磷石膏固废资源化利用技术及应用前景

桑安 ,  曹俊雅 ,  张莉昕 ,  毛文政 ,  张广积

现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (1) : 34 -41.

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现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (1) : 34-41. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.01.007
技术进展

磷石膏固废资源化利用技术及应用前景

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Phosphogypsum solid waste reutilization technology and application prospects

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摘要

介绍了磷石膏所含杂质及其对环境带来的危害,并阐述了磷石膏的几种预处理方法。依托VOS viewer可视化软件,对磷石膏资源化利用现状进行了分析,利用方向主要集中在农业、建筑材料、化工原料等方面。最后展望了未来磷石膏利用的技术创新方向,包括环境功能材料的制备和路基磷石膏基材料的开发等。

Abstract

The impurities contained in phosphogypsum and their harmness to the environment are introduced,and several pretreatment methods for phosphogypsum are described.Relying on the VOS Viewer visualization software,the current situation of phosphogypsum reutilization is analyzed.It is found that the reutilization directions mainly focus on agriculture,building materials,chemical raw materials,etc.Finally,the technological innovation of phosphogypsum reutilization is prospected,including the preparation of environmental functional materials and the development of phosphogypsum-based roadbed materials.

Graphical abstract

关键词

磷石膏 / 资源化利用 / 预处理 / 堆存

Key words

phosphogypsum / re-utilization / pretreatment / storage

Author summay

桑安(1999-),男,硕士生。

引用本文

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桑安,曹俊雅,张莉昕,毛文政,张广积. 磷石膏固废资源化利用技术及应用前景[J]. , 2025, 45(1): 34-41 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.01.007

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磷石膏(phosphogypsum)是硫酸分解磷矿萃取磷酸时常见的副产品,主要成分是CaSO4·2H2O,是一种重要的可再生石膏资源。磷石膏产生于磷酸肥料生产过程中。在磷酸生产的湿法过程中产生的磷石膏反应如式(1)所示。
据统计,全球每生产1 t磷酸,产生4.5~5.5 t磷石膏[1]。磷石膏的成分与天然石膏相似,CaSO4·2H2O占90%以上。此外,还含有可溶性磷(P2O5)、可溶性氟(F-),一些重金属离子诸如Cu2+、Zn2+、Cd2+等在湿法磷酸的生产过程中也会产生。故磷石膏的任意排放会造成严重的环境污染,因此大多采用堆存处理。随着磷石膏堆存量的增加,大量磷石膏的堆积不仅占用了大量土地,并且长时间堆放会污染地下水源、土壤和大气,破坏周围生态环境,严重制约磷化工企业的可持续发展。
近年来,各级政府与相关部门也越来越重视固体废物的污染防治与资源化利用,2020年工业和信息化部及生态环境部等部门配合全国人大有关单位修订出台了《固体废物污染环境防治法》,从法律层面明确要减少固体废物产生量,促进固体废物综合利用。为此,本文中阐述了磷石膏的预处理和当前的资源化利用现状,归纳了较为成熟的磷石膏预处理方法和综合利用的发展方向,以期能有助于磷石膏的资源化利用。

1 磷石膏综合利用状况及预处理

1.1 磷石膏利用现状

天然石膏是一种用途广泛的工业和建筑材料,因而得到大量开采,但由于其不可再生,因此这种自然资源正面临枯竭。鉴于磷石膏的物理化学及机械性能与天然石膏相似,故作为天然石膏的替代品引起广泛关注。在日本,由于缺乏天然石膏,磷石膏得以大量利用,21世纪初,日本的磷石膏利用率就已达90%。相比之下,中国的磷石膏利用率较低(2022年利用率达48%)。表1显示了2016—2022年间中国的磷石膏综合利用量及产量。2021年我国磷石膏产量就已突破8 000万t,居世界第一,对比日本的磷石膏利用率,我国的磷石膏综合利用能力亟须增强。
图1显示了磷石膏回收和再利用的流程。磷石膏含有大量的P、S、Ca等元素,适合用作肥料和土壤改良剂,用来改善土壤环境。凭借与天然石膏相近的特性,磷石膏也可用来制备建筑材料中使用的石膏、陶瓷和其他建筑材料,以及作为化工原料用于生产纳米碳酸钙等化学试剂。因此,在可预见的未来,大量的磷石膏将作为一种具有广泛潜在应用的可持续资源。

