【人物专访】对工业副产磷石膏资源化开发利用的建议

李光球

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【人物专访】对工业副产磷石膏资源化开发利用的建议
中国工业固废网讯:今天我们有机会采访了杜根杰副秘书长,请他就磷石膏资源化的开发利用谈谈自己的看法。下面是这次访谈的记录:

记者:我们都知道磷石膏是在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣,它的主要成分为二水硫酸钙,此外还含有岩石成分Ca、Mg的磷酸盐及硅酸盐等多种其他杂质。磷石膏是石膏废渣中排量最大的一种,排出的磷石膏渣占用大量土地,形成渣山,严重污染环境。所以,今天就想听听您对工业副产磷石膏资源化开发利用有哪些建议。

杜根杰:我国每年产生和排放数千万吨磷石膏。根据统计,目前全国磷石膏年排放量超过7000万吨。到2012年,堆积总量超过2.5亿吨。大部分磷石膏以土地堆存为主,磷石膏综合利用率不到20%。

我国磷石膏资源和磷石膏生产排放具有典型区域性特点,90%以上集中在云南、贵州、四川和湖北四省。磷石膏固体废渣目前均只能以堆存方式排放,这样会占用大量土地。磷石膏堆放不仅占用大量土地,而且造成环境污染。磷石膏中的可溶磷渗入水体后,导致严重的富营养化问题。

目前磷石膏开发利用的主要途径是用于水泥工业、化工原料、石膏建材制品、用作路基或回填矿山、工业填料、改良土壤等等。每年排放和历年堆积的大量磷石膏已经成为制约磷化工行业可持续发展的严重环保问题。磷化工行业现在面临高代价磷石膏规范的堆场建设和逐年提高准入门槛的综合利用要求。磷石膏的综合利用是磷肥行业节能减排的重要任务,事关磷肥行业能否健康、可持续发展。必须加强和推进磷石膏综合合理利用,实现磷化工的可持续发展。

记者:诚然如此。那么,磷石膏的资源化综合利用还有哪些主要难点,您能详细的说说吗?

杜根杰:当然可以。第一就是磷石膏固有的特性。磷石膏排放不可避免地带来磷、氟等游离酸性杂质和有机杂质。受生产工艺、控制条件和磷石膏露天堆放综合影响,磷石膏使用性能影响最大的磷、氟杂质成分具有不确定性和多样性。

综合利用磷石膏的各种技术都需要控制对使用性能影响最大的杂质成分。水洗和石灰中和反应处理方法是常用的两种选择。水洗是分离和降低磷石膏游离酸性杂质的比较理想方法,难题是要产生大量需要二次处理的废水。石灰中和反应处理是降低和去除磷石膏游离酸性杂质比较简单的工艺方法,但需要重视石灰中和反应处理的附加影响,如生产的建筑石膏粉出现假凝、不凝和强度大幅下降等现象。

出于经济原因的考虑,水洗方法几乎没有应用于综合利用磷石膏的工业生产。石灰中和反应处理方法也很少使用。实际综合利用生产所采用的磷石膏大多是经雨水洗涤酸性杂质自然稀释的长期堆积原料。可是,雨水洗涤自然稀释作用效果又具有很大的不确定性,相应综合利用生产的产品质量也具有很大的不确定性。磷石膏可溶性杂质是制约磷石膏象天然石膏及其他工业副产石膏(如脱硫石膏)进行利用的主要原因。

第二是磷石膏排放标准。国家标准《磷石膏》GB/T23456-2009规定了磷石膏的附着水(H2O)、二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)、水溶性五氧化二磷(P2O5) 和水溶性氟(F)等主要控制指标。因这些主要控制指标订的太低,给开发利用和产品使用造成了一定困难。

标准要求附着水(H2O)≤25 %。这里又出现了几个问题:其一:综合利用生产企业一般不会使用含有这么高湿度的原料。以建筑石膏粉生产为例,含湿度高10%,热消耗提高50%以上,产量降低50%以上。其二:磷石膏堆放时水分基本不流失的自然保湿率在12%左右,高含湿度排放的磷石膏必然会流失溶有磷、氟等有害游离酸性杂质的大量水分,造成环境污染。其三:高含湿度排放不利于促进磷化工企业技术进步。从技术角度看,将附着水控制在≤15 %是可行的,例如火电厂排放脱硫石膏附着水基本上都小于15 %。也存在非技术原因,如有些磷化工企业出于水平衡(例如废水零排放要求)需要,愿意排放附着水高一些的磷石膏,相当于变相排放有害废水。  
   
标准要求磷石膏二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)含量:一级≥85 %;二级≥75 %;三级≥65%。实际上二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)含量≤75%的磷石膏基本上不能使用于生产建筑石膏粉及其制品。还应该重视另一个问题,当二水硫酸钙含量相同时,即使磷石膏生产的建筑石膏粉湿强度与天然石膏相同,其干强度也要低20%左右。故标准不宜直接套用天然石膏标准要求。磷石膏的二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)含量宜最低要求≥78 %。

标准要求:水溶性五氧化二磷(P2O5)含量≤0.80 %;水溶性氟(F)含量≤0.50 %。这是一般重点磷化工企业都可以达到的标准。这样的标准要求不利于促进磷化工企业技术进步,更不可能促进磷石膏无害化处理排放。即使使用这样要求的磷石膏原料生产的建筑石膏制品,不仅仅是质量指标不如天然石膏,石膏制品使用还存在盐霜、霉变等长期问题。        

记者:当前我国有没有加快磷石膏资源化开发利用的可行性?具体体现在哪里?

