；此外，还需加强对磷石膏综合运用项目的战略规划与指导，实现产业的合理布局，规避无序投资与重复性建设的问题。

4.3拓展市场应用领域

拓宽市场应用范畴是提升磷石膏综合利用率的关键手段。除传统建材、农业及化工领域外，探索磷石膏在新兴领域的应用同样重要。在环境保护方面，磷石膏可用于生产高效吸附剂及土壤修复材料；而在新能源领域，其可转化为电池隔膜与储能材料等关键组件。此外，加强国际交流，推动磷石膏综合利用产品进入国际市场，亦能进一步拓展其应用空间。

4.4促进产业协同发展

推动产业协同合作是高效实现磷石膏综合利用的有效策略。磷化工企业应深化与建材、农业及化工等关联产业的联动，构建产业协同发展的新格局。具体而言，磷化工企业可与建材行业合作，共同研发磷石膏基建材产品；与农业领域携手，将磷石膏应用于土壤改良及肥料增效；与化工行业合作，推进磷石膏制硫酸与水泥联产等项目。通过强化产业间的协同合作，可以实现资源的合理调配，进而提升磷石膏的综合利用效能。

5结语

磷石膏的综合利用在环境保护、资源高效循环利用及推动磷化工产业可持续发展方面扮演着至关重要的角色。尽管磷石膏已在多个领域已取得一定的应用成果，但仍面临综合利用率不高、技术难题等制约因素。为克服这些障碍，未来需进一步加大技术研发与创新力度、强化政策引导与支持、积极开拓新的市场应用领域并加强产业间的协同与整合，以期全面提升磷石膏的综合利用效能，实现磷化工产业向绿色化、循环化和低碳化方向转型，为经济社会的可持续发展贡献力量。在技术层面，持续创新是破解当前难题的关键所在；政策层面的支持则为产业的健康发展提供了坚实的后盾；而市场的不断拓展与产业的深度协同，则为磷石膏的综合利用开辟了更为广阔的发展前景和丰富的机遇。

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作者简介：李友强（1986—)，男，汉族，湖南湘潭人，研究方向为固废处理。