一、什么是磷石膏?
磷石膏是生产磷肥、磷酸时排放出的固体废弃物,每生产1t磷酸约产生4.5-5t磷石膏。磷石膏分二水石膏和半水石膏,以二水石膏居多。磷石膏除主成分硫酸钙外还含少量磷酸、硅、镁、铁、铝、有机杂质等。世界湿法磷酸年总产量约2.6亿t,副产磷石膏约1.5亿t,利用率仅4.3%-4.6%。预计中国到2015年磷肥需求量将达1.3亿t,届时磷石膏年排放量将超过2000万t,而利用率仅为2%-3%。堆放磷石膏不仅占用了大量土地,而且造成环境污染,因此有必要寻求磷石膏的合理利用途径,以实现磷肥工业的可持续发展和磷石膏的高度利用。
性状及成分磷石膏是一种粉状材料,几乎没有可塑性,主要成分是CaS04·2H20和Na2SiF6。由于磷石膏中残存有磷酸、硫酸和氢氟酸,所以它被认为是一种酸性副产品。磷石膏中含有25%——30%的自由水,磷石膏的垂直渗透系数为2×10-5——1×10-3。从形态上看,磷石膏主要以颗粒形式存在,其颗粒半径为0.045——0.250mm,这取决于磷矿石的来源和磷酸的生产条件。
磷石膏的主要成分是CaO、硫酸、Si02、A1203、Fe203、P205和F。
此外,在一些磷石膏中含有痕量的砷、银、钡、镉、铬、铅、汞和硒等元素。磷石膏还含有Ag、Au、Cd、Se、Sr等一些地球上的稀有元素。磷石膏中还含有镭族元素,这是由于自然界中磷矿石中含有大量的镭族元素。
二、资源化利用
中国天然石膏资源丰富,因此磷石膏的利用率也不高。处理磷石膏的方式也主要是综合利用和堆存两种,其中又以堆存为主。但磷石膏存量过大,不仅会占用耕地,而且也会造成水污染,影响环境。合理的开发利用起来,可以节约天然石膏资源,也可以改善环境,经济效益和社会效益并存。
水泥行业可以用作水泥缓凝剂和制硫酸联产水泥。这也是磷石膏最大的应用途径,可以替代天然石膏用作水泥缓凝剂,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
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。
农业方面
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
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。
三、环境污染
磷石膏除了极少量被利用生产建筑材料外,数量巨大的固体废渣占用着大面积土地,磷石膏里含有的砷、镉、汞等有害重金属化学物质对环境造成的影响长达数百年。
磷进入水体,富营养化比氮还厉害。当磷的含量超标,水体里蓝藻就会爆发,产生富营养化。而且它的氟含量比较高,氟会发生渗漏。
2006年,国家环保总局将两家磷肥企业的磷石膏渣定性为危险废物。