我國磷肥工業(yè)磷石膏資源形成與綜合利用現(xiàn)狀中國低碳經(jīng)濟發(fā)展促進會

1、我國磷肥工業(yè)磷石膏的形成與綜合利用前言：我國礦產(chǎn)資源豐富，擁有世界磷礦資源的8.3%左右，資源占有率位居世界第三，磷礦和磷肥產(chǎn)量為世界第二，磷肥消費量位居世界第一，同時也是世界最大的磷肥進口國之一。工業(yè)副產(chǎn)石膏是指工業(yè)生產(chǎn)中因化學(xué)反應(yīng)生成的以硫酸鈣為主要成分的副產(chǎn)品或廢渣，也稱化學(xué)石膏或工業(yè)廢石膏。主要包括脫硫石膏、磷石膏、檸檬酸石膏、氟石膏、鹽石膏、味精石膏、銅石膏、鈦石膏等，其中脫硫石膏和磷石膏的產(chǎn)生量約占全部工業(yè)副產(chǎn)石膏總量的85%。一、磷石膏的形成磷石膏主要成份為：caso42h2o，此外還含有多種其他雜質(zhì)。同時，生產(chǎn)過程中，溶液中的hpo4-2根取代石膏晶格中部分so4-2。它的雜質(zhì)

2、分兩大類：不溶性雜質(zhì)：如石英、未分解的磷灰石、不溶性p2o5、共晶p2o5、氟化物及氟、鋁、鎂的磷酸鹽和硫酸鹽。可溶性雜質(zhì)：如水溶性p2o5，溶解度較低的氟化物和硫酸鹽。2009年，我國工業(yè)副產(chǎn)石膏產(chǎn)生量約1.18億噸，綜合利用率僅為38%。其中，脫硫石膏約4300萬噸，綜合利用率約56%；磷石膏約5000萬噸，綜合利用率約20%；其他副產(chǎn)石膏約2500萬噸，綜合利用率約40%。目前工業(yè)副產(chǎn)石膏累積堆存量已超過3億噸，其中，脫硫石膏5000萬噸以上，磷石膏2億噸以上。工業(yè)副產(chǎn)石膏大量堆存，既占用土地，又浪費資源，含有的酸性及其他有害物質(zhì)容易對周邊環(huán)境造成污染，已經(jīng)成為制約我國燃煤機組煙氣脫硫和

3、磷肥企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。二、磷石膏的綜合利用磷石膏綜合利用的途徑很多，目前，在我國由于天然石膏資源較為豐富，因此磷石膏的利用率還很低。不過為了降低磷石膏的堆放對環(huán)境的影響，我國在磷石膏利用方面己經(jīng)做了不少研究工作，并有大量磷石膏得到了利用。磷石膏的利用主要集中在建材業(yè)、工業(yè)和農(nóng)業(yè)三個方面。1.磷石膏在建材業(yè)應(yīng)用石膏在水泥生產(chǎn)中是一個重要的組分，將它加入熟料中可調(diào)節(jié)水泥的凝固時間。用磷石膏代替天然石膏作水泥緩凝劑，國內(nèi)外進行了大量了研究，認為磷石膏中磷、氟、有機質(zhì)等雜質(zhì)會影響水泥的物理性能，其中磷、氟的影響最大，可使水泥的初凝時間后延，強度下降，故在使用磷石膏作為水泥緩凝劑前應(yīng)對其進行適當(dāng)

4、改性。磷石膏低堿度水泥是以石灰石、礬土和磷石膏為原料在立窯中燒制的硫鋁酸鹽水泥熟料，熟料的主要礦物為無水硫鋁酸鈣(約65%左右)和硅酸三鈣(約為25%左右)。根據(jù)實驗室和工廠生產(chǎn)試驗表明，該水泥具有早期強度高、硬化快、堿度低、微膨脹等特性，成本低于硅酸鹽水泥，用該水泥制造的玻璃纖維增強水泥制品具有重量輕、強度高、韌性好、耐水、耐火、可鋸、可釘、不翹曲、不變形等優(yōu)點，現(xiàn)已經(jīng)廣泛用于制造grc輕質(zhì)多孔板。2.磷石膏在工業(yè)上的應(yīng)用 磷石膏制備硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥。將磷石膏作適當(dāng)處理、再添加焦炭、輔助原料等進回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)高溫鍛燒成熟料和含so2的氣體，熟料經(jīng)處理后摻入高爐礦渣、石膏，一同磨粉制成水泥，并將分解生

5、成的so2用于生產(chǎn)硫酸。磷石膏生料的煅燒是該生產(chǎn)的關(guān)鍵，即既要制得so2濃度高且穩(wěn)定、符合硫酸生產(chǎn)的窯氣，又要得到符合要求的熟料以生產(chǎn)高強度等級水泥。 磷石膏制硫酸銨。硫酸銨是一種重要的硫、氮肥料，廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。磷石膏制硫酸銨的主要工序包括磷石膏的預(yù)處理、碳酸銨溶液制備、磷石膏轉(zhuǎn)化、碳酸鈣的過濾分離、硫酸銨溶液發(fā)結(jié)晶、硫酸銨晶體干燥與成品包裝。隨著硝酸銨和尿素生產(chǎn)的發(fā)展以及副產(chǎn)硫酸銨數(shù)量的增加，磷石膏制硫酸銨的生產(chǎn)則逐漸減少。 磷石膏制硫酸鉀。硫酸鉀是重要的無氯鉀肥，國內(nèi)需求量很大，世界對磷石膏生產(chǎn)硫酸鉀和硫復(fù)合肥的研究很多。目前石膏轉(zhuǎn)化法制硫酸鉀主要有一步法和兩步法兩種工藝：一步法是在高