1.2 磷石膏堆存危害

当前,国内大部分工业企业依旧采取湿法排渣、堆放等老旧方法来处理磷石膏[2-3],为了节约用地成本,磷石膏堆场的选址多位于丘陵、山区。磷石膏长期堆存会导致土壤的酸碱平衡被破坏进而影响农作物的生长,或者造成耕地大面积的损毁而限制农产品的生长;磷石膏中主要杂质元素是磷和氟,尤其在封闭或半封闭的湖泊地区,磷元素过多会使水体富营养化,导致水藻类植物快速生长、水体含氧量急剧下降,鱼类贝类等动物因缺氧死亡。如果堆存管理不当,磷石膏中的可溶性氟会流入水体与土壤,人通过食物与饮水摄入过多会严重影响身体健康。磷石膏中可溶性氟可被动植物吸收利用,并最终通过食物链进入人体,过量的氟会引起人体牙齿变质、骨质疏松甚至瘫痪[4]表2列出了磷石膏中有害物质及其对环境造成的危害。
表2可以看出,磷石膏中主要含磷、氟化物等杂质。此外,磷石膏中还含有少量未完全分解的磷矿、可溶性硝酸盐类,会腐蚀生产设备,从而降低磷石膏制品的品质。因此,磷石膏利用前需要经过预处理来降低甚至消除杂质的影响,这是磷石膏资源化的基础和关键。

1.3 磷石膏预处理方法

磷石膏杂质主要以磷和氟为主,同时还有部分有机物杂质和不溶性杂质如重金属元素和一些放射性物质,在磷石膏使用前必须将杂质去除。应综合各种因素,选择最合理、最经济的预处理方法。目前磷石膏的重要预处理方法有化学法、物理法及闪烧法等。

1.3.1 化学处理

在这种方法中,通常将外加剂或改性剂(如酸、碱和盐)添加到磷石膏中以平衡pH或者与杂质反应生成沉淀。例如,碱性改性材料如石灰,向磷石膏中加入碳酸钙或生石灰类物质发生化学反应,可以改善磷石膏造成的酸性环境,将部分杂质(可溶性磷和氟)转化为难溶惰性物质沉淀析出。该方法适用于加工质量不稳定、有机质含量较低的磷石膏。石灰中和法处理因工艺简单、投资少、效果明显、二次污染少等优点,在水泥缓释剂中得到广泛运用。但这种方法只能暂时解决可溶性磷、氟的问题,不能去除有机物对磷石膏的不利影响。酸性材料如柠檬酸处理法是将柠檬酸与磷石膏以适当的比例混合,柠檬酸可将磷石膏中的磷、氟等杂质转化为柠檬酸盐、铝酸盐及铁酸盐,再利用水洗法将这些物质去除[5]

