我国磷石膏综合利用现状与建议

据中国磷复肥工业协会统计，目前全球累计排放磷石膏约60亿t，每年仍维持1.5亿t的新增排放量。磷石膏的资源化利用一直是世界性难题，筑路和农用是国外磷石膏两个主要利用方向。全球除了巴西与印度通过农用与制备水泥缓凝剂实现磷石膏生产与消费达到平衡以外，“处理性堆放及排放”通常是世界各地用来处理磷石膏的主要方法。

1 我国磷石膏综合利用途径

我国磷石膏资源化综合利用主要途径（见表1）有矿山充填及生态修复材料、筑路材料、土壤调理剂、水泥缓凝剂、石膏基建材、制硫酸、化工填料等，但磷石膏利用率整体上处于较低水平。2021年，我国副产磷石膏约8 000 万t，利用量约3 650万t（含矿井充填），综合利用率约为45.6%，其中贵州省利用率110.4%、四川省利用率49.4%、湖北省利用率38.8%、云南省利用率20.6%。

表1 我国磷石膏综合利用量各途径占比%

 

 

1.生态修复与矿山充填

生态修复与矿山充填是国内磷石膏大规模利用的关键途径。磷石膏无害化预处理后用于矿山生态修复回填治理材料，能促进大宗固废大规模利用，解决堆置占用土地、环境污染及资源损失问题。2019年6月，安徽六国化工股份有限公司对磷石膏进行无害化处理后，用于铜陵伯乐矿业有限公司废弃矿坑生态修复，利用量约180 万t，利用率占比达27.4%。2019年，中国电力建设集团有限公司和贵州开磷集团股份有限公司合作研发的“磷石膏基植生材料技术研发”项目已完成室内试验及室外模拟试验，2020年3月完成“穿岩洞矿区明采矿区废矿排土场顶部区域示范场地”试验，初步形成《磷石膏基植生材料生态复绿企业标准》，后期将以该标准为技术指引，实施“瓮福磷矿穿岩洞边坡防护及绿化”项目，进行技术研究及工程化应用。云天化集团有限责任公司2022年开展了填充试验，效果理想。贵州开磷集团股份有限公司把磷石膏无害化处理后用于井下充填已有10多年，该技术获得国家科技进步二等奖，同时贵州省也颁布了DB52/T 1179—2017《磷矿开采磷石膏充填采矿技术规范》。该公司2020年磷石膏综合利用量931.6万t，综合利用率104.3%，用于矿井充填322.53 万t，矿井充填利用占综合利用比例达34.62%^［7］。

1.2 水泥缓凝剂

磷石膏可完全替代天然石膏与脱硫石膏用作生产水泥缓凝剂的原料。磷石膏生产水泥缓凝剂技术成熟，产品可达到云南省地方标准DB53/T 396—2012《改性磷石膏水泥缓凝剂》要求，使用量为水泥熟料质量的3%～5%，目前是大量消纳磷石膏的主要途径。

1.3 磷石膏基建材

磷石膏基建材应用技术较为成熟，其中石膏砌块和石膏板材市场应用最为广泛，需求量最大。近3年，国内磷石膏制建材（含各种粉材和型材）每年利用磷石膏量约占磷石膏总利用量的1/5，2021年利用量为698万t，其中，β半水石膏粉利用量为385 万t。2019—2021 年我国磷石膏基建材利用途径、利用量及其占比见表2。磷石膏基建材（含各种粉材和型材）生产企业主要集中在贵州和四川。据不完全统计，全国磷石膏制建材产能20 万t/a 以上的企业有20 多家，主要产品为建筑石膏粉、抹灰石膏砂浆、自流平石膏砂浆、高强石膏粉等^［8］。

表2 2019—2021年我国磷石膏基建材利用途径、利用量及其占比

 

