第一節(jié)  石膏的定義及分類

石膏是單斜晶系礦物，主要化學(xué)成分是硫酸鈣（CaSO4）的水合物。石膏是一種用途廣泛的工業(yè)材料和建筑材料。石膏及其制品的微孔結(jié)構(gòu)和加熱脫水性，使之具優(yōu)良的隔音、隔熱和防火性能。

從原料可分為天然石膏、磷石膏、脫硫石膏、氟石膏、其他石膏等；

1、天然石膏

天然石膏是自然界中蘊(yùn)藏的石膏石，主要為二水石膏和硬石膏。天然石膏中用途最廣的是二水石膏，其有效成分為二水硫酸鈣，一般根據(jù)礦石中二水硫酸鈣含量對(duì)石膏進(jìn)行等級(jí)劃分。

2、磷石膏

磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過程中排放的工業(yè)廢渣。其主要成分是二水硫酸鈣，此外，還含有少量未分解的磷礦粉，未洗滌干凈的磷酸、磷酸鐵、磷酸鋁和氟硅酸鹽等雜質(zhì)。通常每生產(chǎn)1t磷酸約排放5t左右的磷石膏。目前全世界磷石膏的年排放量非常可觀，在150Mt以上。我國(guó)磷石膏的年排放量也達(dá)到了20Mt。這不僅占據(jù)了大量土地，而且還污染了環(huán)境。磷石膏綜合利用工藝 研究 ，一直是國(guó)內(nèi)外環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。長(zhǎng)期來，人們都致力于 研究 磷石膏的有效利用。 

⑴ 作水泥緩凝劑 

水泥生產(chǎn)中需要大量的石膏作為延長(zhǎng)凝固時(shí)間的緩凝劑。目前我國(guó)水泥 行業(yè) 中所用的緩凝劑大部分為天然石膏，年耗量約20Mt/a。磷石膏一般呈酸性，還含有水溶性五氧化二磷和氟，不能直接作水泥緩凝劑使用，需要經(jīng)過預(yù)處理，去除雜質(zhì)或改性。磷石膏制水泥緩凝劑的工藝主要是洗滌去除雜質(zhì)或經(jīng)過改性處理。預(yù)處理可采用水洗法，先將磷石膏加水調(diào)成含5%的固體漿料，再經(jīng)真空過濾即可除去可溶性磷酸鹽；也可采用中和法，用石灰（或消石灰）將可溶性磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄缘牧姿徕}，再進(jìn)行干燥，焙燒碾磨后加水造粒，使之成為10-30mm粒度的產(chǎn)品。 

杭州水泥廠、南京江南水泥廠、馬鞍山水泥廠、上海水泥廠等企業(yè)都做過用磷石膏代替天然石膏作水泥緩凝劑的試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，用經(jīng)過預(yù)處理的磷石膏代替天然石膏作水泥緩凝劑，不但不會(huì)降低水泥強(qiáng)度，而且使水泥的后期強(qiáng)度比天然石膏還高，且能降低生產(chǎn)水泥的成本。

⑵ 作石膏建筑材料 

磷石膏中的二水硫酸鈣必須轉(zhuǎn)變成半水磷酸鈣才可用于作石膏建筑材料。半水石膏有α和β兩種。前者稱為高強(qiáng)石膏，后者稱為熟石膏。通常α-半水石膏結(jié)晶粗大、整齊、致密，有一定的結(jié)晶形狀；β-半水石膏晶體細(xì)小，體積松大。它的粉料加水調(diào)和可塑制成各種形狀，不久就硬化成二水石膏。利用這一性質(zhì)可將石膏加工成天花板、外墻的內(nèi)部隔熱板、石膏覆面板及花飾等各種建筑材料。以β-半水石膏為原料，可生產(chǎn)石膏板等石膏制品。  