1.3.2 物理处理

物理处理法是去除可溶性杂质和有机物的方法。由于物理方法主要依靠机械运动、洗涤、搅拌等过程,通过物理相互作用去除杂质,不涉及化学反应。对于可溶性杂质和有机物,大部分通过表面力的相互作用吸附在磷石膏表面,可通过物理方法去除。去除杂质的物理方法包括水洗、浮选、球磨、筛分和老化。
水洗净化法通过洗涤、过滤、脱水,可有效去除溶于水的可溶性磷、氟等杂质,该方法主要是通过破坏磷石膏表面容易去除的可溶性、表面吸附力弱杂质,但洗涤后的污水在排放或者再利用前必须进行处理,否则会造成二次污染。此外,废水在排放前需要单独处理,大大增加了处理成本。因此,这种方法目前尚未大规模应用。磷石膏中有机杂质可通过浮选净化除去,浮选法是一种湿法处理,该操作方法是以适当配比将磷石膏与水放入浮选设备,经过搅拌和静置,部分有机物漂浮在水面上,利用浮选设备可将其去除。这种方法的优点主要是水可以循环使用,因此通常与洗涤方法相结合[6]。与水洗法相比,浮选法对磷石膏中可溶性杂质的去除效果不是很明显,但去除有机物的性价比较高。原因是磷石膏进行浮选时也需要引入水,但浮选法的耗水量小于水洗法,且浮选过程中的水可循环利用,所以浮选法适合处理有机质含量较高的磷石膏[2]
球磨法是改变磷石膏结构的有效途径,该方法可以使磷石膏颗粒形貌呈柱状、板状、颗粒状等,并能使颗粒由正态分布变为弥散分布。然而,球磨方法并不能消除杂质的不利影响。

1.3.3 煅烧处理

煅烧处理的方法是将磷石膏在高温下煅烧以去除杂质,800℃煅烧过程中,磷石膏中P2O5转化为稳定的惰性焦磷酸盐,同时通过挥发除去少量的有机磷和氟化氢及其他有机物。此时,磷石膏中共晶磷在800℃煅烧时被完全除去,因此煅烧法适用于去除有机物和共晶磷含量高的磷石膏杂质。此外,通常将煅烧和石灰中和相结合,以避免氟化物挥发和二次污染[6]。因此,尽管存在高能耗的负面影响,但该方法仍具有明显的优势。具体来说,一方面,可以通过煅烧消除有害杂质的不良影响。另一方面,磷石膏在煅烧过程中转化为无水石膏和半水石膏,无水石膏可以回收利用。
表3列出了3种处理方法的对比,从经济角度看,化学处理具有成本适宜、可行性高等优点。而水洗和浮选方法消耗大量水,因此由于基础设施投资和污水处理,预处理成本急剧增加。煅烧方法的基础设施成本和能耗都很高。以上处理方法的比较表明,煅烧是最有效的方法。特别是煅烧对去除磷、氟和有机杂质有较好的效果,对可溶性和共结晶磷转化为惰性杂质有较好的效果。此外,磷石膏在升高煅烧温度下可以转化为具有不同溶解度和活性硫酸钙半水合物和硬石膏[7]

2 有关磷石膏利用的可视化分析

为深入了解有关磷石膏利用的研究热点与发展趋势,本文中采用文献可视化软件VOS viewer,基于Web of Science(WOS)数据库进行数据定量分析。按照phosphogypsum作为关键词,时间为2010—2024年,文献类型选Article与Review,语种为英语,共检索到相关文献2 011篇。将检索数据以全记录形式导出,运用VOS viewer对关键词进行共现分析[8]
根据VOS viewer对关键词出现频率的统计,2010—2024年磷石膏资源利用研究的高频关键词包括重金属离子、粉煤灰、建材、水化、浸出、吸附性、石膏、土壤调理剂、水泥、工业固体废物、强度和肥料等。然后,对频率大于3的关键词进行分析,可将磷石膏资源化利用的研究热点归纳为以下方面。
(1)磷石膏作为建筑材料,主要关键词包括石灰、水泥、添加剂、半水石膏、综合强度和强度等,可用作人造建筑材料[9]、路基材料[10]、回填材料、陶瓷材料等。
(2)磷石膏在农业生产领域的应用,主要包括土壤改良、肥料、堆肥和磷石膏钝化土壤重金属等。
(3)磷石膏在化学工业中的应用,关键词有碳酸钙、磷酸、钙等。主要是研究通过化学方法对磷石膏进行化学改性,将磷石膏中物质分解成化工原料或将有害物质转化为有用元素再进行回收利用,如硫酸钙晶须和纳米碳酸钙[11]的制备。

