磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，其主要成份为CaSO4·2H2O，此外还含有氟化物和五氧化二磷等杂质，因此呈磷石膏有着较强的酸性，pH值最低为1.9，氟化物含量最高达2.04%，总五氧化二磷最高达17.1%，可溶性五氧化二磷最高达5.7%。因此，磷石膏堆存场地产生的淋溶水对环境危害很大。目前，国内磷石膏还没有特别好的利用途径，大多堆存处理，既占用土地，又浪费资源，含有的酸性及其他有害物质容易对周边环境造成污染。磷石膏废渣无害化处理已经成为影响磷复肥企业生产的瓶颈问题，搞好磷石膏综合利用成为磷肥化工产业可持续发展的关键。
目前我国磷肥企业基本都采用的是湿法磷酸工艺，每生产1吨磷酸产生4.5～5吨磷石膏，我国的磷石膏主要集中在湖北、云南、贵州、四川、安徽、山东等省份。
当前，磷石膏的综合利用主要集中在五大领域，即磷石膏建材、井下充填、制取土壤调理剂、用作水泥缓凝剂和制酸。从利用量上看，当前磷石膏综合利用产品仍以附加值较低的传统建材为主。高值化利用技术的发展集中体现在纸面石膏板、高强石膏粉、石膏基干混砂浆等新型建材方面，石膏基自流平和装配式建筑技术也获得重大突破，亟待推广应用。
以磷石膏为原材料生产建筑石膏粉及相关建材制品、水泥缓凝剂等，不仅可化害为利，变废为宝，具有良好的经济效益，而且对保护耕地、保护环境、节约建筑能耗有着十分重要的意义。但磷石膏不同于天然石膏，由于它本身含有的杂质和颗粒结构的差异，使其不能直接代替天然石膏用于生产石膏建材，磷石膏用于生产建材产品之前需要进行预处理，常用的预处理工艺有水洗、石灰中和、球磨、浮选、筛分、煅烧以及陈化等。在实际利用时不仅要考虑磷石膏中存在的杂质种类及数量，还应考虑其利用途径和经济性，综合各种因素来选择经济而又合理的预处理方式。
一、磷石膏在水泥行业中的应用
1、磷石膏生产水泥缓凝剂
使用磷石膏作缓凝剂与使用天然二水石膏作缓凝剂相比，水泥的缓凝时间延长，1d强度较低，3d强度略有提高，28d抗压强度提高了4.6MPa。使用磷石膏作缓凝剂时，需要解决好下料问题 ，防止堵库现象发生，以保证给料稳定，避免影响水泥质量，同时需加强库存水泥检查，防止结块使强度下降。彭家惠等研究指出磷石膏经石灰中和后于800℃煅烧的无水石膏作水泥缓凝剂，克服了磷石膏作缓凝剂时水泥早期强度降低的缺陷，其强度性能优于采用天然石膏的水泥。郑建国等研究指出通过加入适量生石灰使磷石膏改性，可有效消除可溶磷对水泥性能的不良影响。
2、磷石膏制硫酸联产硅酸盐水泥
磷石膏制硫酸联产水泥的工艺原理是将磷石膏高温分解，所得SO3用于生产硫酸，CaO用于生产水泥。新型干法水泥窑分解磷石膏制硫酸联产水泥新工艺，在实际过程中由于硫酸盐及硫化钙等硫化物熔点较低，而硫酸钙分解温度较高这对矛盾而不宜直接采用。有专家提出用新的还原剂-硫磺来代替焦炭，经热力学分析，磷石膏在 721℃开始分解，经优化条件，发现在硫磺的气流速度为11.0 g/h，850℃下，添加少量V2O5和 B2O3加热1.5 h，磷石膏的最大转化率为99.12%。该工艺与国内已有磷石膏制硫酸联产水泥工艺相比，具有转化率高、能耗低、投资少等优点，属于资源循环型绿色技术，可降低环境污染。
