我國石膏分為天然石膏和工業(yè)副產(chǎn)石膏。天然石膏或受保護(hù)，或因開采危險(xiǎn)正逐步減少。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)副產(chǎn)石膏源源不斷產(chǎn)出，正逐步替代天然石膏，甚至超過天然石膏得到大量使用。工業(yè)副產(chǎn)石膏種類繁多，但其核心成分都是二水硫酸鈣或無水硫酸鈣，現(xiàn)有工業(yè)副產(chǎn)石膏品種可以完全替代天然石膏，經(jīng)過技術(shù)加工后，膠結(jié)性能可以大幅度提升。
當(dāng)前，在“雙碳”背景下，工業(yè)副產(chǎn)石膏發(fā)展迎來新的挑戰(zhàn)。目前，在我國工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用中，還存在著行業(yè)規(guī)模小、發(fā)展不平衡、品質(zhì)不穩(wěn)定等問題。多位專家對(duì)我國工業(yè)副產(chǎn)石膏資源化利用存在的問題、科學(xué)利用的途徑等進(jìn)行交流討論，以期為科學(xué)合理、高效地利用工業(yè)副產(chǎn)石膏，特別是為企業(yè)工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用提供技術(shù)指導(dǎo)和支持，促進(jìn)工業(yè)副產(chǎn)石膏資源化利用的健康發(fā)展。
堅(jiān)持產(chǎn)品質(zhì)量底線 追求產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展
縱觀世界其他發(fā)達(dá)國家的建筑材料體系，石膏基膠凝材料占據(jù)了很大的比例。中國硅酸鹽學(xué)會(huì)固廢與生態(tài)材料分會(huì)副秘書長于立安指出，基于石膏基材料具有質(zhì)量輕、隔音隔熱、防火抗震等諸多優(yōu)點(diǎn)，未來在我國除了硅酸鹽水泥基材料以外，石膏基材料和耐侵蝕的水工膠凝材料的需求將成倍增長，有著非常廣闊的市場前景。
目前，工業(yè)副產(chǎn)石膏在一些地方的市場應(yīng)用中存在質(zhì)量問題。中山嘉河環(huán)保科技有限公司的技術(shù)總監(jiān)封祁寧長期從事石膏生產(chǎn)工作，對(duì)原料端把控、半成品生產(chǎn)、成品加工及工地現(xiàn)場的應(yīng)用有豐富的經(jīng)驗(yàn)。他指出，房地產(chǎn)下行，開發(fā)商資金鏈存在風(fēng)險(xiǎn)，必然引起總包方的付款問題，也將導(dǎo)致施工承包商及材料供應(yīng)商的競爭加劇，主要表現(xiàn)在減少成本和價(jià)格競爭。以石膏基自流平為例：隨著競爭日益激烈，石膏基自流平的價(jià)格日趨走低。有些企業(yè)為降低成本，會(huì)在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中加水。水量增加可以增加涂布率，同時(shí)流動(dòng)度的增加可以減少外加劑。但對(duì)于石膏基自流平來講，產(chǎn)品需要長期承壓，而水量如果過多，長期來看會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。“短期沒問題不代表長期沒問題。”封祁寧說。
武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授劉剛表示：“磷石膏資源化利用，必須遵循各產(chǎn)業(yè)發(fā)展的客觀規(guī)律和產(chǎn)業(yè)間的相互關(guān)系，針對(duì)不同資源化方法、技術(shù)成熟度和市場需求等因素，制定相應(yīng)的資源化途徑。”因此，各單位要充分了解產(chǎn)品品質(zhì)，以質(zhì)量為底線，追求產(chǎn)品健康發(fā)展。“任何破壞質(zhì)量底線的行為都將埋下隱患。”
資源化利用范圍廣 六大技術(shù)瓶頸有待突破
目前，磷石膏的資源化利用涉及水泥行業(yè)、建筑材料、道路工程、農(nóng)業(yè)及化工等領(lǐng)域。磷石膏在水泥行業(yè)，比較成熟的利用方式是生產(chǎn)緩凝劑和礦化劑。用磷石膏做礦化劑可提高產(chǎn)量，降低能耗，提高水泥熟料的質(zhì)量，但摻量較少，利用率不高。其次是生產(chǎn)磷石膏基膠凝材料，這種利用方式突破了石膏只能作為氣硬性膠凝材料的限制，采用水化產(chǎn)物對(duì)石膏進(jìn)行包裹，使石膏基材料獲得了較好水硬性，拓寬了石膏基材料的應(yīng)用范圍。這種利用方式通過調(diào)控磷石膏、鋼渣、礦渣體系的活性鈣含量在大幅提高磷石膏摻量的同時(shí)，解決了石膏過多造成水泥安定性不良的技術(shù)難點(diǎn)，且工藝簡單，只需要一步濕磨，就能耗少、成本低。
此外，水泥行業(yè)還可利用磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥；道路工程可利用磷石膏作為公路的路基填料、基層膠結(jié)料；農(nóng)業(yè)可利用磷石膏呈弱酸性的特點(diǎn)將其作為土壤改良劑，改良鹽化、堿化土壤；礦山可以大量應(yīng)用磷石膏膠凝材料作為充填材料；造紙工業(yè)可利用磷石膏生產(chǎn)磷石膏晶須，以及在化工領(lǐng)域制備制硫酸鉀和硫酸銨等。劉剛表示，隨著技術(shù)的不斷成熟，磷石膏在建材行業(yè)的應(yīng)用將是其資源化的主流。
