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1、我国磷肥工业磷石膏的形成与综合利用前言：我国矿产资源丰富，拥有世界磷矿资源的8.3%左右，资源占有率位居世界第三，磷矿和磷肥产量为世界第二，磷肥消费量位居世界第一，同时也是世界最大的磷肥进口国之一。工业副产石膏是指工业生产中因化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣，也称化学石膏或工业废石膏。主要包括脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、氟石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、钛石膏等，其中脱硫石膏和磷石膏的产生量约占全部工业副产石膏总量的85%。一、磷石膏的形成磷石膏主要成份为：CaSO42H2O，此外还含有多种其他杂质。同时，生产过程中，溶液中的HPO4-2根取代石膏晶格中部分SO4-2。它的杂质
2、分两大类：不溶性杂质：如石英、未分解的磷灰石、不溶性P2O5、共晶P2O5、氟化物及氟、铝、镁的磷酸盐和硫酸盐。可溶性杂质：如水溶性P2O5，溶解度较低的氟化物和硫酸盐。2009年，我国工业副产石膏产生量约1.18亿吨，综合利用率仅为38%。其中，脱硫石膏约4300万吨，综合利用率约56%；磷石膏约5000万吨，综合利用率约20%；其他副产石膏约2500万吨，综合利用率约40%。目前工业副产石膏累积堆存量已超过3亿吨，其中，脱硫石膏5000万吨以上，磷石膏2亿吨以上。工业副产石膏大量堆存，既占用土地，又浪费资源，含有的酸性及其他有害物质容易对周边环境造成污染，已经成为制约我国燃煤机组烟气脱硫和
3、磷肥企业可持续发展的重要因素。二、磷石膏的综合利用磷石膏综合利用的途径很多，目前，在我国由于天然石膏资源较为丰富，因此磷石膏的利用率还很低。不过为了降低磷石膏的堆放对环境的影响，我国在磷石膏利用方面己经做了不少研究工作，并有大量磷石膏得到了利用。磷石膏的利用主要集中在建材业、工业和农业三个方面。1.磷石膏在建材业应用石膏在水泥生产中是一个重要的组分，将它加入熟料中可调节水泥的凝固时间。用磷石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂，国内外进行了大量了研究，认为磷石膏中磷、氟、有机质等杂质会影响水泥的物理性能，其中磷、氟的影响最大，可使水泥的初凝时间后延，强度下降，故在使用磷石膏作为水泥缓凝剂前应对其进行适当
4、改性。磷石膏低碱度水泥是以石灰石、矾土和磷石膏为原料在立窑中烧制的硫铝酸盐水泥熟料，熟料的主要矿物为无水硫铝酸钙(约65%左右)和硅酸三钙(约为25%左右)。根据实验室和工厂生产试验表明，该水泥具有早期强度高、硬化快、碱度低、微膨胀等特性，成本低于硅酸盐水泥，用该水泥制造的玻璃纤维增强水泥制品具有重量轻、强度高、韧性好、耐水、耐火、可锯、可钉、不翘曲、不变形等优点，现已经广泛用于制造GRC轻质多孔板。2.磷石膏在工业上的应用 磷石膏制备硫酸联产水泥。将磷石膏作适当处理、再添加焦炭、辅助原料等进回转窑，经高温锻烧成熟料和含SO2的气体，熟料经处理后掺入高炉矿渣、石膏，一同磨粉制成水泥，并将分解生
