磷石膏应用：现状、挑战与前景

一、背景

磷石膏是磷肥生产过程中产生的废弃物，其主要成分为硫酸钙，含有少量的磷酸盐、氟化物、弱放射性物质和重金属元素。由于这些有害物质的存在，磷石膏不能直接用于农业或其他领域，需要进行适当的处理后才能利用。

磷石膏的主要成分是硫酸钙，其含量可高达90%以上。此外，它还含有少量的磷酸盐、氟化物、有机物等杂质。这些成分赋予了磷石膏一些独特的性质，如较高的硬度和耐磨性、良好的防火性能以及具有一定的胶凝性。这些特性使得磷石膏在某些领域具有广泛的应用价值。

目前，对磷石膏的研究主要集中在对其进行改性、活化以及资源化利用等方面。改性主要包括对磷石膏进行煅烧、研磨、陈化等处理，以提高其性能和应用范围。活化则主要是通过化学方法将磷石膏中的硫酸钙转化为更具活性的成分，如半水硫酸钙或硬石膏。资源化利用则主要是将磷石膏用于生产建筑材料、土壤改良剂、水泥缓凝剂等。

二、磷石膏处理技术原理

2.1磷石膏的预处理技术

由于磷石膏中含有一定量的放射性物质和重金属元素，直接利用可能会对环境造成二次污染。因此，在利用前需对其进行适当的预处理。目前常用的预处理方法包括水洗、石灰中和、化学沉淀等。这些方法的目的是去除或减少磷石膏中的有害物质含量，使其满足相关标准或要求。

磷石膏的主要成分为硫酸钙（CaSO₄·2H₂O），约占其质量的90%以上。此外，还含有少量磷酸盐、氟化物、有机物等杂质。因此，要想实现磷石膏的有效利用，首先需要去除其中的有害元素和杂质。目前常用的处理方法包括水洗、煅烧、化学沉淀等。其中，水洗是最常用的方法，可以有效去除磷石膏中的磷酸盐和氟化物等杂质。煅烧则可以将磷石膏中的硫酸钙转化为无水硫酸钙（CaSO₄），提高其利用价值。化学沉淀则是利用化学反应将磷石膏中的有害元素转化为沉淀物，从而实现分离和提纯。（图1）

图1 采用磷石膏制备建筑石膏粉的系统流程

2.2磷石膏的资源化利用技术

在将磷石膏应用于不同领域时，需要采用相应的资源化利用技术。例如，在建筑领域应用时，需要将磷石膏进行脱水、煅烧等工艺处理后才能生产纸面石膏板等产品；在化工领域应用时，需要将磷石膏中的硫酸钙、磷酸盐等物质进行提取、分离等工艺处理后才能用于生产硫酸、水泥等产品；在农业领域应用时，需要将磷石膏进行破碎、研磨等工艺处理后才能作为土壤改良剂或肥料使用。这些资源化利用技术需要根据具体情况进行调整和优化，以提高磷石膏的利用率和产品质量。

图2 磷石膏水泥缓凝剂的制备工艺

在去除有害元素和杂质后，磷石膏可以被用于生产各种建筑材料、化工原料和农业用品。例如，在生产石膏板时，可以将磷石膏与适量的纤维素、淀粉等添加剂混合，经过搅拌、成型、烘干等工序制成。在生产水泥时，则可以将磷石膏与石灰石、粘土等原料混合，经过煅烧、研磨等工序制成。在农业领域，磷石膏可以被用作土壤改良剂，通过与土壤中的磷酸盐反应，生成磷酸钙等难溶性物质，从而减少土壤中磷酸盐的流失，提高土壤肥力。

三、磷石膏应用领域及优势

3.1建筑领域

在建筑领域，磷石膏主要用于生产石膏制品，如石膏板、石膏砌块、纸面石膏板、石膏纤维等。这些制品具有质量轻、防火性好、隔音效果好等优点，因此被广泛应用于室内隔断、墙体以及吊顶等方面。此外，磷石膏还可以作为水泥缓凝剂使用，延长水泥的凝结时间，从而有利于施工操作。与其他建筑材料相比，磷石膏制品具有环保、节能等优点。

图3 磷石膏仿木地板

图4 防潮型磷石膏砌块

3.2环保领域

在环保领域，磷石膏可以用于处理工业废水中的重金属离子。研究表明，磷石膏中的硫酸钙可以与废水中的重金属离子形成难溶的硫酸盐沉淀，从而有效去除废水中的重金属离子。此外，磷石膏还可以作为吸附剂使用，吸附废水中的有机物和磷酸盐等污染物。与其他处理方法相比，利用磷石膏处理废水具有成本低、操作简便等优点。