由磷石膏制取半水石膏的工藝流程大體上分2類，一類是利用高壓釜法將換成半水石膏（α-半水物），另一類是利用烘烤法使二水石膏脫水成半水石膏（β-半水物）。    

南京化學(xué)工業(yè)公司磷肥廠與上海建筑科學(xué) 研究 所合作制取的α-半水石膏，其抗拉強(qiáng)度達(dá)40MPa，比β-半水石膏純凈。南京大廠鎮(zhèn)建材廠利用南京化學(xué)工業(yè)公司磷肥廠的副產(chǎn)物磷石膏生產(chǎn)β-半水石膏，產(chǎn)品質(zhì)量已超過二級(jí)建筑石膏的標(biāo)準(zhǔn)，并已大批量投入預(yù)制空心板的生產(chǎn)。安徽省銅陵化學(xué)工業(yè)集團(tuán)與澳大利亞博羅公司合作，利用磷石膏研制成優(yōu)質(zhì)石膏板材，該產(chǎn)品暢銷海外。

 ⑶ 制硫酸鉀    

用磷石膏制硫酸鉀有一步法和二步法。一步法的副產(chǎn)物為氯化鈣，難以處理，所以其應(yīng)用前景不被看好。二步法的副產(chǎn)物為氯化銨和碳酸鈣，前者可作肥料，后者可用于制水泥，磷石膏利用率65%-70%。    

⑷ 制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥    

將磷酸裝置排出的質(zhì)量合格的二水石膏（如果質(zhì)量不合格，要設(shè)置磷石膏再次洗滌）經(jīng)脫水成為無水石膏或半水石膏，再添加焦炭、輔助原料等進(jìn)行配料，磨成細(xì)粉后入生料倉(cāng)貯和均化備用。生料經(jīng)窯尾預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)高溫煅燒成熟料和含SO2的氣體，熟料出回轉(zhuǎn)窯經(jīng)箅式冷卻機(jī)冷卻后送入倉(cāng)庫(kù)貯存和陳化，然后摻入高爐礦渣、石膏，一同磨粉制成水泥，窯氣的SO2濃度一般為7%-9%，如果磷礦質(zhì)量差，磷石膏中CaSO4•2H2O含量低，則窯氣中SO2濃度將有所降低。窯氣在制酸系統(tǒng)先經(jīng)凈化再補(bǔ)充適量空氣，以調(diào)整窯氣中SO2和O2的比例，然后入干燥塔，將凈化干燥的窯氣送入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)制成硫酸。    

⑸ 制硫銨和碳酸鈣 

用磷石膏制硫銨和碳酸鈣，是利用碳酸鈣在氨溶液中溶解度比硫酸鈣小很多，硫酸鈣很容易轉(zhuǎn)化為碳酸鈣沉淀，溶液轉(zhuǎn)化為硫銨溶液的原理。工藝過程為將磷石膏先經(jīng)洗滌，真空過濾去掉雜質(zhì)后，打成漿與氨及二氧化碳的混合氣反應(yīng)（或和碳酸鈉的水溶液反應(yīng)），制得硫酸銨與碳酸鈣的漿料，用轉(zhuǎn)筒式真空過濾器濾出碳酸鈣，用于制水泥。過濾出的溶液蒸發(fā)濃縮后冷卻結(jié)晶，離心分離，得到硫酸銨晶體。 

國(guó)內(nèi)早在20世紀(jì)70年代就進(jìn)行了磷石膏制硫銨的試驗(yàn) 研究 ，并在80年代中期分別在安徽馬鞍山采石化肥廠和四川德陽市化工廠建設(shè)了150t/d硫酸銨裝置。磷石膏制硫銨的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題是硫酸銨的含氮量低，以單位N計(jì)的生產(chǎn)費(fèi)用比尿素和硝酸銨要高得多。其次，硫酸銨作為一種氮肥并非農(nóng)民所迫切需要，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 

