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磷石膏是湿法磷酸生产过程中的副产物，每生产1吨磷酸（折纯P2O5）一般排放磷石膏4.5~5.0吨。目前我国磷石膏年排放量达7000万吨以上，累计堆放已达约5亿吨，且以每年10%的速率增加。尽管国家采用优惠政策鼓励磷石膏的综合利用，但当前利用率仍仅约35%。磷石膏大量堆积不仅占用土地，而且造成区域环境污染，土地资源浪费和治理费用增加。磷石膏含氟、磷、重金属和有机物等杂质，因而可污染水体和土壤，影响植物的正常生长，危害人体健康。磷石膏在建材工业用作粉刷石膏、抹灰石膏、天花板、外墙的内部隔热板、水泥缓凝剂、公路工程材料，以及石膏基导电新型材料、光电转换和工业防静电等特殊建材等；在化工行业可联产水泥和硫酸、生产硫酸铵、硫酸钾、硫酸钙、碳酸钙、提取贵金属和稀土元素等；在农业上可做土壤改良剂、硫还原菌的硫源、与橡胶籽和锯末复合堆肥等。磷石膏虽有多种用途，但技术成熟度不高，并未得到规模化工程应用。中国对磷石膏碳热还原法制硫酸的研究始于20世纪50年代，80年代末获得工程化应用。磷石膏完全分解温度在1300℃以上，还原条件下分解温度超过1200℃。因此，磷石膏碳热法制硫酸过程的能耗高，SO2产物浓度低，导致生产效率低，综合效益差。国内已建成的数条生产线目前几乎都处于停产状态。本项技术研究所用实验原料，为贵州瓮福集团和铜陵化工集团磷肥生产过程产生的磷石膏，主要物相为二水石膏（图1），少量石英（<6%）。粒度为-100目粒级，化学成分分析结果见表1。 依据本团队前期研究技术成果，设计利用磷石膏制取工业硫酸的基本工艺流程见图2。石膏分解 磷石膏粉体与碳酸铵溶液发生复分解反应，生成碳酸钙结晶相，液相转变为硫酸铵溶液。前者可作为轻质碳酸钙粉体产品，或用于水泥工业以替代石灰石原料。硫铵结晶 所得硫酸铵溶液经蒸发、结晶，得硫酸铵结晶相。碳铵回收 所得硫酸铵固相与中间化合物氧化铁混合，经中温分解，固相转变为硫酸铁盐；释放出的氨气与二氧化碳反应，生成碳酸铵，返回工段一循环利用。铁盐制酸 所得硫酸铁盐经高温分解，生成氧化铁，返回上工段循环利用；放出的三氧化硫气体经水吸收，即制成硫酸。在磷化工系统，返回磷矿石分解工段，实现循环利用。本项技术采用磷石膏粉体转铵法制取工业硫酸，副产碳酸钙粉体。以生产1.0吨硫酸计，工艺全流程的物料消耗与产品方案见表2。 
（1）磷石膏资源利用率高，可有效实现N、S 元素循环利用，从而使磷肥工业实现硫酸自给和清洁生产，降低综合生产成本；（2）环境相容性好，工艺技术具有一次性资源消耗量少、温室气体排放量低等优势，加工过程绿色高效，无三废排放，满足全流程清洁生产要求（表3）； （3）工艺流程相对简单，集成度高，且加工条件相对温和，全流程易于实现自动控制。由表3可知，环境效应对比，转铵法CO2排放量0.72t/t-H2SO4，碳热法CO2排放量2.20t/t-H2SO4，转铵法较碳热法的CO2排放量减少67%；转铵法综合能耗284.9kgce/t-H2SO4，碳热法综合能耗650.9kgce/t-H2SO4，转铵法较碳热法综合能耗降低56.23%；硫铁矿由于自身放热反应，制硫酸过程的综合能耗低，因而CO2排放量少。但是硫铁矿属于不可再生资源，而磷石膏若能实现循环利用，则磷肥工业就可以实现硫酸自给，降低一次性资源消耗和综合生产成本，生态环境效益价值十分可观。 近年来，国家高度重视工业固废的综合利用与污染防治。生态环境部印发的《关于加强固定污染源氮磷污染防治的通知》提出，要重点开展磷化工和磷矿采选企业生产工艺及污水处理设施建设改造，推进磷石膏无害化处理和加大资源化利用。国家发改委印发的《“十三五”节能减排综合工作方案》中指出，到2020年，75%的国家级园区和50%的省级园区实施循环化改造，统筹推进大宗固体废物综合利用；工业固体废物综合利用率要达到73%以上。磷石膏的排放和堆存已成为制约磷化工行业可持续发展的敏感性安全环保问题。磷石膏废渣会给磷化工企业带来高昂的堆场建设和运维费用，严格的节能环保要求和综合利用准入门槛，磷石膏的综合利用势在必行。 国家越来越重视磷石膏资源化利用问题，近来一些省市发布的加快磷石膏利用的实施细则中分析，既有强制性的任务、目标要求，也包含着一些激励措施和优惠政策，政府设置大量的专项资金，主要用于支持重点磷化工生产企业实施绿色化升级改造和磷石膏资源综合利用产业化项目。