3 磷石膏资源化利用途径

3.1 磷石膏土壤改良研究进展

根据联合国统计局的研究,全球退化土地面积目前占所有土地的30%,影响着全球近20%人口的日常生活[12]。在中国,酸性和盐碱性土地面积之和占耕地总面积的60%,严重影响农业发展。因此,改善土壤环境,重塑健康土壤,促进社会经济发展和人类健康生活,是非常急迫且有必要的。磷石膏的应用提高了作物产量,同时使土壤能够积累有机碳并改善物理性质[13]。这些特性使磷石膏被认为适用于土壤化学应用和改善土壤环境的土壤改良剂。

3.1.1 土壤改良剂的制备

磷石膏含有Ca、P、S和Na等植物必备的养分,其中的酸性物质可通过调节土壤pH解决碱性土壤由于长期施用化肥、防虫害药剂、除草剂导致的有害物质积聚、土壤盐碱化等问题[14],以及有机物和作物生长所需的营养物质。施用含有磷石膏的土壤改良剂可以改善土壤结构,增加土壤中的有机质含量,提高作物产量[15]。此外,磷石膏可以抑制土壤中Al3+的淋溶,即当土壤中添加PG时,PG中的SO42-与OH-之间的配体交换反应,导致OH-离子释放,OH-离子与Al3+反应[16],减少其积累对植物的毒性作用。图2为土壤改良剂制备的一般流程。

3.1.2 磷石膏补充土壤硫钙肥

钙是植物生长必需的营养素,有助于维持细胞膜的正常功能。缺钙可导致矮化植物和组织硬化,最终导致植物死亡。硫是第四大消耗的植物营养素,在植物生长中起着至关重要的作用,决定了植物蛋白质和酶的合成,也促进了豆科植物的固氮。硫有几种氧化形式,以有机物和无机物的形式存在于土壤中,而植物吸收的硫以SO42-的形式存在[17]。农业中化肥和农药的大量使用扰乱了全球硫的循环,导致世界许多地方土壤硫缺乏。缺硫会导致植物生长受抑制、根系稀疏和养分吸收不良。叶厚专[18]在缺硫的稻田土壤上施用磷石膏,施用磷石膏375 kg/hm2土地的早稻产量比未施用磷石膏土地的早稻产量增加360 kg/hm2,增幅为7.1%。因此,有必要补充硫和钙,以保证植物的适宜生长。
以磷石膏补充土壤钙肥为例,磷石膏制备Si-Ca-K-Mg肥料的机理[19]如下:
从反应机理可以看出,可以用磷石膏和钾长石为原料,以焦炭为还原剂制备Si-Ca-K-Mg肥料。在这个过程中,CaSO4从磷石膏分解成SO2和高温(1 100~1 250℃)下的CaO,CaO与钾长石反应生成Si-Ca-K-Mg肥料。
许敬敬等[20]研究表明,磷石膏水溶液含有 183~580 mg/kg的Ca、0.029~0.146 g/kg的S和0.15~0.497 g/kg的P。磷石膏的酸性溶液含有5.605~20.727 g/kg的Ca、5.147~16.485 g/kg的S和5.147~16.485 g/kg的P。这表明磷石膏含有高水平的Ca和S,可用作肥料来补充贫瘠的土壤。此外,在高湿度下将磷石膏和尿素完全混合,通过加热和干燥可以制备高肥效和低湿度的肥料,使磷石膏完全包封尿素颗粒,可以大大提高尿素的氮素利用效率。