注：资料来源于中国磷复肥工业协会。

1） β半水石膏粉

净化磷石膏替代传统天然石膏生产建筑石膏粉（β 半水石膏粉）已有部分使用。建筑石膏粉主要以天然石膏和各种工业副产石膏为原料来生产，是进一步加工抹灰、粘结镶缝、腻子等各类石膏基粉材、砂浆，以及条板、砖、砌块、构件等各种石膏基型材等下游诸多低中端石膏基建材产品的基础原料^［9］。

原料磷石膏的品质、净化处理以及焙烧生产过程，决定了建筑石膏粉及其下游各类石膏基建材产品的质量。低成本生产高品质建筑石膏粉，其生产工艺和设备技术是关键。

过去，很多中小型企业以磷石膏为原料生产建筑石膏粉产品时，一方面，未对磷石膏进行净化处理或净化处理效果不好，其可溶性磷、氟、碱金属离子等盐类和有机质等有害杂质含量高，产品使用后出现盐析、泛霜以及潮湿环境中发霉等现象，导致其市场开拓和推广应用困难；另一方面，建筑石膏粉的耐水、防潮性能方面也确实存在缺陷，一般不用于卫生间、厨房等潮湿环境装修，也使其应用和市场拓展受到限制。

鉴于上述问题，2022 年云南磷化集团有限责任公司与昆明理工大学联合开展技术攻关，通过耦合湿法磷酸装置开展原位深度净化磷石膏，二水石膏的水溶磷、氟脱除率分别为85%及95%，白度提高39%以上，后续两段法生产的建筑石膏及环保建材产品质量稳定，指标优于国家标准30%以上。该成套技术已被中国石油和化学工业联合会鉴定为国际领先。

2）纸面石膏板、无纸面石膏板及石膏线条

纸面石膏板是以建筑石膏粉为主要原料，加入纤维、少量添加剂和水搅拌后，连续浇筑在两层护面纸之间，然后经过成型、封边、凝固、切断、干燥而成，产品质量执行GB/T 9775—2008。纸面石膏板是市场需求量较大的一种装饰建材产品，具有质轻、耐火、隔热、保温、隔音、施工成本低等诸多优点，广泛应用于建筑装修装饰。目前国内用于房屋吊顶装饰的石膏板占比高达70%以上，而用于建筑隔墙仅占30%左右。反观欧美等发达国家，用于建筑隔墙石膏板产品占比高达80%左右，用于房屋吊顶装饰占比不足20%。国内纸面石膏板生产企业有北新集团建材股份有限公司（简称北新建材）及其全资控股的泰山石膏股份有限公司、可耐福保温材料（中国）有限公司、圣戈班石膏建材（中国）有限公司、杰森石膏板（嘉兴）有限公司、优时吉博罗石膏建材（上海）有限公司以及其他一些区域性生产企业。龙头企业北新建材主打产品是纸面石膏板，产能达到28.24 亿m²/a，旗下拥有“龙牌”和“泰山”两个主要品牌。2021 年石膏板产量和销量分别为20.14 亿m²和20.00 亿m²，分别比上年增长1.92%和2.44%。

过去纸面石膏板主要采用天然石膏作为原料生产。近些年，随着生态环境保护力度不断加大，天然石膏开采受到限制，以磷石膏、脱硫石膏等工业副产石膏生产纸面石膏板逐步成为主流。

无纸面石膏板生产技术新颖，产业化项目较少，对建筑石膏粉质量及外加剂要求较高。无纸面石膏板即纤维石膏板（或称“石膏纤维板，无纸石膏板”），是一种表面无护面纸的石膏板产品，可广泛应用于建筑装修装饰等领域，其应用范围涵盖了纸面石膏板的全部范围，还进一步扩大到更多应用场景，具有一定的市场发展空间。其生产工艺技术与纸面石膏板类似，只是不再设置纸面，因此对原料石膏粉的强度要求较高，尤其是大尺寸规格的产品，一般需要采用高强度石膏粉作为原料。无纸面石膏板产品质量标准，参照《无纸面纤维增强石膏板认证技术规范》（CBSC-CC02—2013）执行。