⑹ 制硫脲和碳酸鈣 

用磷石膏制硫脲和碳酸鈣的主要工藝過程分4步：一是煤與磷石膏一起在高溫爐中焙燒生成硫化鈣；二是用硫化鈣和水及硫化氫進(jìn)行浸取，浸得20% 的硫氫化鈣溶液；三是將一部分硫氫化鈣溶液通過二氧化碳碳化，得硫化氫和碳酸鈣，過濾得輕質(zhì)碳酸鈣，產(chǎn)生的硫化氫和濾液回到浸取工序；四是在另一部分硫氫化鈣溶液中加入石灰氮，過濾，濾液冷卻結(jié)晶合成硫脲。即磷石膏通過焙燒、浸取、置換、合成等工序可得到超細(xì)碳酸鈣，并可利用多余硫化氫制高附加值的硫脲。該工藝可使廢石膏中的鈣、硫資源得到充分回收，回收率達(dá)95% 以上。該項(xiàng)技術(shù)已在巨化集團(tuán)技術(shù)中心開發(fā)成功。如在生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 

⑺ 磷石膏制硫酸銨和硫酸鉀銨、氮磷鉀復(fù)合肥及氯化鈣   

磷石膏經(jīng)漂洗凈化除去漂浮物和可溶性雜質(zhì)，將初步凈化的磷石膏制成懸浮液并于其中通入氨水和二氧化碳，或者直接加入碳酸氫銨或碳酸銨。完成磷石膏到硫酸銨的轉(zhuǎn)化后，過濾出碳酸鈣。濾液進(jìn)行濃縮得到產(chǎn)品硫酸銨，母液中仍含有大量硫酸銨，于其中加入氯化鉀可生成硫酸銨和硫酸鉀銨，硫酸鉀銨的溶解度小于硫酸銨，過濾可得硫酸鉀銨，在濾液中加入磷酸銨料漿經(jīng)噴霧干燥可得氮磷鉀復(fù)合肥。在前面過濾出的碳酸鈣粗品中加入鹽酸進(jìn)行反應(yīng)，生成氯化鈣母液，過濾，濾液蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥得氯化鈣產(chǎn)品。 

⑻ 制建筑膠材料 

采用磷石膏-礦渣-氧化鈣體系作為膠結(jié)料配方，且采用50% 磷石膏、40% 礦渣、10% 水泥，外摻2% 生石灰、1.5% 早強(qiáng)劑溶入拌合水后一起用攪拌機(jī)攪拌，然后澆注振動(dòng)成型。通過調(diào)節(jié)膠結(jié)料與沙的比例，可以制備出不同力學(xué)性能的膠沙制品。 

⑼ 加固軟土地基 

利用工業(yè)廢渣磷石膏與水泥配合加固軟土地基，其加固土強(qiáng)度可比純用水泥加固成倍提高，且可節(jié)省大量水泥，降低固化劑的成本。特別是對(duì)單純用水泥加固效果不好的泥炭質(zhì)土，磷石膏的增強(qiáng)效果更加突出，從而拓寬了水泥加固技術(shù)適用的土質(zhì)條件范圍。因此，用工業(yè)廢石膏與水泥配合加固軟土地基能帶來顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。 

⑽ 在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 

磷石膏呈酸性，pH值一般在1-4.5，且含有作物生長(zhǎng)所需的磷、硫、鈣、硅、鋅、鎂、鐵等養(yǎng)分，可以代替石膏改良?jí)A土、花堿土和鹽土，改良土壤理化性狀及微生物活動(dòng)條件，提高土壤肥力。在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用具體有改良土壤，如消除土壤表層硬殼、減輕土壤粘性、改良高鎂土壤。還有作為硫肥和鈣肥。多年來，國(guó)內(nèi)一大批農(nóng)科院所不斷進(jìn)行了磷石膏改良土壤的試驗(yàn) 研究 ，從江蘇鹽城的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，用磷石膏改良土壤取得了肥用增產(chǎn)的明顯效果。我國(guó)有5000萬畝耕作堿土和5000萬畝牧草堿土，按每4a施用1次為周期，每次每畝施用1t，則磷石膏的需要量就是100Mt. 