5、成的SO2用于生产硫酸。磷石膏生料的煅烧是该生产的关键，即既要制得SO2浓度高且稳定、符合硫酸生产的窑气，又要得到符合要求的熟料以生产高强度等级水泥。 磷石膏制硫酸铵。硫酸铵是一种重要的硫、氮肥料，广泛用于农业生产。磷石膏制硫酸铵的主要工序包括磷石膏的预处理、碳酸铵溶液制备、磷石膏转化、碳酸钙的过滤分离、硫酸铵溶液发结晶、硫酸铵晶体干燥与成品包装。随着硝酸铵和尿素生产的发展以及副产硫酸铵数量的增加，磷石膏制硫酸铵的生产则逐渐减少。 磷石膏制硫酸钾。硫酸钾是重要的无氯钾肥，国内需求量很大，世界对磷石膏生产硫酸钾和硫复合肥的研究很多。目前石膏转化法制硫酸钾主要有一步法和两步法两种工艺：一步法是在高
6、浓度的氨溶液中，磷石膏和氯化钾一步反应制得硫酸钾。两步法是以碳酸氢铵(或碳酸铵)代替氨溶液，反应体系分两步进行。由氨吸收、石灰石煅烧、碳化、石膏转化、硫酸钾结晶与干燥、石膏沉淀、蒸馏等工序组成。3.磷石膏的农业应用 改良盐碱土壤。盐碱地的形成主要是土壤积盐作用的结果，对农作物的危害表现在盐害和碱害。可利用磷石膏中Ca2+和土壤中游离的碳酸氢钠、碳酸钠作用，生成碳酸氢钙、碳酸钙和硫酸钠，以降低土壤碱性，消除碳酸盐对作物的危害。不仅如此，磷石膏还能改善碱性土壤的容重和密实度，降低碱性土壤饱和导水率，长期施用磷石膏可起到预防土壤碱性的效果。磷石膏中含有农作物所必须的磷、硫、钙、硅等营养元素，对农作物
7、有一定的增产作用。此外，磷石膏还可以作为制备长效复合肥和其它肥料的原料等。三、磷石膏综合利用问题的研究近年来，尽管我国工业副产石膏的利用途径不断拓宽、规模不断扩大、技术水平不断提高，但随着工业副产石膏产生量的逐年增大，综合利用仍存在一些问题，表现在以下四个方面：一是区域之间不平衡。受地域资源禀赋和经济发展水平影响，不同地区工业副产石膏产生、堆存及综合利用情况差异较大。北京、河北、珠三角及长三角等地区脱硫石膏产生量小、综合利用率高；而山西、内蒙古等燃煤电厂集中的地区脱硫石膏产生量大、综合利用率较低。我国磷矿资源主要集中在云南、贵州、四川、湖北、安徽等地区，决定了我国磷肥工业布局及磷石膏的产生、堆
8、存主要集中在这些地区。受运输半径影响，磷石膏综合利用长期处于较低水平。使用量大的地区供不应求，而产生量集中的地区却大量堆存。二是工业副产石膏品质不稳定。尽管理论上工业副产石膏品质要高于天然石膏，但由于我国部分燃煤电厂除尘脱硫装置运行效率不高，加之电煤的来源不固定，导致脱硫石膏品质不稳定；由于磷矿资源不同，导致磷石膏含有不同的杂质，品质差异较大。因此，石膏制品企业更愿意使用品质稳定的天然石膏。同时，由于当前我国天然石膏开采成本(包括资源成本和开采成本)较低，也不利于工业副产石膏替代天然石膏。三是标准体系不完善。一方面缺乏用于生产不同建材的工业副产石膏标准，不利于工业副产石膏在不同建材领域的应用。
9、另一方面缺乏工业副产石膏综合利用产品相关标准，只能参照其他同类标准，市场认可度低，造成工业副产石膏难以被大规模利用。四是缺乏共性关键技术。由于缺乏先进的在线质量控制技术、低成本预处理技术及大规模、高附加值利用关键共性技术，制约了工业副产石膏综合利用产业发展。现有的一些成熟的先进适用技术，如副产石膏生产纸面石膏板、石膏砖、石膏砌块、水泥缓凝剂技术等，在部分地区也没有得到很好的推广应用。开展工业副产石膏综合利用，是落实科学发展观，转变工业经济发展方式，构建资源节约型和环境友好型工业体系的重要措施，也是解决工业副产石膏堆存造成的环境污染和安全隐患的治本之策，必须督促企业充分认识工业副产石膏综合利用的重要意义，大力推进工业副产石膏综合利用工作。（编辑部：汪浩）