石膏线条是市场需求量较大的一种建材产品，具有质轻、耐火、隔热保温、隔音、施工成本低等诸多优点，并能起到美观、豪华的装饰效果，广泛应用于建筑装修装饰领域，目前仍具有较大的市场发展空间。近些年，以磷石膏、脱硫石膏等工业副产石膏替代天然石膏生产石膏线条逐步成为主流。石膏线条执行的相关产品质量标准有《石膏装饰条》（JC/T 2078—2011）、《石膏空心条板》（JC/T 829—2010）、《建筑用轻质隔墙条板》（GB/T 23451—2009）。

3）石膏砌块、石膏免烧砖、石膏路沿石

石膏砌块属于新型墙体建筑材料，成型技术在不断发展和完善，但不属于装配式建筑，施工劳动强度大。石膏砌块作为建筑非承重内隔墙体材料，广泛应用于住宅、办公楼、酒店等场所，全世界有60 多个国家生产和使用石膏砌块，欧洲是生产应用较多的地区。2010 年，我国石膏砌块总产量约1 000 万m²，其中以磷石膏为原料生产的石膏砌块所占比例不足20%。分区域来看，国内山东、河北、贵州等地石膏砌块发展迅速，山东省是国内石膏砌块生产第一大省，而有些省份没有工业副产石膏资源化综合利用优惠政策支持，石膏砌块生产和消费市场进展缓慢。国内代表性的石膏砌块生产厂家安徽双特新型建材有限公司、北京国华杰地动力技术服务有限公司、北京力博特尔科技有限公司（简称力博特尔）等，力博特尔在山东莱芜建设了较大的石膏基空心砌块生产线。国内以磷石膏为原料生产石膏基砌块的主要企业及产能见表3。

表3 国内磷石膏砌块主要生产企业和产能

 

磷石膏砖和路沿石：磷石膏砖不具成本优势，耐水性差；磷石膏用于路沿石需要进行技术研究，质量和成本是制约其推广的关键。根据生产工艺不同，磷石膏砖可分为烧结砖和免烧砖两种。贵州开磷集团股份有限公司2007 年开发了高强耐水磷石膏砖“一步法”生产工艺及制备技术，分别建成年产10 亿块高强耐水石膏砖、35 万m²石膏砌砖生产线。此外，瓮福（集团）有限责任公司、云天化集团有限责任公司、云南翔云新型科技建材有限公司分别拥有1.0 亿m²/a、0.3 亿块/a、0.1 亿块/a 的生产能力。云南常青树化工有限公司以磷石膏、磷渣为主要原料，采用蒸压养护工艺的磷石膏砖生产线，2014 年生产能力达2 亿块/a。目前，建成的磷石膏砖生产线因产品应用上存在问题均已停产。

1.4 磷石膏制硫酸

经济性是制约我国磷石膏制硫酸产业发展的主要因素，“双碳”目标是其潜在的环保政策风险。磷石膏制硫酸联产水泥技术基本成熟，虽然实现了硫钙资源循环利用，但与硫黄（兼具能源功能）制硫酸和冶炼烟气制硫酸对比，其经济性较差，生产过程中煤耗高，二氧化碳排放量大。

我国20 世纪八九十年代建有多套磷石膏制硫酸联产水泥装置。其中山东鲁北化工股份有限公司（简称鲁北化工）磷石膏制硫酸联产水混装置通过多次技改后，每年处理烷基化废硫酸约12万t，装置产能提高到硫酸40万t/a、水泥60万t/a，大幅度提高了装置硫酸产能，降低了煤耗、能耗和生产成本；增加了低温热能回收利用装置，每吨硫酸副产低压蒸汽0.3 t，每吨硫酸成本降低约45 元。2015年、2017 年，金正大诺泰尔化学有限公司（简称金正大诺泰尔）采用预热器回转窑工艺，先后建成了磷石膏制30万t/a硫酸、联产45万t/a硅钙钾镁肥（或水泥熟料）一、二期装置，但因经济性问题，该装置未实现长周期运行。