⑾ 其他方面的應(yīng)用   

以磷石膏及硅酸鈉為主要原料，采用化學(xué)方法，可制得活性硅酸鈣。

活性硅酸鈣與白碳黑相同，除大量用于橡膠、塑料制品的補(bǔ)強(qiáng)劑之外，在造紙、涂料（造紙涂料及化工涂料）、醫(yī)藥、油墨、農(nóng)藥等工業(yè)部門作為原料和添加劑均得到廣泛應(yīng)用。    

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，過去被視為工業(yè)廢物的磷石膏正在建材業(yè)、工業(yè)和農(nóng)業(yè)方面得到越來越廣泛的利用。利用磷石膏作水泥緩凝劑、生產(chǎn)硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的工藝日臻成熟，利用磷石膏生產(chǎn)石膏建筑材料、硫酸鉀、硫酸銨和碳酸鈣的技術(shù)已進(jìn)入工業(yè)化階段。磷石膏還可用于制硫脲、氯化鈣和復(fù)合肥、活性硅酸鈣及做建筑膠材料、加固軟土地基等。在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用也日趨廣泛?？梢灶A(yù)料在不久的將來，磷石膏將被視為重要的原料。 

4、脫硫石膏 

在2010年之后，我國(guó)每年將要排放近億噸燃煤電廠煙氣脫硫的副產(chǎn)品--脫硫石膏；同時(shí)每年還要排放與脫硫石膏同屬化學(xué)石膏的磷石膏4000多萬噸；這樣即使全部化學(xué)石膏全部取代了天然石膏，仍可能有幾千萬噸的脫硫石膏和磷石膏無法利用。由此可見，如果不對(duì)化學(xué)石膏的處理技術(shù)加以創(chuàng)新、開拓新的用途，進(jìn)行全面的綜合利用，必定會(huì)造成二次污染。另外，脫硫石膏產(chǎn)出較均勻的分布特點(diǎn)，改變了原有的石膏產(chǎn)品生產(chǎn)地區(qū)遠(yuǎn)離消費(fèi)地區(qū)的狀況，這必然要打破原有的石膏產(chǎn)業(yè)分布格局；而脫硫石膏與天然石膏不同的物理形態(tài)，則使石膏生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生革新；脫硫石膏的高品位特點(diǎn)，又促進(jìn)了石膏產(chǎn)品的延伸發(fā)展；同時(shí)脫硫石膏又是被強(qiáng)制產(chǎn)出的，不加利用又污染環(huán)境，不同于天然石膏呈自然狀態(tài)深埋地下，對(duì)環(huán)境沒有影響，這樣在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排的政策推動(dòng)下，脫硫石膏深加工產(chǎn)業(yè)必然是會(huì)超速發(fā)展；因此，一場(chǎng)石膏產(chǎn)業(yè)的大洗牌大發(fā)展開始了！而本文就是對(duì)脫硫石膏產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景做出的系統(tǒng) 分析 。     

雖然，脫硫石膏比天然石膏品位更高，前者取代后者完全可行；但由于兩者的各項(xiàng)指標(biāo)有一定的差異，造成兩者深加工的設(shè)備有區(qū)別；因此，專門處理脫硫石膏的工藝和設(shè)備尚處發(fā)展前期。這樣一方面是巨量的脫硫石膏排棄而得不到利用，只是將廢氣污染轉(zhuǎn)化成廢渣污染，酸化土壤和地下水；另一方面每年要開采數(shù)以千萬噸的天然石膏，增加了資源和能源的消耗，破壞了開采地的生態(tài)環(huán)境。因此，要想把這些化學(xué)石膏真正的利用起來，變廢為寶，不僅要大力推廣現(xiàn)有石膏深加工產(chǎn)品；更要擴(kuò)展其用途，才能完全吃掉這如此巨量的廢渣；而擴(kuò)展石膏的用途，前提條件是提高熟石膏粉的性能和性價(jià)比；如果要提高熟石膏粉的性能和性價(jià)比，現(xiàn)有技術(shù)還有差距，必須進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，才能夠生產(chǎn)出一種性價(jià)比高的、能大量轉(zhuǎn)化脫硫石膏的深加工產(chǎn)品來。    