3.3医药领域

在医药领域，磷石膏可以作为药物载体使用。研究表明，将药物负载于磷石膏上可以提高药物的稳定性和生物利用度。此外，磷石膏还可以作为骨科植入材料使用，如人工骨、人工关节等。与其他植入材料相比，磷石膏具有良好的生物相容性和降解性，有利于患者的康复。

3.4农业领域

在农业领域，磷石膏的应用主要体现在土壤改良和肥料缓释方面。一方面，磷石膏中的钙离子可以中和土壤中的酸性物质，改善土壤结构；另一方面，磷石膏中的硫酸根离子可以被植物吸收利用，提高植物的抗逆性。此外，磷石膏还可以被用作生产微生物肥料的原料，通过微生物的作用将磷石膏中的磷酸盐转化为植物可直接吸收的有效磷，从而提高农作物的产量和品质。

图5 贺兰县实施盐碱地农艺改良磷石膏示范

3.5化工领域

磷石膏中含有一定量的硫酸钙和磷酸盐，目前，国内外已经开发出多种利用磷石膏生产的化工原料，如硫酸、水泥等。在生产硫酸时，可以将磷石膏与硫黄混合，经过高温焙烧反应生成硫酸和磷酸钙。在生产水泥时，则可以将磷石膏作为矿物掺合料与石灰石、粘土等原料混合，经过煅烧、研磨等工序制成。此外，磷石膏还可以被用作生产磷肥的原料，通过与磷酸反应生成磷酸钙等难溶性物质，从而提高磷肥的肥效和降低生产成本。这些化工产品的生产不仅消耗了大量的磷石膏，同时也降低了环境污染。

3.6交通领域

磷石膏路基材料磷石膏路基材料是将磷石膏通过水洗、酸碱中和等工艺处理，转化为无害化原料，和水泥、工业固化剂混合而成。和传统的由石料、水泥混合而成的路基材料相比，磷石膏路基材料的密实度和强度更高，能够提高路面的抗压强度和抗减强度，保证道路基层的稳定性。此外，使用磷石膏路基材料更加节约成本。

图6 新洋丰项目磷石膏路基材料铺路现场

此外，经过改良的磷石膏与硬骨料等材料按科学配比充分搅拌后充填到采空区，可以防灾减灾，为矿山安全开采提供良好的保障。

四、产业现状与挑战

目前，全球范围内对于磷石膏的综合利用已经取得了一定的进展。据统计，全球每年产生的磷石膏约为2亿吨左右，其中约60%被用于生产建筑材料和化工原料等领域。然而，由于技术水平和政策限制等原因，我国对于磷石膏的综合利用还存在一些问题。例如，一些企业对于磷石膏的处理不够规范，导致环境污染和资源浪费；一些地区对于磷石膏的利用缺乏政策支持和资金投入等。因此，加强技术研发和市场推广已成为当务之急。

由于不同企业产生的磷石膏成分和性质差异较大，也给其综合利用带来了一定的困难。因此，如何提高磷石膏的利用率和产品质量是当前亟待解决的问题之一。

未来，随着环保意识的增强和相关政策的出台，磷石膏的综合利用将会受到越来越多的关注和支持。同时，随着科学技术的不断发展和进步，也将为磷石膏的综合利用提供更多技术手段和方法选择。因此，相信在不久的将来，磷石膏的综合利用将会得到更广泛的应用和推广。

五、磷石膏应用解决方案与展望

5.1品质波动大

由于不同磷肥生产厂家产生的磷石膏成分差异较大，导致磷石膏的品质波动较大。为了解决这一问题，研究者们提出了对磷石膏进行均质化处理的方法，以提高其品质稳定性。此外，还可以采用标准化生产流程，对不同来源的磷石膏进行统一处理，以保证其品质稳定。

5.2利用率低

目前，虽然研究者们已经探索出多种磷石膏的应用途径，但由于受到技术、成本等因素的限制，实际利用率仍然较低。为了提高磷石膏的利用率，一方面需要加大技术研发力度，开发出更多高效、环保的利用途径；另一方面也需要政府加大对磷肥工业的政策扶持力度，推动磷肥工业的技术升级和结构调整。

5.3政策支持与推广

磷石膏作为一种丰富的资源在很多领域中都有广阔的应用前景。虽然在其应用过程中还存在一些问题和挑战，但随着科学技术的不断进步和创新发展，相信这些问题都将得到有效解决。随着科学技术的不断发展和进步以及环保意识的增强和相关政策的出台，相信在不久的将来其综合利用将会得到更广泛的应用和推广。因此，需要加强对磷石膏综合利用技术和方法的研究与实践工作，以提高其利用率和产品质量；同时，企业与科研单位加强联合继续研究和开发新技术和新方法进一步挖掘和利用好这一宝贵资源，以促进磷肥工业的绿色可持续发展。

致谢：新洋丰、贵州磷矿、百度与微信等网络媒体。