从长远来看磷石膏生产硫酸、水泥工艺只要具有一定规模并大力降低能耗，是有一定竞争力的，是一条具有前景的出路。
3、磷石膏生产低碱度水泥和矿渣水泥
利用磷石膏生产硫铝酸盐、铁铝酸盐等低碱度水泥时，生料配料需要石膏，熟料烧成后，还需要外掺石膏磨制水泥，需要石膏量大，完全可以利用工业废渣磷石膏代替天然石膏。李德栋等研究表明：掺入磷石膏可改善水泥生料的易磨性和易浇性，使生料和熟料产量都有提高，并可改善熟料的凝结特性，随着磷石膏掺入量的增加，熟料的早期强度有下降的趋势。用矿渣、无水磷石膏和熟料配制的磷石膏矿渣水泥可用于某些特殊工程，其硫酸钙含量可达15%~18%，可防止硫酸盐侵蚀。
4、磷石膏用作水泥生产中的矿化剂
水泥生产中，在生料中加入适量的SO3和F—可起到矿化作用，通过活化二氧化硅来降低液相的形成温度，改善熟料的矿物组成，在实际生产中通常是加入硫酸钙和氟化钙。磷石膏主要成分是二水硫酸钙及少量的氟化钙，无需预处理就可直接作为矿化剂使用，同时还含有少量P2O5，在生产过程中对C3S的形成及游离氧化钙的吸收有促进作用。周志宏等人通过实践证明，磷石膏的矿化作用略优于天然石膏，可达到提高水泥熟料的质量，降低熟料烧成温度的效果。
二、磷石膏在墙体材料生产中的应用
磷石膏经预处理后煅烧生产的建筑石膏，可以用于制造纸面石膏板、纤维石膏板、空心条板、空心砌块、建筑标准砖以及其他石膏胶结材，如粉刷石膏、嵌缝石膏和充填石膏等建材制品。这些产品具有良好的绝热性和温度调节性，易于施工、装饰效果好，具有很好的市场前景，是磷石膏利用的有效途径。
1、利用磷石膏生产烧结砖
磷石膏烧结砖是以磷石膏为主要原料(质量分数60%以上) ，掺入少量的外加剂，经混合、成型和烧结而成，其制作工艺与普通黏土砖相同，但每块成本相比普通黏土砖可降低30%-45%。
山东某企业以磷石膏、页岩和煤渣为原料，预热温度控制在200℃～500℃，焙烧温度控制在800℃左右，再经4h～5h自然冷却，得到用隧道窑烧制的烧结砖已投入工业化生产。
2、利用磷石膏生产免烧砖
用磷石膏生产房屋建筑用免烧砖，即将磷石膏、活性剂(高炉矿渣或粉煤灰)及外加剂按一定比例混合，经蒸养或自然养护而成。当磷石膏、矿渣、水泥、生石灰的质量比为40∶45∶10∶5时，在90℃下蒸养7h，28d抗压强度高达42.3MPa。周强武等研究了脱碳粉煤灰掺入量70%，磷石膏掺入量30%时自然养护3d，在蒸压温度为200℃时保温10h的工艺条件下制备蒸压砖，该制品抗压强度为17.5MPa。以上方法虽有直接使用未预处理的磷石膏的优点，但同样存在磷石膏的使用量不大、后续工艺需蒸养，且耗费大量能源的缺点。针对以上缺点，张天保专家以未处理的磷石膏为主要原料，辅加砂子和添加剂，经配料、粉碎、混合、高压成型、自然养护可制得抗压强度为5-30MPa的成品，其中添加剂为无机和有机的粘结剂，成型压力为40.0MPa。此生产工艺除需高压成型外，无需煅烧和蒸养，值得大力推广。
3、利用磷石膏生产石膏板材及粉刷石膏
经预处理后的磷石膏可代替天然石膏生产石膏板，其中板材的主要形式有纸面石膏板、纤维石膏板、麦草石膏板和石膏隔墙板等。