据统计，2019 年、2020 年、2021 年磷石膏制硫酸在各种利用途径中的占比分别为4.60%、2.40%、2.44%。国内磷石膏制硫酸装置主要工艺技术对比分析见表4。

表4 国内磷石膏制硫酸装置主要工艺技术对比分析情况

 

注：①硫酸+熟料（或烧渣）。

 

磷石膏制硫酸缺乏成本优势。按2021 年昆明地区硫酸市场行情（冶炼酸成本340 元/t、硫黄制酸成本358.5元/t，下同）估算，鲁北化工装置（未考虑回收处理工业废硫酸的经济效益），扣除水泥熟料产生的价值，硫酸生产成本约为668.92 元/t；金正大诺泰尔装置，扣除水泥熟料产生的价值262.5元/t，硫酸生产成本约为697.5元/t。两家企业的硫酸成本均较同期硫酸市场价格高200元/t左右。

1.5 填料

我国的塑料、橡胶、涂料、造纸等行业产能巨大，在生产过程中均使用大量填料(主要是重质/轻质CaCO₃和BaSO₄等）作为骨料，增强产品的刚度及韧度，并降低生产成本。磷石膏净化、焙烧制备无水Ⅱ型石膏，通过表面改性处理，制备石膏基粉体填充材料，具有较好的分散性，熔点高达1 450 ℃，热稳定性好，其吸油值低，抗渗色性好，耐酸、耐腐蚀性好，比传统碳酸钙等无机填料具有较多的优势。

磷石膏基填料作塑料填料市场空间较大。2021年国内塑料制品产量达到8 004万t，未来随着我国改性塑料技术进步和消费升级，预计每年将保持10%以上的增速。以磷石膏净化焙烧制备的无水Ⅱ型或α型石膏替代一部分碳酸钙尤其是重质碳酸钙填料，潜在市场空间较大。目前，金正大生态工程集团股份有限公司与多家企业共同开发40 万t/a α 型石膏制塑料填料项目，总投资1.2 亿元，预计年销售收入2.2亿元。

橡胶使用磷石膏基填料能获得较好性能。橡胶生产使用的填料主要是重质/轻质CaCO₃，部分高端产品使用白炭黑、钛白粉等。以磷石膏净化焙烧制备的无水Ⅱ型或α型石膏替代一部分碳酸钙尤其是重质碳酸钙用作橡胶的填料，能够达到橡胶相关标准指标，性能较好。

磷石膏基填料应用于涂料前景广泛。2021 年我国涂料产量达到3 800万t，涂料生产中使用的填料主要是重质/轻质CaCO₃、滑石粉、透明粉（几种非金属矿物的混合物）等，使用量较大。磷石膏在涂料行业的应用研究较多，也有部分针对纸张涂布颜料和金属高温涂料的研究。在应用上，主要集中在建筑涂料。将800 ℃焙烧磷石膏的产物与高炉矿渣按质量比1∶1 混合均匀后，作为干粉涂料的填充物。水性油漆填料起到填充骨架作用，增加漆膜厚度，使漆膜丰满坚实，调节改善其增稠、防沉淀、磨蚀、消光等性能，提高漆膜机械强度、耐磨性耐久性和光学性能，改善漆膜外观和粒径、白度和吸油值等。

制备石膏晶须替代木浆或草浆技术可行，经济性有待提升。2021年全国纸浆产量8 177万t，随着我国木材资源匮乏加剧，磷石膏晶须等矿物纤维可替代一部分植物纤维用于造纸，明显降低成本，节约自然资源，是未来发展趋势。磷石膏经过净化制备石膏晶须，可替代30%～70%的木浆或草浆。石膏晶须价格为4 000～6 000 元/t，属于高附加值新型无毒无机纤维材料，具有耐腐蚀、耐高温、强度高、韧性好、白度高等特点，但加工成本较高，除应用于造纸外，还可应用于沥青改性（添加量为2%～10%）、废水处理等方面。

