我国磷石膏综合利用进展及发展建议

日期: 2017-06-30 来源:www.efful.com 作者:石膏粉厂家
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  我国是全球第一的磷肥生产大国,但磷石膏实际利用率仅有30%,堆存量已超过3亿t,并且每年新增堆存量5000万吨,新增占地超过4000公顷。大量磷石膏的堆存除占用大面积土地外,还可能带来粉尘、地下水和土壤污染等环境问题以及滑坡等灾害,成为制约磷肥行业发展的一大瓶颈,如何综合利用磷石膏是我国乃至世界亟待解决的问题。
  1、我国磷石膏综合利用的主要途径
  1)磷石膏替代天然石膏生产水泥缓凝剂
  水泥缓凝剂是水泥生产中的添加剂,使用量为水泥质量的3%-5%。我国水泥行业所用的缓凝剂原料大部分为天然石膏,且消耗量与日倶增。用磷石膏取代天然石膏生产水泥缓凝剂,能够相应地降低水泥的生产成本,具有广阔的市场前景。磷石膏制水泥缓凝剂主要包括磷石膏预处理、煅烧、收尘及成球4个环节。
  1958年日本建成第一个大规模生产装置,韩国、菲律宾分别建有1套20万吨/a、15万吨/a的生产装置。
  国内现已有安徽铜陵化学工业集团有限责任公司、江西贵溪化肥有限公司等十余家企业兴建了生产装置,每年可消化磷石膏超过250万吨。
  我国2015年水泥产量已达到23亿t,石膏消耗量较大,因此磷石膏替代天然石膏生产水泥缓凝剂可作为提高磷石膏综合利用率的有效途径。
  2)磷石膏制备建材
  磷石膏经预处理可制成纸面石膏板、纤维石膏板、空心砌砖和粉刷石膏,此类产品具有良好的温度调节性、绝热性能,并具有易于施工、质量轻和美观等特点,被大量用于装饰材料中,具有较好的市场前景和推广价值。
  在日本、德国和韩国等国家,大量磷石膏被用来代替天然石膏制取纸面石膏板、纤维石膏板、麦草石膏板等石膏板材,我国在此方面的研究开始于20世纪70年代,目前已有铜陵化学工业集团有限公司、中国建材集团等单位建设了磷石膏制纸面石膏板生产线。
  在实际生产中,由于磷矿来源不同,杂质较多,对建材产品影响较大,一定程度上限制了磷石膏的资源化高效利用,比如石膏中的磷会造成板材凝结性能延缓、强度降低,氟化物引起凝结时间缩短、抗折强度降低,难溶性有机物导致产品质量和强度下降等。
  3)磷石膏制取土壤调理剂
  我国土壤正在加速酸化,pH<5.5的酸性耕地面积从30年前的7%上升到目前的18%,南方14省区pH<5.5的酸性耕地面积由20%扩大到40%。
  同时,我国在磷矿浮选和磷肥生产过程中产生大量的磷尾矿和磷石膏,既浪费资源,也给环境带来巨大风险。
  用磷石膏制取土壤调理剂用于土壤改良,将资源-产品-废弃物-排放的模式转变为资源-产品-再生资源-产品,为磷石膏变废为宝提供了思路。
  磷石膏中含有磷、硫、镁及有机质等农作物生长所需的营养成分,生产的土壤调理剂可调节土壤酸碱平衡,抑制土壤中铝离子的淋溶,降低有毒有害元素的累积效应,改善土壤结构,提高土壤墒值及有机质含量,可解决长期施肥、除草剂药害导致的土壤酸化、土地盐渍化等问题。
  4)磷石膏制酸联产水泥
  我国硫资源对外依存度高达60%,每年需要进口大量硫黄。磷石膏制硫酸联产水泥不仅能使磷石膏中的硫、钙等资源得到充分利用,而且还能减少硫黄的进口量,有效缓解我国硫资源短缺的状况。
  磷石膏制硫酸联产水泥装置主要以磷石膏为原料,配以焦炭、硅石、铝矾土等,经过原料均化、生料制备、熟料生成、窑气制酸、窑尾静电除尘、尾气脱硫、两转两吸、水泥磨制等过程,生产出符合标准的水泥产品,产生的SO2最终生成硫酸。
  20世纪90年代,山东鲁北化工股份有限公司、鲁西化工集团股份有限公司等企业先后建成7套年产“3万吨磷铵、副产磷石膏制4万吨硫酸联产6万吨水泥”装(简称“三四六”工程),2009年重庆三圣特种建材有限公司的硬石膏制15万吨/a硫酸联产20万吨/a水泥装置投产,引发了新一轮磷石膏制硫酸的热潮。
  在实际生产中,磷石膏制硫酸联产水泥工艺存在磷石膏高温分解困难、高温酸性气体腐蚀设备和粉尘堵塞等技术难题,需要添加其他石膏以降低磷石膏中的杂质含量,而大部分磷石膏仍未得到有效利用。
  因此,在技术上还须不断创新,突破磷石膏高温分解技术、含硫烟气在旋风预热器中防结皮技术、含钾碱性肥料高温焙烧反应控制技术、产业化生产中原料配比波动及与之匹配的工艺技术参数优化与控制等关键技术,实现磷石膏大宗高效利用和无害化处理。
  2、典型企业在磷石膏综合利用方面的研究进展
  (1)瓮福(集团)有限责任公司(简称瓮福集团)