3.1.3 磷石膏改良盐渍土

盐渍土主要包括盐碱化土、碱性土和盐碱化程度不同的土壤。盐碱化土壤的高盐碱度导致有机质的流失、土壤结构受损、易板结化。在严重的情况下,这种土壤会导致植物枯萎、死亡,从而导致作物减产。目前,我国盐渍土面积为2.79×108 hm2,主要分布于西北、华北和黄淮海平原等地区[21],每年会给我国带来较大的经济损失。
利用磷石膏改良盐渍土主要是通过土壤中的Ca2+与游离态碱性盐(如Na2CO3、NaHCO3)相互作用,生成Na2SO4、Ca(HCO3)和难溶的CaCO3,从减轻碳酸盐对农作物的毒害作用,反应机理如以下方程式所示[22]:
在改良过程中,Ca2+取代土壤胶体中的Na+,将钠黏土转化为钙黏土,然后通过降雨和灌溉排出Na+,降低土壤pH和盐渍化。随着改良的进行,土壤微团聚体数量增加,入渗系数增加,土壤坍塌性得到改善。
吴洪生等[23]采用田间实验方法,利用磷肥厂副产物磷石膏进行滨海盐土(盐碱土)改良实验,发现滨海盐土田间施用磷石膏可以降低表层土壤pH和碳酸根浓度,并确定以30%复合肥1 050 kg/hm2+磷石膏1 125 kg/hm2和30%复合肥1 050 kg/hm2+磷石膏2 250 kg/hm2 2个处理效果最好。施用适当磷石膏不仅可以减少土壤中碳酸氢根含量,更可以增加土壤有机质和钙离子、硫元素等含量,从而提高农作物产量。
综上所述,磷石膏在农业中具有巨大的应用潜力。目前磷石膏的应用研究为其在土壤改良和土壤化学中的应用奠定了基础。磷石膏在应用于土壤时有很多好处,包括改善酸性和碱性土壤,延缓土地退化。钝化重金属,充当肥料,减少有机物堆肥过程中的温室气体排放。

3.2 磷石膏在建材方面的应用

随着建筑行业的发展和人们生活水平的提高,对建筑材料的需求也在不断增加。大多数建筑原材料来源于天然矿物,开采利用过程中容易导致生态环境的破坏。磷石膏可以作为建筑原材料的替代品。下面主要介绍磷石膏在建材领域的几个主要利用方向。

3.2.1 高强度半水石膏

以磷石膏作为原料,与复合盐溶液在一定条件下反应制备出抗压强度为80.8 MPa的α-高强半水石膏的方法称为常压盐溶液法,此种方法制备出的高强半水石膏在磷矿尾砂填充等领域具有相当大的应用前景。α-高强半水石膏的强度很大程度上受到晶体直径和长径比的影响,通常具有低长径比的α-高强半水石膏颗粒会比针状高长径比晶体拥有更好的可加工性和机械强度。因此,其形貌尺寸大小的研究成为了当今材料科学研究的热点。杨林等[24]利用磷石膏制备α-高强半水石膏,结果表明,蒸压温度为130℃、蒸压时间为6 h、料浆含水量为30%、堆料厚度为15 mm、转晶剂添加量为0.13%的条件下,制得强度指标为α30的高强石膏,呈六方短柱状,结晶度也得到明显的改善。
但是目前α-高强半水石膏的高成本限制了其在建材领域的应用,而β-半水石膏则因硬化后具有很好的绝热、吸热、防火、吸湿性能且具有较高的经济优势而在建材方面得以广泛应用。孙世杰等[25]利用磷石膏煅烧制备β-半水石膏,煅烧温度为130℃,煅烧时间为38 min,得到的产品中半水石膏质量分数为66.39%,且耐水性和抗冻性能优异。
随着磷石膏制备α-高强半水石膏研究的不断发展,展现了许多方法和工艺,如表4所示[26]

