磷石膏综合利用途径与技术进展
安徽六国化工股份有限公司 郑之银
近年来我国高浓度磷复肥生产规模迅速增长，磷石膏排放量逐年增加，2010年我国磷石膏年排放量已达到6000
万t左右，累计堆存量超过2.5亿t。大量磷石膏的堆放不仅占用土地资源，而且带来环保压力和安全隐患。
磷石膏作为化学石膏是湿法磷酸生产中的副产物，其数量较大，每生产1t P2O5约副产5t磷石膏。磷石膏粘性
较大，呈酸性，主要成分为二水石膏（CaSO4 ·2H2O），纯度虽然能达到90%以上，但因含有P2O5、F、重金属杂质
等，不能直接用于建材生产。
我国磷矿中重金属和放射性元素含量低，其中重金属含量比美国佛罗里达、摩洛哥、约旦等磷矿低7～10倍。
因此，磷石膏中重金属和放射性物质含量也很低，其放射性核素限量符合《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2001)
规定。磷石膏中磷和氟会降低石膏的强度，碱金属离子在受潮时会沿孔隙迁移到表面，水分蒸发后在表面析晶，产
生粉化和泛霜现象，给磷石膏的后续处理带来了难题。2011年国家工信部明确提出“十二五”末我国磷石膏综合利
用率要达到40%，磷石膏综合利用新技术开发迫在眉睫。
1．水泥缓凝剂
磷石膏和天然石膏组成特性极为相似，经净化处理后，可代替天然石膏用作水泥缓凝剂。经改性后的磷石膏做
水泥缓凝剂，具有SO3含量高、价格低、使用方便等优点，能比较明显地延缓水泥特别是硅酸盐水泥的凝结时间。
2010年我国作为水泥缓凝剂的磷石膏使用量约占磷石膏综合利用总量的50%左右。
磷石膏直接用作水泥缓凝剂时，其中的磷、氟以及有机物会造成水泥凝结时间不正常以及强度的降低，因此磷
石膏不能直接用作水泥缓凝剂。由于磷石膏中含有较多的水分，易黏附在设备上，造成计量困难，因此，需要对磷
石膏进行改性。
六国化工采用磷石膏破碎后与添加剂充分混合进行改性。由于磷石膏的化学成分因矿源变化而波动，为确保质
量稳定性，应对原料进行均化处理，同时一定的均化周期也为磷石膏和改质剂的充分反应创造了条件，起到陈化的
作用。经陈化后，再添加一定量矿渣粉，充分混合后造球。近年六国化工生产规模从初期10万t/a改性球，发展到
目前的60万t/a改性球、20万t/a改性粉、10万t/a建筑石膏粉，磷石膏综合利用规模居全国第一。
2．硫酸联产水泥
磷石膏是一种含硫资源，用它制硫酸，不但可为硫酸工业提供原料，而且解决了磷石膏的出路，还可以联产水
泥。国内以鲁北化工集团为代表的企业自主开发建成磷石膏制硫酸联产水泥的“346”工程，经过多年实践，技术日
趋成熟，装置能力不断扩大。但由于该技术工艺流程长，能耗高，投资大，未能大面积推广。
3．建筑材料
随着国家对耕地的管理越来越严格，粘土砖因耗用大量耕地而被国家明令限制，烧结类墙材也因为耗能大逐渐
被非烧结类墙材所代替，充分利用磷石膏制建筑材料是一种可取的良好方法。2010年我国制建筑石膏及石膏板的磷
石膏用量达到约400万t，是其综合利用主要途径之一。
目前，国内建筑石膏粉的生产主要采用天然石膏，用脱硫石膏和磷石膏则起步较晚，而磷石膏主要是选用低钾
钠磷石膏。
国内生产建筑磷石膏处理方式通常是水洗分级工艺，但水洗方式有其弊端：①水洗时采取去掉粗颗粒和细颗粒
只取中间粒度范围的石膏作为产品，细颗粒以稀泥浆形式排放，造成比磷石膏更难处理的二次污染；②洗涤水的排