最新研究發(fā)現(xiàn)，以磷石膏為發(fā)泡劑，利用其結(jié)晶水的分解制成的泡沫瀝青，用于道路工程中可降低瀝青的黏度和道路的碾壓溫度，而且磷石膏作為改性劑，還可以提高瀝青的抗高溫變形能力。
目前，磷石膏用于道路基層有四種形式：一是磷石膏制備膠凝材料，替代傳統(tǒng)水泥；二是作為填料，填充于級(jí)配碎石的空隙中；三是制備成無骨料磷石膏穩(wěn)定土；四是制備成人造骨料，替代天然骨料用于道路基層。關(guān)于實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題，劉剛認(rèn)為有以下六個(gè)方面：
一是硫磷石膏水泥替代普硅水泥，基層材料的早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長較快，需要增加開放交通的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。
二是在干縮和溫縮的雙重作用下，半剛性基層的收縮開裂很難避免，需要設(shè)計(jì)基層材料組分，更好發(fā)揮過硫磷石膏水泥微膨脹和失水收縮的協(xié)同作用，從而減少半剛性基層的收縮開裂。
三是路基與基層間的層間防水問題。
四是由于磷石膏穩(wěn)定土是粉體壓制成型，抗沖刷性能較差的問題。
五是基層材料強(qiáng)度和耐久性的問題。如寒冷地區(qū)水分是否會(huì)引起基層的凍脹開裂，人造骨料表面的一層界面疏松區(qū)是否影響強(qiáng)度等，加上人造骨料需要養(yǎng)護(hù)和堆存，如何提高早期強(qiáng)度、減少堆存周期也需要行業(yè)思考。
六是環(huán)境影響問題。磷石膏大規(guī)模應(yīng)用所滲出的雜質(zhì)影響環(huán)境，目前最有效的方法還是磷化工企業(yè)的無害化處理。劉剛表示，若能有效突破以上六大瓶頸問題，將進(jìn)一步推動(dòng)磷石膏的大規(guī)模應(yīng)用。
優(yōu)化石膏材料品質(zhì) 加強(qiáng)創(chuàng)新與應(yīng)用結(jié)合
石膏基未來如何發(fā)展？桂林理工大學(xué)教授、北京建筑材料科學(xué)研究總院首席專家段鵬選提到要從兩大角度來考慮石膏的發(fā)展方向：一是技術(shù)角度，二是市場角度。
從技術(shù)角度來說，工業(yè)副產(chǎn)石膏因?yàn)樯晒に嚒⒊梢虿煌瑢?dǎo)致其純度、雜質(zhì)、種類、含量、晶型結(jié)構(gòu)各不相同。而不同工藝的雜質(zhì)在建材和其他應(yīng)用領(lǐng)域的利害也有不同，需要進(jìn)行深入的基礎(chǔ)研究，既找出共性，又找出個(gè)體特性，方能有針對(duì)性地解決問題。因此，基礎(chǔ)研究及科學(xué)應(yīng)用的研究與實(shí)際相結(jié)合，將是提升整個(gè)行業(yè)利用水平的必由之路。隨著科技的進(jìn)步，“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施，未來具有低碳、循環(huán)、綠色特性的石膏材料應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。
從市場角度來說，脫硫石膏之所以進(jìn)入我國不到20年時(shí)間就能得到非常好的應(yīng)用，得益于脫硫石膏在國外已經(jīng)有非常完善的基礎(chǔ)研究。段鵬選指出，“我國從2007年開始著手制定中國脫硫石膏標(biāo)準(zhǔn)，在借鑒國外的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了彎道超車。反觀磷石膏的發(fā)展，我國有近60年的生產(chǎn)歷史，但都未能很好地將其應(yīng)用，有的甚至形成了環(huán)境問題。”
封祁寧同樣指出，這一問題與歷史原因和基礎(chǔ)研究不夠有關(guān)。因此，他建議我國高校和科研院所加強(qiáng)對(duì)石膏的基礎(chǔ)研究，鼓勵(lì)企業(yè)在力所能及的情況下支持研發(fā)工作。高校、科研院所與企業(yè)相結(jié)合，既能發(fā)揮高校科研院所的研究能力，同時(shí)還能直接了解企業(yè)實(shí)際需求，從而形成合力提升行業(yè)水平，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究。劉剛也寄希望于科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)，希望進(jìn)一步突破磷石膏副產(chǎn)品作為單一資源的固有思維，結(jié)合其他堿性工業(yè)固廢，如赤泥、鋼渣、鈦渣、錳渣等，開展協(xié)同利用的技術(shù)攻關(guān)，拓寬工業(yè)固廢的利用途徑，開發(fā)具有高附加值的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)磷石膏資源化產(chǎn)業(yè)大規(guī)模、高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。