1.6 筑路材料

磷石膏加工的筑路材料应用于公路水稳层等技术可行，国内外均有成功试验路段。受制于暂无大规模应用的成功经验，以及环保等行政许可和相关政策支持等多方面因素制约，我国磷石膏作为筑路材料尚未打开市场，未实现工程化、规模化应用。

美国佛罗里达大学和迈阿密大学研究发现，含黏土砂的磷石膏用于筑路，能获得良好效果。据国际肥料协会（IFA）发布的《磷石膏管理和使用原则》介绍，2018 年俄罗斯联邦道路管理局批准了《用于公路路面建造的磷石膏技术规范》，允许在包括普通道路、高等级公路和高速公路（1～5 类道路）的建设和维修中使用路基磷石膏（RBPG）。摩洛哥在常规道路上，用不同磷石膏含量配方进行了试点路段的试验，1985年在萨菲铺设了长度约1 km试点道路，对道路机械性能和可能造成的环境污染进行了长期监控，均达到相关标准，2006年重新铺设，使用至今。2019年乔夫·莱斯费尔工厂使用磷石膏建造了一段200 m长的试点路段，筑路材料中磷石膏比例为65%。国内唐庆黔等^［14］就磷石膏应用于路基工程的可行性、力学性能进行研究，试验路堤施工中发现磷石膏对水敏感，未碾压的磷石膏遇雨水饱和后性质类似弹簧土无法压实，施工时必须严格控制水含量。董满生等进行磷石膏在路基工程中的应用研究，大量室内试验得出磷石膏膨胀率小，水稳定性好，强度满足JTJ033—95《公路路基施工技术规范》中路床对路基填料的要求。2016年云南交通职业技术学院、交通运输部公路科学研究院、昆明理工大学、安宁市交通局、云南天安化工有限公司等单位合作，开展磷石膏制备改性筑路材料应用于公路工程的应用研究。2019年云南云天化股份有限公司牵头，与云南省公路研究院合作，在易武高速九场辅道，采用磷石膏制备的筑路材料作为路基基层，铺设了一段400 m长的试验路段，至今无异常情况，该成果获得云南省公路学会交通科学技术一等奖。同年云南天安化工有限公司、云南天鸿化工工程股份有限公司与云南省公路研究院合作，在云南天安化工有限公司内部道路分别铺设一段202 m 长和一段145 m 长的试验路段，铺设厚度35 cm，此路段至今未发现问题。2020年9月云南省交通投资建设集团有限公司牵头与其他单位合作，在姚楚高速铺设了一段500 m长的试验路段，铺设厚度39 cm，至今未发现问题。

1.7 土壤改良剂和农用

磷石膏具有促进农作物生长和增产作用，应用前景广阔。国内关于磷石膏用作土壤调理剂对农作物和环境安全影响已开展过大量试验研究。20 世纪云南农业大学、云天化集团有限责任公司和多个地市农科所等单位联合开展“磷石膏土壤调理剂的机理研究与应用”研究，报告显示：磷石膏作为土壤改良剂使用，具有促进农作物生长和增产作用；施用磷石膏不会对土壤和农作物造成二次污染，对农作物和环境安全。2020 年前后甘肃金昌建立了20 万t/a 磷石膏土壤调理剂生产装置，在磷石膏中加入腐植酸及中微量元素，目前已实现产品生产与销售。云南农业大学张乃明等将改性磷石膏与熟石灰、生物质碳等复配制备复合钝化剂，在修复镉、铅、锌、铜复合污染土壤时具有良好的应用效果，同时可改善蔬菜品质，降低农作物对农药残留的吸收^［16］。