放问题；③洗涤水成本较高，影响了磷石膏使用的经济性，与天然石膏、脱硫石膏相比，市场竞争力差；④洗涤装
置需要投资。
六国化工进行磷石膏制建筑石膏粉技术攻关，产出的建筑石膏粉既可生产石膏砌块，又能生产纸面石膏板。工
艺流程为：高钾钠磷石膏与适量有效的抑制剂相混配，破碎到一定细度后，堆置陈化一段时间；进入锤式烘干机，
与热烟气直接接触脱去游离水和部分结晶水；再进入沸腾炒锅，采取导热油间接换热，脱水成为以半水石膏为主要
成分的建筑石膏粉产品。该工艺立足于采用改性技术消除磷石膏中杂质对纸面石膏板生产的影响，从而采取非水洗
工艺，达到利用磷石膏生产纸面石膏板的目的，工艺流程简单、成本低，无二次污染。
4．土壤改良剂
以磷石膏为主要原料，可以采用化学法对西北地区盐碱性土壤进行改良。通过利用磷石膏富含的钙离子交换盐
碱土壤中的钠离子调节土壤酸碱度；利用磷石膏中含有的硫、磷、镁等有效养分，可以有效改良盐碱地土壤的理化
性能，达到农作物增产增收的目的。2010年我国用作土壤改良剂的磷石膏用量在100万t左右。
5．肥料添加剂
云天化采用磷石膏代替硫酸来调控DAP产品养分，取得了很好的效果，不但降低了生产中的硫酸消耗，而且在
利用部分磷石膏的同时回收磷石膏中的P2O5，降低生产DAP的磷酸消耗，并具有一定的环保效益。
6．矿山填充材料
利用磷石膏和磷矿渣可配制出性能优良的矿山充填材料，磷矿渣在充填料中代替了水泥，起着胶凝材料的作用。
磷矿渣是由熔融状态下经水淬冷却而成，具有潜在的水化活性，在激发剂作用下可逐渐水化硬化，生成具有强度的
结晶结构网。由于磷石膏中残留部分磷酸根离子，呈弱酸性，通过加入碱性激发剂，可中和磷石膏的酸性，同时可
激发磷矿渣的潜在水化活性。用磷石膏-磷矿渣配制的矿山填充材料适宜于矿山工程中的巷旁支护、矿井填充，具有
比普通混凝土凝结速度快、易输送、强度高、无污染、成本低等优点。
7．开发磷酸新工艺，提高磷石膏质量
我国目前湿法磷酸生产90%采用二水法工艺，由于我国磷矿品位低、杂质含量高，二水法工艺萃取磷收率只有
96%左右，磷石膏中残磷含量高、含水率高，因此我国磷石膏质量是制约其综合利用的主要因素。
为寻找磷石膏综合利用新的突破口，六国化工进行了湿法磷酸工艺研究，成功开发出二水-半水湿法磷酸生产工
艺。在所有的磷石膏综合利用工艺中，磷石膏的脱水过程都是必不可少的，同时要求磷石膏中磷及杂质含量越低越
好。由于二水-半水工艺可获得残磷量小、金属离子杂质少、含水率低的半水磷石膏，从而为磷石膏综合利用创造了
有利条件。
二水-半水工艺对于我国中低品位磷矿具有较好的适应性，该工艺比二水工艺反应时间缩短1.6小时；吨产品
（100% P2O5）蒸汽消耗下降0.68t；磷收率比二水工艺提高1.4%。二水-半水工艺获得的半水石膏结晶水含量为9%
左右（理论值6.2%），而二水石膏结晶水含量约为19%（理论值20.93%）。实际生产中处理1t二水石膏需要脱除总
水分约0.3t，游离水含量相同的情况下烘干处理半水石膏只需脱除0.2t水分，即处理每吨磷石膏烘干能耗将下降
30%。综合利用磷石膏过程中，以半水石膏为原料在节约大量能源消耗的同时，可减少原料前期处理费用，提高产品
质量，使磷石膏应用范围进一步拓宽，企业循环经济价值得到最大限度的发挥。
目前该工艺研究已经完成中试研究，工业化装置改造正在进行之中，该技术工业化应用和推广必将为我国磷石
膏综合利用带来广阔的发展空间。