  瓮福集团在磷石膏综合利用方面的研究,主要集中在化学法处理和生产建筑材料两个方面。化学法处理技术主要有以下2个途径:一是悬浮态法分解磷石膏制硫酸联产石灰。磷石膏经稀相悬浮脱水为半水和无水石膏后,送人特殊的悬浮分解炉反应器进行分解,得到的SO2输送至硫酸系统生产硫酸。从反应器出来的氧化钙在石灰冷却器中与冷气体进行热交换后,得到石灰成品。二是用磷石膏制取粒状硫酸铵,目前已建成了25万吨/a硫酸铵装置,消耗磷石膏52万吨/a。另外,瓮福集团进行了磷石膏生产新型建筑材料产品技术的开发及应用研究。
  目前已生产出石膏砌块、水泥缓凝剂、黏结石膏、粉刷石膏等新型建筑材料产品。
  2)贵州开嶙集团股份有限公司(简称开嶙集团)
  开磷集团的磷石膏利用技术主要集中在以下两方面:一是用于新型建材,开发了“一步法”生产高强耐水磷石膏砖生产工艺及制备技术,并于2007年建设了一条年产1亿块高强耐水磷石膏砖的中试生产线,在此基础上分别建成了年产10亿块高强耐水石膏砖、35万m2石膏砌砖、25万m3石膏基加气混凝土生产线,开发出与磷石膏砖相配套使用的石膏基干混砂浆、内墙腻子、粉刷石膏等11种粉体建筑材料。二是将磷石膏充填采矿,建成以磷石膏为主要充填物的矿山充填系统。
  3)云天化集团有限责任公司(简称云天化)
  云天化每年副产的磷石膏排放量约为1000万吨。鉴于磷石膏中含有磷、硫、钙、镁、钾等作物生长所需的营养元素,云天化与云南农业大学以磷石膏为主要原料,共同攻关土壤调理剂的调控机制与应用研究,同时联合云南省化工研究院云南创兴建材公司启动磷石膏制酸联产水泥项目。与昆明理工大学共同开发的“低温陶瓷改性磷石膏生产标砖和胶凝材料”产业化装置正在筹建中。
  4)金正大诺泰尔化学有限公司
  金正大诺泰尔化学有限公司规划在贵州瓮安工业园区投资59.6亿元打造磷资源循环经济产业园。
  目前,已开发出二水-半水法磷酸联产a半水石膏的能量自平衡转晶技术、窑尾预热生产硅钙钾镁肥、磷石膏制酸“切换式”联产硅钙钾镁肥/水泥等生产工艺技术,建成5万吨/a转晶法^半水石膏工业化试验装置、磷石膏制取30万吨/a硫酸联产45万吨/a硅钙钾镁肥/水泥产业化装置并投入运行,实现了磷石膏资源化高效利用。
  3、我国磷石膏综合利用存在问题及发展建议
  1)鼓励发展硅钙钾镁肥等土壤调理剂产品
  据统计,我国酸性土、盐碱土面积占耕地总面积的60%以上,严重影响农作物的正常生长,制约了农业的可持续发展。磷石膏中含有钙、磷、硅和多种微量元素,并具有较强的酸性(pH为3-6),可用于盐碱地和土壤结构改良。
  利用磷石膏中的硫、磷、镁等有效养分改善土壤性状、提高土壤肥力,有助于提高土壤养分资源的利用率,促进现代农业技术的发展。
  由于我国磷石膏主要集中在滇、贵、川、鄂、皖地区,在实际推广过程中,仍存在运输半径小、农民认知度低等问题,单靠企业的推动力量稍显薄弱,建议政府加强政企对接,建立起由政府引导、企业参与的多元化农民培训机制,促进硅钙钾镁肥等土壤调理剂产品的大规模推广应用;同时,政府可以对使用硅钙钾镁肥的农户进行补贴,提高农民应用硅钙钾镁肥的积极性。
  2)鼓励开展磷石膏大宗利用
  我国磷石膏资源化利用率低、大规模消纳难度大,磷石膏制硫酸联产水泥属于国家鼓励的循环经济工程,可有效解决磷石膏治理工程投资大、处理成本高、大宗利用难等产业发展瓶颈,实现磷石膏中硫、钙及难溶性钾资源的综合利用,对磷化工企业的资源高效利用、清洁环保、社会经济等起到极大的促进作用。
  目前,我国建有一批磷石膏制硫酸联产水泥装置,但是由于大部分磷石膏磷含量较高,很难达到生产装置的要求,磷石膏堆存现象遍存在。建议相关研究机构和磷复肥企业在原料处理、反应机制和技术路线方面进行深入研究,形成系统的理论体系指导工业化生产,同时建议政府将实施效果较好的技术在全国范围内推广应用。建设一批大规模磷石膏工业化生产示范装置,积极推广资源节约与综合利用先进技术,系统提升我国磷石膏高效利用水平和磷化工科技创新能力;适量限制天然石膏开采规模,并对建筑业、房地产业使用工业副产石膏制品实行激励措施,拉升市场对磷石膏产品的需求,提高磷石膏综合利用水平。
  3)加大财政税收扶持力度
  近年来,中共中央国务院、国家发展和改革委员会、工业和信息化部等部门相继下发关于磷石膏综合利用技术开发与应用的政策文件,但是相关的税收优惠等扶持力度略显不足。磷石膏综合利用技术投资大、能耗高、经济效益不显著,进一步加大了磷石膏资源化利用的难度。
  建议继续开展科技创新和产业开发,通过专项基金、银行贷款、财政补贴、土地利用等方式加大对磷石膏利用企业的扶持力度和范围;制定鼓励支持磷石膏综合利用产品进人市场的政策,对磷石膏综合利用产品实行免征增值税或即征即退的税收优惠政策;起草制定磷石膏综合利用方面的政策文件,鼓励或示范使用磷石膏下游产品。
  资料来源:我国磷石膏综合利用现状与发展建议,作者:郑磊

 

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