2 磷石膏制品应用的主要竞争性产品情况

天然石膏、脱硫石膏在某些领域与磷石膏综合利用形成市场竞争。相较于天然石膏和脱硫石膏而言，磷石膏制品生产技术研究起步晚，“谈磷石膏色变”，净化提纯难度大，除杂成本高，市场认可度低，行业壁垒凸显。磷石膏替代重质碳酸钙作为塑料填料在全国仍属于实验阶段，尚无大规模应用案例。石膏建材及水泥缓凝剂的利用方面，天然石膏、脱硫石膏、磷石膏功能性趋同。在全国市场需求相对饱和的前提下，三者此消彼长，竞争性明显。

3 磷石膏资源化综合利用的主要问题

从利用途径上看，国内磷石膏综合利用主要是用于矿井（矿坑）充填、水泥缓凝剂和石膏基建材等，少量用于土壤调理剂、肥料填料和制硫酸。下面分产品或途径简述存在的主要问题。

3.1 生态修复与矿山充填

目前没有明确的环保等相关行政许可作为依据，也没有相关政策和保障措施方面的引导、扶持和支撑，难以大规模复制推广。

3.2 水泥缓凝剂

磷石膏水泥缓凝剂附加值低，经济运输距离短。

3.3 磷石膏基建材

产品市场容量受区域经济发展因素影响较大；产品市场开拓难度大，配套措施不充分，大众绿色消费观念尚未完全形成，且新型建材产品宣传、推广缺乏成功的模式和经验；产品附加值低，成本和运输半径制约明显；产品的标准规范滞后，体系不完善，相关产业政策障碍尚未打通；优惠政策的激励作用发挥不充分。

3.4 磷石膏制硫酸

经济性是关键制约因素，与硫黄制硫酸、冶炼烟气制硫酸相比，成本不具优势，副产烧渣附加价值低。磷石膏制硫酸能耗高，二氧化碳排放量大。

3.5 填料

市场和应用尚处于开拓阶段，应用实例较少，短期内形成较大利用量存在困难，且缺乏相应标准。

3.6 筑路材料

（1）缺乏明确的行政许可依据。目前没有明确的环保等相关行政许可作为依据，也没有相关政策和保障措施方面的引导、扶持和支撑。

（2）技术可行，但运输距离有限。经济性方面有待进一步降低成本，产品覆盖半径小。

3.7 土壤改良剂和农业

（1）应用受到限制。虽有《磷石膏土壤调理剂》行业标准等依据，但农业部门对磷石膏土壤调理剂不予批准备案登记，环保部门也存在疑虑，市场开拓应用存在较多阻力和障碍。

（2）相关标准需修订和完善。现有《磷石膏土壤调理剂》行业标准，产品仅限于盐碱地使用。

4 加快我国磷石膏资源化综合利用的建议

（1）加强顶层设计，明确目标和重点任务。明确任务清单，由相关行业主管部门制定磷石膏资源化综合利用落地的实施方案，形成支撑“意见”落地的政策体系。

（2）加强组织领导，确保政策制度落实。成立推进磷石膏资源化综合利用工作领导小组，负责统筹协调和全面推进全国磷石膏资源化综合利用相关工作，下达年度目标任务。

（3）完善标准规范，使磷石膏资源化综合利用有章可循。鼓励具备相应能力的学会、协会等率先制定磷石膏产品及工程应用技术规范团体标准。

（4）加大资金和税收扶持力度，减轻磷石膏资源化综合利用企业经营压力。省级财政通过统筹一般公共预算、国有资本经营预算及现有专项资金，建立磷石膏资源化综合利用专项封闭运行资金池。

（5）强制和鼓励并举，加大磷石膏制品推广应用。把磷石膏制品纳入政府优先采购产品名录，明确优先采购。

（6）拓宽磷石膏大宗化综合利用途径。

（7）规范和控制天然石膏开采。