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【行业资讯】磷石膏回收利用的意义

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磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的工业废渣,是化学工业中排放量最大的固体废物之一。中国从二十世纪50年代开始尊尚磷复肥产业,但生产中排放的磷石膏废渣堆积量不断增加。通常生产1吨磷酸(P2O5)可产生4.5-5.0吨磷石膏副产物。


目前,全球磷石膏堆存量已达60亿t,每年仍然还以1.5亿t的速度新增。而中国是全球第一大磷肥生产国,也是第一大磷石膏副产国,磷石膏堆存量已经达到4亿t,每年仍然以大约5000万t的速度递增。巨量磷石膏的堆存,不仅占用大量耕地面积,而且还会对地下水、土壤、植被和大气环境造成污染,严重制约磷登录用户的健康尊尚。因此,如何低成本、高值化地规划化利用磷石膏是目前亟待解决的问题。


磷石膏处理方案未统一


据调查,全球磷石膏的堆存量和年产排量巨大,但其开发利用程度却很低,综合利用率尚不及10%。


在日本,湿法制磷酸的副产磷石膏约有90%被利用,其中大部分(约74%)用于石膏板及墙粉,小部分用于水泥掺合剂。日本因缺乏天然石膏资源,副产的磷石膏又少,磷石膏的利用率接近100%,60%用于生产熟石膏粉和石膏建材,30%用于生产水泥缓凝剂,10%用于食品、医疗等行业;其他一些国家如美国、加拿大、比利时等均采用堆存的方式处理;还有一些国家如摩洛哥、突尼斯、荷兰、英国等主要采用排入海洋的方式处置。


在美国,石膏资源和硫资源丰厚,石膏和硫酸的生产成本很低,而使用磷石膏联产硫酸和水泥或者将其作为水泥缓凝剂都会增加成本,所以美国的磷酸用户宁愿将磷石膏堆存也不愿作进一步处理。并且,美国对固体废物管理比较严格,再加上磷石膏的放射性以及磷石膏堆产生的酸性废水,美国环保部定义磷石膏为技术增强型自然放射性物质,明令禁止使用放射性物质超过370Bq·kg-1的磷石膏,因此,美国磷肥工业产生的大部分磷石膏只能暂时堆存而不作其他用途。


在中国,磷石膏的处理方式主要分为两种:回收综合利用与堆存处理。但目前,堆存仍为中国副产磷石膏的主要处置方式。大量磷石膏堆场依江河沿岸布局,水污染风险大,极易造成周边水体总磷含量超标、富营养化。


我国对磷石膏资源的重视


国家环保部门对磷石膏的放射性问题高度重视,如在《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2010中规定:产品中Ra-226的放射性比活度≤200Bq·kg-1


工信部召开的磷石膏资源化利用生产水泥熟料座谈会中也提到:磷石膏生产水泥熟料是规模化、大批量消纳磷石膏的有效途径,有必要加大推广力度。


下一步,工信部还会加强统筹协调,加大政策支持,引导地方和用户加快技术娱乐,完善相关产品标准和技术规范,推进产业集群耦合尊尚,做好磷石膏资源化利用工作。


2019年贵州省政府工作报告通过省十二届人大三次会议审议。在省政府工作报告中,明确提出要推动现代化产业做强做优,强力推进用户战略性整合重组、强力推进技术进步和转型升级、强力推进磷石膏新型建材推广应用;推动新型建材产业做强做优,以节能环保低碳为导向,加快建材行业升级改造步伐,确保产值达到1500亿元。十月上旬,贵州省磷石膏建材产品应用推广会上获悉,贵州加快磷石膏资源综合利用,深入推进磷登录用户“以渣定产”,磷石膏资源综合利用处置率达99.22%,初步建立起磷石膏资源综合利用产业链。磷石膏建材产业尊尚势头强劲,前8月利用量已超上一年全年总量。来自省内的50余家用户生产的砂浆、砌块、条板、模盒、艺术井盖、排水管等磷石膏建材产品,集中展示了贵州省磷石膏综合利用的最先进技术、最新款产品。


磷石膏的资源化利用


  • 水泥行业的利用

磷石膏在水泥行业可以用作水泥缓凝剂和制硫酸联产水泥。磷石膏替代天然石膏用作水泥缓凝剂是其消纳量最大的领域,在水泥水化过程中,石膏溶解的SO42-与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙晶体,沉淀覆盖在水泥熟料颗粒表面,减少水泥熟料与水的接触面积,延缓水泥熟料颗粒水化,从而达到缓凝目的。


而磷石膏制硫酸联产水泥是将磷石膏中的硫酸钙(CaSO4)高温分解,分解生成的SO2用于生产硫酸,CaO用于生产水泥。


  • 建材方面的利用

磷石膏建材资源化利用主要集中在生产石膏粉、石膏板、石膏砌块、石膏砖等石膏制品。其中,纸面石膏板市场需求量最大,它是一种新型建筑装饰轻质板材,具有质轻、隔声、隔热、抗震、收缩率低、强度高、自动微调室内湿度、加工性能强及施工方法简便的优点。


  • 建设工程基础材料方面的利用

建设工程基础材料方面用作道路基层材料、填充骨料方面。在道路工程建设中使用磷石膏,不仅可以缓解环境压力,而且能够降低工程建设成本。而磷石膏作为充填骨料重新回填到磷矿山采空区,不仅能够实现磷石膏规模化再利用,而且能够避免采空区引起的山体崩落、地表变形等问题。


  • 农业方面的利用

磷石膏在农业方面的利用是盐碱地改良剂、硫、钙、硅肥。磷石膏中含有农作物必需的磷、硫、钙、硅等营养成分,可促进作物生长,改善作物品质,提高作物产量。


  • 化肥工业方面的利用

磷石膏在化肥工业的应用在制硫酸铵、硫酸钾。磷石膏制硫酸铵的原理是磷石膏与碳酸铵反应生成硫酸铵,副产碳酸钙,该工艺技术成熟,生产设备通用,工艺条件易于控制,但是生产硫酸铵产品的含氮量低,以单位质量的氮计算,生产费用比尿素和硝酸铵高得多。


硫酸钾则是一种无氯钾肥,适用于烟草、葡萄、茶树、马铃薯等忌氯喜钾作物的种植。


  • 提取伴生稀土元素

磷矿床常伴生有大量的稀土元素,是一种潜在的稀土资源,对其进行综合回收具有极其重要的意义。世界磷矿总储量约1000亿t,伴生稀土约有5000万t,中国伴生于磷矿的稀土储量位居全球前三,主要分布在贵州、河北和云南等地,其中贵州织金新华磷矿稀土含量0.05%~0.13%、储量144.6万t,河北矾山磷矿稀土含量0.06%,云南安宁、尖山磷矿稀土含量0.022%~0.049%。


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版式编辑/张婕

责任编辑/李梅


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