占地面积大，造成区域生态环境恶化。一般磷石膏堆场的可堆高度为5~6m，堆放1万吨磷石膏(湿基)约占1公顷土地。对一个年产6万吨磷酸的中小型磷肥企业，每年要副产湿基磷石膏50万吨，即每年需要5公顷土地堆放磷石膏。
对地下及地表水质的影响。磷石膏堆场对地下及地表水质的影响主要是由于磷石膏渣在堆存过程中产生的含有大量污染物的渗滤液的渗漏所造成。[注：渗滤液主要是由磷石膏(湿基)中的废液、降水淋溶液、地表径流溶渣液组成]
粉尘污染。大量磷石膏裸露堆存，遇大风天气，势必会有大量磷石膏粉尘随风飘起，给大气环境造成污染。 前人（2002）调研安徽某企业堆放磷石膏（约500万吨）造成的环境影响价值评价见表4。此外，环境污染对人体健康的损害、对长江下游生态环境的损害、对经济可持续发展的影响等尚未计入。
磷石膏转铵法制取工业硫酸技术，若直接以硫磺制硫酸的成本与之对比，直观上成本相对较高，但若减去磷石膏堆存的运行费用、磷石膏库的折旧费用以及磷石膏对环境影响价值，情况就有所不同。 转铵法制取硫酸，不仅可实现磷石膏固废的完全资源化利用（N、S元素循环利用），使磷肥工业实现硫酸自给和清洁生产，降低综合生产成本，保证从源头上消除磷石膏堆存造成的生态环境问题，同时产生一定的经济效益和显著的社会效益，符合建设“资源节约型、环境友好型”社会的基本国策。（1）马鸿文, 金国清, 刘梅堂等. 利用富钾母液与磷石膏制取硫酸钾的工艺. 中国专利: ZL2010 1025 8774.6, 2013-11-27（2）马鸿文, 刘梅堂, 刘晓婷. 利用富钾岩石制取农用硫酸钾的方法. 中国专利: ZL 2009 1009 1234.0, 2013-01-02（3）蔡比亚, 苏双青, 马鸿文. 利用钾长石提钾剩余铝硅滤饼制取工业硫酸铝的方法. 中国专利: ZL 20121003 6826.4, 2014-12-03（4）马鸿文, 孙华, 郑红等. 利用污水中磷回收产物制备磷酸二氢钾的方法. 中国专利: ZL 2010 1051 3653.1, 2013-10-30采用磷石膏转铵法制取工业硫酸，副产碳酸钙粉体工艺消耗和产出定额，以年处理磷石膏50万吨的规模进行投资收益概略分析，结果见表5~7。
采用磷石膏转铵法制取工业硫酸，副产碳酸钙粉体，按年处理50万吨磷石膏概算，成本13783万元，产值16190万元，净利润1455万元。直观上看利润率不高，但要减去磷石膏堆存的运行费用、磷石膏库的折旧费用以及磷石膏对环境影响价值评价，以及实现硫酸自给和清洁生产，降低综合生产成本（参考表4），估计其价值至少约数千万。综合考虑，磷石膏转铵法制取工业硫酸可实现磷石膏的完全资源化利用和全流程清洁生产，符合现今绿色发展的国家产业政策，因而具有良好的工程化应用前景。昊青薪材（北京）技术有限公司，自研原创技术。 技术转让，技术入股； 提供原创性关键技术研发与技术支持，技术服务及技术咨询。 [1]匡鸿. 磷石膏制硫酸联产水泥的现状和发展方向. 水泥技术, 2011,(6): 98-100
[2]刘晓婷. 磷石膏与富钾碳分母液制备农用硫酸钾实验研究. 中国地质大学(北京)硕士论文,2011, 53pp[3]马鸿文, 刘昶江, 苏双青等. 中国磷资源与磷化工可持续发展. 地学前缘,2017, 24(6): 133-141[4]马鸿文, 苏双青, 杨静等. 钾长石水热碱法制取硫酸钾反应原理与过程评价. 化工学报,2014, 65(6)：2363-2371[5]孙华. 硅酸钙晶种法回收污水磷及产物制备磷酸二氢钾研究. 中国地质大学(北京)博士论文,2015, 94pp[6]王艳梅. 磷石膏转铵法制硫酸的实验研究. 中国地质大学(北京)硕士论文,2015, 57pp[7]王艳梅, 刘梅堂, 孙华等. 磷石膏转铵法制硫酸技术原理与过程评价. 化工进展,2015, 34(A01): 196-201[8]涂张应. 磷石膏工业废渣综合利用的费用-效益分析. 中国科学技术大学硕士论文,2002, 57pp ♡ 大 · 家 · 都 · 爱 ♡ （点击标题即可阅读） ▼
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