6、濃度的氨溶液中，磷石膏和氯化鉀一步反應(yīng)制得硫酸鉀。兩步法是以碳酸氫銨(或碳酸銨)代替氨溶液，反應(yīng)體系分兩步進行。由氨吸收、石灰石煅燒、碳化、石膏轉(zhuǎn)化、硫酸鉀結(jié)晶與干燥、石膏沉淀、蒸餾等工序組成。3.磷石膏的農(nóng)業(yè)應(yīng)用 改良鹽堿土壤。鹽堿地的形成主要是土壤積鹽作用的結(jié)果，對農(nóng)作物的危害表現(xiàn)在鹽害和堿害?？衫昧资嘀衏a2+和土壤中游離的碳酸氫鈉、碳酸鈉作用，生成碳酸氫鈣、碳酸鈣和硫酸鈉，以降低土壤堿性，消除碳酸鹽對作物的危害。不僅如此，磷石膏還能改善堿性土壤的容重和密實度，降低堿性土壤飽和導(dǎo)水率，長期施用磷石膏可起到預(yù)防土壤堿性的效果。磷石膏中含有農(nóng)作物所必須的磷、硫、鈣、硅等營養(yǎng)元素，對農(nóng)作物

7、有一定的增產(chǎn)作用。此外，磷石膏還可以作為制備長效復(fù)合肥和其它肥料的原料等。三、磷石膏綜合利用問題的研究近年來，盡管我國工業(yè)副產(chǎn)石膏的利用途徑不斷拓寬、規(guī)模不斷擴大、技術(shù)水平不斷提高，但隨著工業(yè)副產(chǎn)石膏產(chǎn)生量的逐年增大，綜合利用仍存在一些問題，表現(xiàn)在以下四個方面：一是區(qū)域之間不平衡。受地域資源稟賦和經(jīng)濟發(fā)展水平影響，不同地區(qū)工業(yè)副產(chǎn)石膏產(chǎn)生、堆存及綜合利用情況差異較大。北京、河北、珠三角及長三角等地區(qū)脫硫石膏產(chǎn)生量小、綜合利用率高；而山西、內(nèi)蒙古等燃煤電廠集中的地區(qū)脫硫石膏產(chǎn)生量大、綜合利用率較低。我國磷礦資源主要集中在云南、貴州、四川、湖北、安徽等地區(qū)，決定了我國磷肥工業(yè)布局及磷石膏的產(chǎn)生、堆

8、存主要集中在這些地區(qū)。受運輸半徑影響，磷石膏綜合利用長期處于較低水平。使用量大的地區(qū)供不應(yīng)求，而產(chǎn)生量集中的地區(qū)卻大量堆存。二是工業(yè)副產(chǎn)石膏品質(zhì)不穩(wěn)定。盡管理論上工業(yè)副產(chǎn)石膏品質(zhì)要高于天然石膏，但由于我國部分燃煤電廠除塵脫硫裝置運行效率不高，加之電煤的來源不固定，導(dǎo)致脫硫石膏品質(zhì)不穩(wěn)定；由于磷礦資源不同，導(dǎo)致磷石膏含有不同的雜質(zhì)，品質(zhì)差異較大。因此，石膏制品企業(yè)更愿意使用品質(zhì)穩(wěn)定的天然石膏。同時，由于當(dāng)前我國天然石膏開采成本(包括資源成本和開采成本)較低，也不利于工業(yè)副產(chǎn)石膏替代天然石膏。三是標(biāo)準(zhǔn)體系不完善。一方面缺乏用于生產(chǎn)不同建材的工業(yè)副產(chǎn)石膏標(biāo)準(zhǔn)，不利于工業(yè)副產(chǎn)石膏在不同建材領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面缺乏工業(yè)副產(chǎn)石膏綜合利用產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，只能參照其他同類標(biāo)準(zhǔn)，市場認可度低，造成工業(yè)副產(chǎn)石膏難以被大規(guī)模利用。四是缺乏共性關(guān)鍵技術(shù)。由于缺乏先進的在線質(zhì)量控制技術(shù)、低成本預(yù)處理技術(shù)及大規(guī)模、高附加值利用關(guān)鍵共性技術(shù)，制約了工業(yè)副產(chǎn)石膏綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展?，F(xiàn)有的一些成熟的先進適用技術(shù)，如副產(chǎn)石膏生產(chǎn)紙面石膏板、石膏磚、石膏砌塊、水泥緩凝劑技術(shù)等，在部分地區(qū)也沒有得到很好的推廣應(yīng)用。開