【工业固废】磷石膏在建筑材料领域的综合利用现状-第4页-北极星固废网

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3.3 制硫酸联产水泥

磷铵厂、硫酸厂和水泥厂利用一条生产线，将磷铵的废渣——磷石膏制得硫酸联产水泥，硫酸再返回用于生产磷铵，原料产品干燥产生的炉渣作为水泥的混合材料。

硫酸联产水泥制备工艺如下[10]：磷铵厂的磷石膏肥料运至水泥厂，CaSO4在高温下分解成CaO与SO2气体，CaO与SiO2、Al2O3、Fe2O3等一起煅烧形成水泥熟料，SO2气体返回硫酸厂，送入硫酸装置制取硫酸。反应过程如式(2)和(3)所示。

CaSO4+2C=CaS+2CO2 (2)

CaS +3CaSO4=4CaO+4SO2 (3)

总反应方程如式(4)：

2CaSO4+C=2CaO +2SO2+CO2 (4)

石膏制硫酸联产水泥技术的探索始于20世纪初。1916年，德国的缪勒和阔纳(Muller Kuhne)率先研究出天然石膏制硫酸和水泥的技术，并建立了中试装置。随后，德国的克斯菲尔(Cosvic)公司、奥地利的林兹化学(Chemic Linz)公司和南非的法拉博瓦(Plalaborwa)公司等也相继建成了以天然石膏、硬石膏和磷石膏为原料生产硫酸和水泥的装置，日产硫酸和水泥均达160吨。由于工艺不完善等原因，这些初期的设计未实现工业化。

为了适应硫资源短缺的现状，我国在20世纪四五十年代就开始了磷石膏制硫酸联产水泥技术的开发，六十年代化工部与建材部组织了联合工业化试验，九十年代化工部尝试在当时三万吨磷铵装置上扩大试点，先后建成了鲁北基团、银山化工、什邡化肥、鲁西化工、青岛东方化工、遵义化肥和沈阳化肥共七套磷石膏制四万吨硫酸联产六万吨水泥装置，简称“346工程”(即工业化产能为磷铵3万吨/年，硫酸4万吨/年，水泥6万吨/年)[9]。但受到技术条件和经济状况的制约，这些装置大都停产关闭，只有山东鲁北集团通过技术创新改造，在21世纪初实现了磷铵30万吨/年、硫酸40万吨/年以及水泥60万吨/年的大规模生产。此后，重庆三圣特种建材、湖南湘福建材及湖南合磷化工等先后实现了以天然石膏和磷石膏为原料的硫酸联产每年20万吨以上水泥的装置。与以往的“346工程”相比，这些石膏制酸新工艺采用“二转二吸”工艺制酸，在原料预均化、生料装备及均化、石膏煅烧、石膏窑内衬、窑气除尘及水泥粉磨等方面都进行了重大的技术改进和创新，使得石膏分解率达到97%以上，上述装置的建设投产使我国石膏制酸技术装备水平达到一个新的高度。

磷石膏制硫酸联产水泥技术投资大、效益低、能耗高，容易产生二次污染。今后在磷石膏制硫酸的项目发展中应确保磷石膏的质量，提高装置的建设水平，按照石膏的煅烧特点设计和管理设备，总结西区“346”工程的操作管理经验，不断提高磷石膏制硫酸水泥的技术工艺和工业化水平。

3.4 其它用途

美国、比利时、法国、前苏联和印度等国都用磷石膏做筑路材料，均取得了良好的效果。如美国佛罗里达硅酸盐研究所将磷石膏用于停车场路面和公路路基，将磷石膏与水泥配合使用来加固软土地基以及改善半刚性路基，节省大量水泥，大幅降低成本[5]。

此外，磷石膏还用于新型建筑材料，如石膏基导电材料、新型隔热材料、新型石膏陶瓷装饰材料、新型磷石膏基聚氯乙烯型材[21]、石膏基磁性材料和自流平材料[22]等。纯化后的磷石膏还可作为各种工业的添加剂，如用作加气混凝土的调节剂，可提高混凝土的强度、减小收缩并提高抗冻性[5]。

4 磷石膏资源化利用中存在的问题

尽管国内外在磷石膏的研究、开发和利用等方面取得了显著成果，各种工艺和方法层出不穷，覆盖了化工、建材、生物和农业等多个领域，但由于磷石膏自身具有含水率高、呈酸性以及杂质种类和数量波动大等缺点，加上研究不够系统和深入，使得磷石膏的进一步应用受到限制，各种关键问题依然没有取得实质性突破。目前，磷石膏在资源化利用的过程中主要存在以下问题[6]。

(1) 区域间发展不平衡

近年来，磷肥行业布局实行向资源产地和消费集中地域调整原则。2014年云、贵、鄂三省的磷肥产量已占到全国总产量的69%，三省的磷石膏产生量占比高达72%。磷石膏产生量的高度集中，价值客观存在的困难，使得这些地区和企业的任务十分艰巨。磷石膏在西部产区大量堆积，而其它地区却供不应求，可见运输半径严重限制磷石膏的综合利用[2]。

(2) 磷石膏品质不稳定

磷矿资源的复杂性导致副产磷石膏含有不同种类和数量的杂质，品质差异也较大，需要根据实际情况采用不同的预处理工艺，提高了净化成本。并且，处理后的磷石膏也难以真正达到天然石膏的应用效果，如磷石膏用作水泥缓凝剂时凝结时间过长，煅烧后用作粉刷石膏表面泛黄，这都是工业上更倾向于利用天然石膏和脱硫石膏的主要原因。

原标题：磷石膏在建筑材料领域的综合利用现状

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