3.2.2 硫酸联产水泥

磷石膏早期曾被用作生产硫酸铝水泥、过硫酸盐水泥以及共同生产水泥和硫酸的原料[27]。需要注意的是,未经处理的磷石膏中的可溶性P2O5会减缓水泥的早期水化,因此对磷石膏进行净化预处理显得尤为重要。磷石膏制备硫酸联产水泥的工艺流程主要分为3个部分:磷石膏脱水、煅烧分解;形成水泥熟料;硫酸的转化、吸收。
过硫酸水泥主要由工业废弃物组成,包括大量的磷石膏,是一种环保节能的水泥。高温煅烧去除了磷石膏中的杂质,因此可以发挥作为硫酸盐活化剂的激发作用,进而有效提高过硫酸水泥的强度。而且,随着煅烧温度的升高,可溶性磷杂质(2CaHPO4·2H2O)转化为不溶性无害磷酸钙(Ca2P2O7)。此外,煅烧过程伴随着磷石膏的脱水,二水硫酸钙转化为半水硫酸钙和无水硫酸钙。一般来说,在煅烧时间相同的前提下,煅烧温度越高,产生的半水硫酸钙含量越高。
此外,在生产过硫酸水泥时添加少量碱性组分有利于凝聚石的形成。因此,采用过量的石灰对磷石膏进行预处理是合理的。一方面,石灰可用作酸中和剂和可溶性磷氟除尘剂。另一方面,过量的石灰可作为碱激化剂,促进水泥的形成,从而提高水泥的早期强度。

3.3 磷石膏在化工原料方面的应用

3.3.1 磷石膏制硫酸钙晶须

磷石膏的主要成分是结晶硫酸钙(CaSO4·nH2O,n=0,0.5,2)。因此,制备CaSO4晶须是磷石膏固体废物高附加值利用和减少资源浪费的可行途径,也是磷石膏资源化利用最有价值的研究方向之一,硫酸钙晶须作为有机聚合物材料的填充剂和补强剂被广泛应用于橡胶、塑料、涂料、造纸等行业。高模量、高韧性、高强度、无毒、耐高温腐蚀、耐磨损、易与聚合物复合以及容易进行表面处理等都是硫酸钙晶须的优点。
到目前为止,硫酸钙晶体的制备方法有很多,包括溶液生长、熔体生长等,如表5[28]所示。
目前,国内利用磷石膏制备硫酸钙晶须的方法主要为水热合成法。王舒州等[29]以磷石膏为原料,利用水热法研究反应时间、反应温度、磷石膏粒径和料浆浓度对硫酸钙晶须制备的影响,得出制备硫酸钙晶须的最佳工艺条件,在最佳工艺条件下可制备出形貌规整、分布均匀、平均长径比为75的硫酸钙晶须产品。硫酸钙晶须内部缺陷少,具有良好的物理性能,且易于表面改性,可用于高分子材料的增强补韧。
硫酸钙晶须虽然具有较高的经济价值,但制备成本高、时间长、产量低,因此有必要研究一种低成本、高产率的磷石膏晶须制备新工艺。

3.3.2 磷石膏制纳米碳酸钙

作为一种新型功能性非金属材料,纳米碳酸钙(如图3所示)具有细颗粒、比表面积大和高白度的特点。纳米碳酸钙是一种性能好、价格低廉的增强填料,广泛应用于造纸、橡胶、塑料、油墨和医药行业。有学者以磷石膏、CO2及氨水为原料,通过三相系统中的活性结晶来制备纳米碳酸钠,研究发现适当提高反应温度,保持较低的CO2流速,并严格控制反应时间有利于纳米碳酸钠的形成。
其他使用磷石膏作为钙源生产的碳酸钙,诸如微球型碳酸钙、高度分散的碳酸钙粉末以及方解石碳酸钙等都已成功通过实验制得,由此可见,使用磷石膏作为钙源制备各种类型的碳酸钙已经初步实现了磷石膏的有效利用。

4 磷石膏应用前景展望

4.1 磷石膏制备环境功能材料

磷石膏具有显著的物理性能,因此在环境功能材料的制备中具有广阔的前景。有学者使用十二烷基磺酸钠和改性磷石膏制备了铜的专用吸附材料,去除率高达99.23%。磷石膏作为制备吸附材料的原料具有广阔的应用前景,但制备成本、二次污染、防水性能等因素需要考虑。有研究者使用磷石膏和黏土来储存放射性元素铀(Ⅵ),吸附能力达到了0.09 mol/kg,表明它在放射性物质处理中具有良好的效果,具有一定的利用前景。虽然磷石膏在环境功能材料制备中的应用前景广阔,但对磷石膏中多种有毒有害物质的发生机理、迁移和转化规律的研究尚不明确,存在对环境二次污染的风险。