粉刷石膏是一种新型抹灰材料。因凝结硬化快、黏结力强、防水性能好、体积稳定性好、质地细腻光滑，具有一定的保温、隔热、吸声性能，施工方便，因此在发达国家应用广泛。国内有研究表明，采用石灰中和球磨预处理工艺，制成优等品建筑石膏，在此基础上，利用复合缓凝剂、保水剂的超叠效应，配制出性能良好的磷石膏基粉刷材料，中试和工程试用表明，它的技术经济性明显优于传统粉刷材料，是市场前景广阔的新型粉刷材料。
三，磷石膏在其它行业中的应用
1、利用磷石膏生产筑路材料
用磷石膏对二灰土(用石灰、粉煤灰作固化剂稳定土料)进行增强改性，生产出一种“高性能的磷石膏二灰稳定土半干性基层材料”，可有效避免二灰土作路面基层其早期强度低的缺点，还能进一步改善二灰土的抗裂性，该筑路材料的推广应用可大量消耗磷石膏。
2、磷石膏生产石膏胶凝材料
磷石膏在不同的烧成条件下可形成α和β两种不同晶型的半水石膏，用来代替天然石膏制造墙板、加压石膏纤维板、瓷面装饰材料、装饰吸声板以及石膏灰泥和建筑腻子等，工艺流程大体上分两类：一类是利用高压釜法将二水石膏转换成α型半水石膏，即：磷石膏废渣→浮选除杂→水热转化→真空固液分离→成型。另一类是利用烘烤法使二水石膏脱水成β型半水石膏，即：磷石膏废渣→浮选除杂→固液分离→干燥→煅烧→粉磨→成品，另外，将磷石膏煅烧成无水石膏，同时除去有机物和共晶磷，在其活性激发的基础上，用无机活性材料改性，可制得无水石膏胶结料。
用磷石膏烧制半水石膏前，一般需采用水洗法除去可溶性酸、氟、金属离子和有机物等，但又会导致产生大量的废水，既污染环境又增加了企业的负担。岳子明等改进了该工艺，将未处理的磷石膏、粉煤灰、石灰及其他材料按一定配比加水制成料浆，注入模具成型，经蒸养、脱模、自然养护、烘干成为成品。此新型胶结材，是水硬性胶结物，形成以高硫型钙矾石(AFt)为基本结构骨架、以硅酸钙凝胶(CSH)为粘结剂的微结构，可生产内隔墙板或建筑吊顶等非承重结构内隔墙板等，省去了磷石膏的预处理环节，也避免了大量废水的产生。
3、其它方面的应用
磷石膏还可以用于生产新型建筑材料，如新型石膏陶瓷装饰材料、石膏基导电材料、石膏基磁性材料、新型隔热材料、新型磷石膏基聚氯乙烯型材、高水速凝固材料——矿山填充剂、自流平材料等。
四、制约磷石膏综合应用的主要原因
虽然我中国对于磷石膏的综合利用取得一定成绩，但在利用过程中仍存在许多问题，主要表现在以下几个方面：
1、现排磷石膏无法直接利用，运输困难，企业不愿意大规模使用
磷化工企业排放的磷石膏含水率高、杂质含量高，无法直接进行综合利用，需要首先进行脱水、除杂质等预处理，存在较高的运输成本和预处理成本，以建筑石膏粉生产为例，湿度高10%，热消耗将提高50%以上，产量也会降低50%以上。综合利用企业会优先选择可以直接使用的脱硫石膏、粉煤灰等来替代现排磷石膏。
2、产品附加值低，市场竞争力弱，对资本吸引力小
当前磷石膏产品仍以水泥、免烧砖等传统建材为主，产品技术含量低，附加值低，销售半径小，市场竞争力弱，难以吸引资本进入，企业缺少资金，产业难以快速实现规模扩张。
3、公众接受度低，需求不足，市场推广难
当前，公众对磷石膏产品的品质、安全性存在疑虑，接受度低，需求不足，导致以磷石膏为原材料的制品市场接受度较低，产品难以推广，企业不愿投资磷石膏综合利用项目，制约了磷石膏的资源化综合应用。
4、相关政策执行难、落地难，发挥的作用有限