總之，脫硫石膏產(chǎn)出較均勻的分布特點(diǎn)，改變了原有的石膏產(chǎn)品生產(chǎn)地區(qū)遠(yuǎn)離消費(fèi)地區(qū)的狀況，這必然要打破原有的石膏產(chǎn)業(yè)分布格局；而脫硫石膏與天然石膏不同的物理形態(tài)，則使高強(qiáng)石膏生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生重大革新；脫硫石膏的高品位特點(diǎn)，又促進(jìn)了石膏產(chǎn)品的延伸發(fā)展；另外，脫硫石膏是被強(qiáng)制產(chǎn)出的，不加利用又污染環(huán)境，不同于天然石膏呈自然狀態(tài)深埋地下，對(duì)環(huán)境沒有影響，這樣在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排的政策推動(dòng)下，脫硫石膏深加工產(chǎn)業(yè)必然是會(huì)超速發(fā)展。因此，一場(chǎng)石膏產(chǎn)業(yè)的大洗牌大發(fā)展開始了！那么在這次機(jī)會(huì)難得的石膏產(chǎn)業(yè)大洗牌中，誰先領(lǐng)悟和把握先機(jī)、誰掌握了先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備（特別是高強(qiáng)石膏的）、誰壟斷了我國(guó)東部地區(qū)即石膏產(chǎn)品主要消費(fèi)地區(qū)的脫硫石膏資源，誰就會(huì)成為石膏產(chǎn)業(yè)新霸主。

5、氟石膏

氟石膏是用硫酸與氟石制取氟化氫的副產(chǎn)品，可以用來制作建筑材料，硫酸鈣含量一般較高，可達(dá)到80%～90%，可用于水泥生產(chǎn)作為凝結(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)劑使用。

氟石膏由于大多含有較高的氟，利用時(shí)必須進(jìn)行凈化處理，處理成本較高，全國(guó)每年約產(chǎn)生30萬噸氟石膏，基本采用堆放的方式處理。

6、檸檬酸石膏

據(jù)統(tǒng)計(jì)每年約有100萬噸左右的檸檬酸石膏產(chǎn)生，其二水硫酸鈣含量均較，大多均在95%以上。由于其中的殘留雜質(zhì)為緩凝作用較強(qiáng)的有機(jī)酸和細(xì)菌，對(duì)石膏產(chǎn)品的生產(chǎn)、應(yīng)用均有很大的影響，因此，除極少量經(jīng)復(fù)雜的技術(shù)處理得以應(yīng)用外，絕大部分均得不到應(yīng)用，采用圈地堆放的方式進(jìn)行處理。

7、鈦石膏

鈦石膏是用石灰中和處理由鈦白粉生產(chǎn)排出的1%左右酸性廢水而產(chǎn)生的，一噸鈦白粉約產(chǎn)生5噸左右鈦石膏，全國(guó)鈦白粉產(chǎn)量40多萬噸，這將產(chǎn)生200多萬噸鈦石膏。鈦石膏的二水硫酸鈣一般為70-85%，主要雜質(zhì)為鐵、鋁、鈦、鉻。

可以預(yù)計(jì)硫石膏將成為化學(xué)石膏中產(chǎn)量最大，應(yīng)用范圍最廣的一項(xiàng)品種。

第二節(jié)  近三年石膏的產(chǎn)能

中國(guó)石膏工業(yè)雖然起步較晚，基礎(chǔ)較差，但發(fā)展很快，1995年石膏產(chǎn)量就猛增至2659萬噸，超過美國(guó)，成為世界第一石膏消費(fèi)大國(guó)。至2011年，全國(guó)石膏年生產(chǎn)6210萬噸，2013年達(dá)到6990萬噸。中國(guó)現(xiàn)有石膏開采礦山超過800個(gè)，年產(chǎn)量10萬噸以上的大中型礦山近百個(gè)，其產(chǎn)量占總產(chǎn)量的46%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型礦山產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的54%。按生產(chǎn)方式分，露天開采約占30%，地下開采約占70%。在地下開采的石膏礦山中，因種種原因使平均回采率低于30%，得到優(yōu)先開采的優(yōu)質(zhì)資源并未得到合理開發(fā)和有效利用，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

