磷石膏的產生及其特性
磷石膏的產生
磷礦石示意
磷是重要的生命元素，更是重要的經濟礦產資源，工業用磷必須大量從磷礦中提取，提取后的初級產品為磷酸。磷酸是一種基礎化工原料，目前國內外磷酸生產工藝主要有“濕法”和“熱法”兩種，一種是用強無機酸（主要是硫酸）分解磷礦制得磷酸，稱濕法磷酸，又稱萃取磷酸，要用于制造高效肥料；另一種是將高品位磷礦中的氟磷酸鈣高溫還原成單質磷（黃磷），而后經氧化、水合制成
磷酸，稱為熱法磷酸，主要用于生產工業磷酸鹽、牲畜和家禽的輔助飼料。相比較而言,濕法磷酸的工藝特點是產品成本相對較低，對磷礦的品位、雜質含量要求比熱法磷酸的要求要低，但成品磷酸質量較差。盡管如此,濕法磷酸工藝還是得到了廣泛應用，目前國內使用的磷酸 90%采用濕法工藝制備。濕法磷酸工藝主要是通過硫酸與磷礦石反應制備磷酸，其主要化學反應方程式如下：
Cas(PO.);F+5H;SO.+2H,0一>5CaSO.·2H;Oy+3H;PO.+HF41
由式可以看出，濕法磷酸工藝會產生大量副產物磷石膏（主要成分為二水硫酸鈣）。根報磷化工企業濕法磷酸生產線測算，生產 1 t磷酸，產生約5t磷石膏。隨著磷酸鐵電池等新能源項目的興起，越來越多的磷化工企業通過對濕法磷酸進一步地濃縮、萃取、提純，制備出用于磷酸鐵鯉電池的電子級精制磷酸。經過理論計算，生產 1 GW·h 的磷酸鐵鯉電池，將產生約 4700磷石膏。
磷石膏外觀多呈灰白、灰、灰黃、淺黃及淺綠等顏色，膏狀，顆粒直徑為 100~200 pm，結晶水量為 20%～25%，黏度較大，流動性差，呈酸性，新排放的磷石膏有異味。與天然石膏相比，磷石膏是一類混合物，其組成成分較為復雜，除硫酸鈣以外，還含有少量未分解的氟磷酸鈣、殘余酸、氟化物、酸不溶物、有機質等，這些雜質的存在很大程度上限制了磷石膏的資源化利用。我國磷化工產業主要分布于長江水系沿線及周邊，一直以來，磷石膏的利用率并不高，國內絕大部分磷化工企業選擇將磷石膏以固體廢棄物形式堆存于磷石膏庫中
據統計，2022 年國內磷石膏堆存量已超過7億t，主要分布在湖北、云南、貴州、山東和安徽5個省份，占比超過 75%。
我國各省份相應的磷石膏排放量示意
磷石膏中的游離態氟、重金屬離子和放射性元素隨著尾礦庫堆存過程形成空間分布。例如，云貴地區特殊的喀斯特巖溶地貌為磷石膏庫中各類污染物遷移提供了“地漏式”的天然通道，該區域內礦區周邊地下水總磷、氟、重金屬離子等均存在不同程度的超標，污染物與尾礦庫地理位置呈線狀分布，基本與地下水徑流方向一致，因此，加強磷石膏尾礦庫防滲漏治理，強化磷石膏無害化應用顯得尤為重要。
磷石膏渣場及其所造成的污染示意
此外，磷石膏在堆存過程中，遇到干旱少雨多風的季節，表層磷石膏顆粒以懸浮狀態分布于大氣中，各類有害物質還會隨揚塵轉移到尾礦庫周邊的環境中，最終沉降散落，造成了污染物的進步遷移，造成生態環境進一步惡化，在一定程度上危害人類健康。
近年來，隨著農業與汽車工業的蓬勃發展，磷酸的需求量將逐年增大，磷石膏的副產量也將同比大幅增加，加劇了土地資源的浪費及水環境的污染。由于磷石膏堆存帶來的危害，我們應拓寬磷石膏的綜合應用途徑，研究環保性能好、成本低廉、大宗化利用新途徑。同時，加強現有磷石膏庫周邊環境監測，系統研究磷石膏中有害物質的遷移轉化富集規律，減少污染事故發生。國家應鼓勵磷化工企業在堆存前對磷石膏先進行無害化處置，促進磷石膏綜合利用企業勇于創新突破，開發新技術，提高磷石膏的資源化利用效率，變廢為寶；地方政府也要因地制宜、科學規劃，實現經濟建設和生態文明建設雙豐收。
磷石膏在國內外的利用情況
眾所周知，磷石膏綜合利用是世界性難題，需要因地制宜、因勢利導。
目前，磷石膏全球堆存量約 60 億 t。
據中國磷復肥工業協會統計，截至 2020 年中國已累計堆存超過 8.3 億 磷石。全球每年新增磷石膏約 2 億 t，其中，中國每年新增量近 8000 萬 t。
在對磷石膏的處置問題上，國外普遍采用堆存或直接排放入海，全球磷石膏綜合利用率僅為25%左右。日本與印度尼西亞形成了完善的循環體系，其中日本石膏資源匱乏，生產的磷石膏基本全部用于石膏建材與水泥緩凝劑；而美國等發達國家基本采用堆存方法，原因是美國對磷石膏應用的風險估計過高，出于環保、經濟方面顧慮，只允許利用非常少量的磷石膏。而處于環地中海北非磷礦帶、磷礦儲量世界第一的國家一一摩洛哥，選擇直接將磷石膏排放入海。
近年來，我國的建筑業發展迅速，建筑材料的需求隨之不斷增加，新型建筑材料的開發和應用也日益廣泛。石膏在新型建筑材料中的應用，不僅節約資源、綠色環保，而且可實現建筑業和磷化工行業的可持續發展。在歐美等發達國家，石膏基建筑材料因其良好的性能被廣泛應用于裝飾材料和墻體材料；而在我國，石膏基建筑材料主要用于墻體粉刷及建筑抹灰，在墻體材料中的應用較少隨著裝配式建筑材料及建筑節能化等政策的強制實施，石膏制品的市場空間和巨大優勢逐漸凸顯。由于部分地區天然石膏資源有限，建筑行業中脫硫石膏的應用也日趨成熟，水泥緩凝劑、石膏板等脫硫石膏基建材被廣泛使用。與脫硫石膏、天然石膏類似，磷石膏的綜合利用也存在遠離消費市場、分布集中等問題
據統計，2021年我國磷石膏產量約為 7500萬t，利用量約 3100萬t，利用率約為41%。國內磷石膏綜合利用，主要有建材類產品、化工類產品及土壤調理劑 3 種途徑
（1）建材類產品
建材類產品，主要包含石膏建材（a 石膏、石膏）水泥緩凝劑、路基填料等。存在用量小、品質不穩定、用戶接受度低等問題。
（2）化工類產品
化工類產品，主要包含硫酸聯產水泥、硫酸銨聯產碳酸鈣等，存在投資大、成本高、熟料難以處理等問題。
（3）土壤調理劑
土壤調理劑，主要是利用磷石膏中的酸性物質調節土壤的酸度，改善土壤質量，但鑒于我國土壤南酸北堿的特性，而磷石膏主要集中在長江以南，所以存在磷石膏作為土壤調理劑使用范圍小的問題
