磷石膏无机化合物

磷石膏主要有灰黑色和灰白色两种，颗粒直径一般为5～50μm，结晶水含量20%~25%。磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，其组分主要是二水硫酸钙。

磷石膏的组成比较复杂，除硫酸钙以外，还有未完全分解的磷矿、残余的磷酸、氟化物、酸不溶物、有机质等，其中氟和有机质的存在对磷石膏的资源化利用影响最大。磷石膏的随意排放堆积严重破坏了生态环境，不仅污染地下水资源，还造成土地资源的浪费。

中文名

磷石膏

外文名

Phospho Gypsum

缩写

PG

年利用量

400～500万吨

来源

湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物

主要成分

二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）

粒 径

5~50μm

应用领域

建材领域、化工领域、农业领域

简介

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(CaSO4·2H2O)和半水石膏(CaSO4·1/2H2O)，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(以P2O5计)，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(P2O5)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

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(pH<3)。

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。不同来源的磷石膏中自由水的含量差异较大，这取决于磷石膏的堆放方式和当地的气候条件。

磷石膏的溶解度取决于其溶液的pH，它在4．1g／L的盐水中有很高的溶解度。颗粒磷石膏的密度为2．27-2．40g/cm3，块状磷石膏的密度为0．9-1．7g／cm。

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。

成分

磷石膏的主要成分是CaO、硫酸(以S03表示)、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。由于磷矿石的来源不同，不同来源的磷石膏中放射性元素含量最高相差60倍。磷石膏中含量最高的放射性元素是226Ra，一些学者报道了磷石膏中还含有238U和210po。

国家标准

《磷石膏》国家标准（GB/T23456-2009）于2010年1月1日实施。标准规定了磷石膏的分类和标记、要求、试验方法、检验规则及包装等七大项，详细规范了磷石膏附着水、二水硫酸钙、水溶性五氧化二磷及水溶性氟、放射性核素限量等的测定方法，并对磷石膏的包装、标志、运输及贮存等作了详细规定。

资源化利用

无论是国内还是国外，磷石膏资源化利用情况都不令人满意。全世界磷石膏的有效利用率仅为4.5％左右，也就是说全世界每年得到综合利用的磷石膏只有12.6Mt。日本、韩国和德国等发达国家磷石膏的利用率相对高一些。

以日本为例，由于日本国内缺乏天然石膏资源，磷石膏有效利用率达到90％以上，其中的75％左右用于生产熟石膏粉和石膏板。其他不发达国家磷石膏的利用率相对很低，一般以直接排放(抛弃)为主。

到2011年底，中国已累计堆积了超过3亿吨磷石膏。而中国磷石膏的有效利用率不足10％，距国家“十一五”规划工业固体废物综合利用率达到60％的目标尚有较大差距。主要用于建材制品、土壤改良剂、水泥缓凝剂、化工原料等方面。

2013年，国家发改委为磷石膏的综合利用提出了到2015年综合利用率达到30%的目标；在《工业副产石膏综合利用指导意见》中，工业和信息化部则提出了到2015年底，磷石膏综合利用率由目前的20%提高到40%。

水泥工业

磷石膏制硫酸联产水泥

建筑材料

石膏胶凝材料

陶瓷装饰

化肥工业

磷石膏制取硫酸钾

农业

面临问题

可溶性杂质

可溶性杂质主要有3种：

第一种是游离磷酸和硫酸，它们会使熟石膏用于建筑物时对结构材料有腐蚀性，或对制石膏预制件的模型、设备产生腐蚀。游离酸还延长石膏的凝固时间；

第二种是磷酸一钙、氟硅酸盐、F一等可溶性盐，它们的主要影响也是减慢石膏的凝固速度；

第三种是钠、钾盐，钠、钾盐类会使干燥后的石膏制品表面出现“晶花”。

不溶性杂质

不溶性杂质有两种：

一些是在磷矿里就存在、且在磷矿酸解时也非常稳定的硅砂、未分解矿物和有机质；

另一些是磷酸矿解时与硫酸钙共同结晶的磷酸二钙、其他不溶性磷酸盐和氟化合物。

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。

参考资料

1.磷石膏粉生产线选型配置方案·桂林鸿程