当前我国鼓励支持磷石膏综合利用的政策普遍以引导为主，不够具体、精细，落地困难。突出表现在：50%的磷石膏综合利用目标缺乏任务分解和考核方案；制定了资源综合利用产品可享受税收优惠，但资源综合利用产品认定办法缺失，企业享受不到税收优惠。
五、推动磷石膏综合利用的建议
1、高度重视源头控制
一是鼓励在全国范围内推行“以用定产”，倒逼产废企业加快磷石膏综合利用；二是提高磷石膏排放标准，将现行标准中磷石膏附着水≤25%提升到≤15%，主要杂质水溶性五氧化二磷和水溶性氟含量标准也根据实际情况提升；三是鼓励磷化工企业进行磷石膏预加工，提升原料品质。
2、加快规模化、高值化综合利用技术和产品的推广应用
一是继续鼓励企业加大规模化、高值化综合利用技术的研发，特别要加大力度推动科研成果的产业化应用；二是鼓励企业开发生产高强石膏基自流平砂浆、石膏装配式建筑、精密砌块、新型保温墙材、新型水处理剂等技术含量高、附加值高的综合利用产品；三是把磷石膏资源综合利用产品纳入政府采购名单，在市政工程、交通建设、保障性住房建设等项目中，打造示范工程。
3、制定相关产品和工程应用标准
一是加快编制磷石膏建材产品质量标准，确保产品质量；二是尽快建立完善覆盖设计、施工、验收和使用维护全过程的磷石膏建材工程建设标准规范，确保磷石膏产品规范使用；三是建立磷石膏相关产品专业检测中心，便于进行磷石膏产品质量检验与安全性认证；四是鼓励在磷石膏集中产区优先进行试点示范，制定覆盖磷石膏产品生产使用全过程的地方标准体系。
5、完善相关产业政策
一是尽快分解磷石膏综合利用目标任务，特别要明确湖北、云南、贵州、山东、安徽等重点产区的任务和目标，制定考核方案；二是将磷石膏资源综合利用产品的技术标准和相关条件在《资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录》中单独列出，尽快研究资源综合利用产品认定办法，便于执行落实；三是加强综合支持。相关部门可在磷石膏项目备案、土地、环评、生产许可等审批上给予支持。搭建磷石膏产用企业联合发展平台。
为提高磷石膏的综合利用，国家亟须在政策、资金等方面给予更多的支持，使这条产业链更加健康地运行。具体措施如下：
（1）规范磷石膏的堆存管理，防止杂质混入其中，保证磷石膏质量；
（2）磷石膏可以改良盐碱地，因此可把磷石膏列入改造盐碱地的专用肥料解决运价问题，对使用工业废弃物的新型建材企业，可在公路运输环节开设绿色通道，减免过路费等；
（3）及时调整资源综合利用应享受优惠政策的产品目录，在磷石膏制品推广应用方面给予支持；
（4）加大拓宽磷石膏综合利用方面的研究，对相关企业和高校给予资金等支持。
六、结束语
随着我国城市化进程加快，对建材的需求量持续增长，其中石膏建材作为绿色生态建材以其优异的性能而越来越受关注。磷石膏的资源化利用应重点着眼于生产水泥缓凝剂和建筑石膏胶凝材料。利用磷石膏代替天然石膏，既能减少天然石膏资源的消耗，又可大量消耗磷石膏，降低环境负荷。我国石膏胶凝材料的比重还很低，但是随着国家节能减排政策的推广，利用磷石膏生产出来的建筑石膏胶凝材料必将在建材领域扮演重要角色。相信随着科技水平的不断提升和可持续发展战略的不断深入，我国磷石膏的综合利用也会取得令人瞩目的成绩。