圖表 1  2011-2013年我國(guó)石膏產(chǎn)能狀況

第三節(jié) 石膏的產(chǎn)業(yè)鏈 分析

一、石膏上游資源狀況

天然石膏主要為無水和二水硫酸鈣，即硬石膏和二水石膏。我國(guó)石膏礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量豐富，已探明的各類石膏總儲(chǔ)量約為600億噸，具世界首位，其中儲(chǔ)量超過10億噸的有10個(gè)省、市、自治區(qū)，依次是：山東、內(nèi)蒙古、青海、湖南、湖北、寧夏、西藏、安徽、江蘇和四川。

我國(guó)石膏資源雖然儲(chǔ)量較大，但優(yōu)質(zhì)石膏資源的量很少，主要是普通石膏和硬石膏，硬石膏占石膏總量的60%以上。因此，我國(guó)同時(shí)又是石膏質(zhì)量的窮國(guó)，優(yōu)質(zhì)石膏資源僅占資源總量的8%,纖維石膏儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的1.8%，部分礦點(diǎn)已過度開采而接近枯竭，部分礦點(diǎn)則由于大量的與低品位石膏礦石混雜而難以分離造成資源浪費(fèi)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，能夠開采并有效利用的優(yōu)質(zhì)二水石膏資源較少。

二、石膏下游制品狀況

石膏制品由于其優(yōu)良的性能和能夠與建筑業(yè)的發(fā)展要求相適應(yīng)的自身特性，因此隨著近年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平的提高，建筑質(zhì)量要求的提高，石膏制品產(chǎn)業(yè)得以迅速的發(fā)展，尤其石膏制品具有節(jié)能（是水泥能耗的20-30%）、節(jié)土、無污染、綠色環(huán)保的特性；用石膏產(chǎn)制品裝飾或砌筑的建筑物，具有舒適、安全、優(yōu)美、適用等特點(diǎn)。到目前為止，無論在品種上、質(zhì)量上、裝備上和生產(chǎn)技術(shù)上，都有了較快的發(fā)展，石膏產(chǎn)制品已成為一種種類齊全、性能優(yōu)良、極有發(fā)展前途的新型輕質(zhì)墻體材料。

建筑石膏制品特性有以下幾個(gè)方面：

1） 凝結(jié)硬化快，具有較好的施工性能和較高的施工效率。

2） 輕質(zhì)高強(qiáng)，可滿足隔墻要求，且降低建筑物重量。

3） 導(dǎo)熱系數(shù)與木材的平均導(dǎo)熱系數(shù)相近 ，隔熱性能好。

4） 防火性能好，石膏產(chǎn)制品為難燃材料,耐火極限較高，可達(dá)數(shù)小時(shí)。

5） 裝飾性好，表面細(xì)膩平整，光潔度好，典雅美觀。

6） 軟化系數(shù)小， 制品可鋸、可釘、可刨，便于施工。

7） 具有"呼吸"功能，可自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，更適宜人的居住。

石膏制品是一種優(yōu)質(zhì)的綠色新型建筑墻體材料，目前根據(jù)市場(chǎng)的需求和技術(shù)的發(fā)展，已形成了種類齊全、市場(chǎng)空間較大、市場(chǎng)前景較好的系列石膏產(chǎn)制品。

上一篇：預(yù)制鋼筋混凝土組合式檢查井行業(yè)環(huán)境分析
下一篇：環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器產(chǎn)品概述