4.2 路基磷石膏基材料的开发

目前,磷石膏在道路工程中的应用很少,主要是因为用作胶凝材料的磷石膏回收率较低、早期强度低、有潜在的环境污染风险、抗侵蚀性差以及水稳定性差。总的来说,路基是一个具有较大潜力消耗大量磷石膏的领域,但是现有的研究存在局限性,未来磷石膏基材料研究的重点与趋势应包括以下方面。
(1)低成本、无害化的处理技术。环境安全是政府和社会在推动磷石膏大规模应用时关注的重点问题,否则,磷石膏囤积造成的点污染只会变成高速公路沿线的带状污染。
(2)磷石膏基材料的设计和施工一体化。目前,缺乏设计和制造磷石膏基材料的规范,导致性能差或不稳定。因此,磷石膏基材料的设计和构造的整合对于大规模应用是极其必要的。

4.3 填充材料的应用

各种磷石膏综合的利用方案的技术可行性和经济合理性是建立在对磷石膏杂质组成和含水率的有效控制基础上的。通过对磷石膏在工程和农业中的资源应用分析,现有资源技术难以达到磷石膏规模高效资源利用的目的,也难以具有良好经济价值。现有化工企业尚未实现磷石膏废渣的商业化产出和无害排放。由于磷石膏含有大量成分复杂的杂质,生成资源产物后仍存在浸出风险,因此在磷石膏综合利用之前需要进行预处理。根据磷石膏的不同成分和利用方向,采用不同的处理处置方法,实现磷石膏组成和结构的改变,提高磷石膏的资源应用性能和经济价值。
磷石膏综合利用产品的研发应用应向大用量、高附加值、多方式的方向发展。在水泥缓凝剂、建筑石膏胶凝材料和新型建材中的应用将是主要方向。注重磷石膏的杂质去除和改性,可以为磷石膏替代天然石膏奠定坚实的基础,有效拓展应用领域,提高磷石膏成分含量。因此,该项目主要对磷石膏进行前期改性,固化有害杂质,使其可以作为生态修复材料。结合项目实际情况,可作为填坑材料应用。最重要的是,它不仅可以解决磷石膏大量囤积的问题,还可以满足未来磷石膏二次利用的目的。

5 总结

磷石膏作为一种散装固体废弃物,预处理和资源化利用与资源材料的可持续发展和生态环境的保护密切相关。磷石膏堆积引发了一系列环境问题,引起了社会和政府的广泛关注。因此,寻找和拓展可消耗大量磷石膏的应用领域对提高磷石膏的利用率具有重要意义。对此,本文中总结了磷石膏土壤改良的研究进展、建材方面的应用及化工原料方面的应用。目前,磷石膏的应用已经为其在土壤改良和土壤化学中的应用奠定了基础。磷石膏在建筑和化工行业的应用存在一些挑战,如中国在这些领域应用磷石膏的标准并不完善,从而导致产品生产质量并不一致。同时,鉴于我国磷石膏材料的综合利用率远落后于日本等发达国家,还有很多工作要做。一方面,现有的磷石膏杂质去除方法多针对特定杂质。由于磷石膏的成分复杂,杂质多样,存在杂质去除不完全、实验工艺复杂、成本高、实际应用有限等不足和制约因素。因此,有必要探索全面、连续、高效去除磷石膏杂质的新途径,为磷石膏材料的大规模清洁、高值利用奠定基础。另一方面,对于磷石膏生产的纳米硫酸钙晶须、纳米碳酸钙等高值产品,探索在实践中提高产品价值、提升磷石膏材料综合利用经济效益的解决方案。

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基金资助

湖北三峡实验室创新基金项目(SC232011)

国家重点研发计划项目(2022YFC3701904)

国家自然科学基金项目(41977029)

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