杜根杰:首先就是存在着开发利用的产品和市场。开发利用工业副产石膏,从技术角度,主要有三大途径:一是制硫酸联产水泥或氧化钙;二是作为水泥缓凝剂;三是生产新型石膏建筑材料。

制硫酸联产水泥或氧化钙是硫资源的循环利用,钙元素用于水泥或石灰生产。仅从技术角度看应该是循环经济资源化利用的有效途径。但几十年来,在我国并没有得到大面积推广应用。原因主要有:一是经济技术综合原因,即相对于分别生产硫酸和水泥的成本和质量问题;二是制硫酸联产水泥属于高耗能生产,并不符合节能减排和降低碳排放的世界潮流;三是很多磷化工企业使用和消耗其他行业环保回收硫酸,如冶金企业的环保回收硫酸。

磷石膏作为水泥缓凝剂也存在一定的局限性:一是磷石膏原料含磷、氟等游离酸性杂质,直接使用会影响水泥质量,需要对原料进行预处理;二是水泥使用地区分布基本是均匀的,而磷石膏则具有典型区域性分布特点,不适合长距离运输使用。

石膏建材产品,因其轻质隔热、节能保温、阻燃防火、施工方便、绿色环保等诸多优点,在建筑行业中得到广泛应用。磷石膏排放量巨大,新型建材行业的利用是可能消纳的主要途径。工业副产石膏代替天然石膏生产石膏新材产品将成为大趋势。利用磷石膏原料生产新型建筑材料的关键是工业大规模生产高质量、低成本和性能指标稳定的建筑石膏粉。

其次,磷石膏生产新型石膏建筑材料的工艺和装备技术在进步。我国近10年来,利用磷石膏和脱硫石膏为主的工业副产石膏生产新型石膏建筑材料获得很大发展。新型石膏建材产品以纸面石膏板、石膏砌块、石膏基干混砂浆为主。生产设备主要围绕石膏煅烧设备,发展了流化床(俗称沸腾炉)等具有中国特色的石膏煅烧设备。

建筑石膏粉生产线成熟年生产规模达到20万吨左右。发展了烘干煅烧同步进行(俗称“一步法”)和烘干、煅烧分别进行(俗称“两步法”)的建筑石膏粉煅烧生产工艺。


单从煅烧工艺和设备方面,我国与国外相比,甚至具有一定创造性,已发展具有中国特色的、大规模化利用工业副产石膏生产建筑石膏粉的工艺和装备。如我公司已投入上千万元,建立了磷石膏一步法大规模制备建筑石膏粉的中试生产线,在5年多的时间里,对磷石膏的特性、性能参数、工艺方法、生产装备和产品质量进行了大量深入的研究,已拥有发明专利“化学副产石膏生产建筑石膏粉的方法及设备”和相关专利6项,并利用自己的专有技术设计和建设年消耗26万吨磷石膏的20万吨规模建筑石膏粉生产线,技术达到了行业的先进水平。其先进性主要表现在:

高效节能。主要能耗指标为每吨建筑石膏粉煤耗38千克标准煤,电耗19千瓦时。比行业先进水平提高热效率10%~15%,降低电耗20%~30%。


产品质量高、稳定性高。2小时抗折强度为3.0~3.8兆帕;2小时抗压强度为5.6~7.2兆帕。初凝稳定性小于1分钟;终凝稳定性小于2分钟。

设备先进、系统配套。生产系统采用了多项专利技术和消化吸收进口先进设备,如有机热载体联合供热锅炉、炒粉除尘一体化干燥脱水机、快速烘干燥机、含湿原料锁风喂料机、专用物理改性粉磨机、饱和石灰水循环脱硫装置和负压冷却送粉装置等。具有热工内平衡调节功能的工艺系统,将联合供热锅炉、一体化干燥脱水机和快速烘干燥机共同组成一体化设备系统,对提高产品质量和产品稳定性提供了新工艺技术。

尾气排放小,环保效果好。特色的工艺技术和设备系统比行业先进水平减少热烟尾气排放量1~2倍。整个工厂实现无尘化生产,排放尾气高度净化。生产系统结构紧凑,可靠性高,工业生产规模大。


生产装备体积和占地面积比同规模生产线减少40%以上。已经可以设计、生产年产100万吨单线生产规模的生产线。

记者:您对我国当前加快磷石膏资源化开发利用有什么建议吗?

杜根杰:我觉得至少目前应该做到这几点:

首先,做到磷石膏废渣无害化排放。磷石膏资源化开发利用的前提是磷石膏废渣应该是一种可利用和能够经济利用的资源,而不是勉强利用的“被”资源化。如果磷石膏废渣能够实现无害化排放,不仅现在是容易实现经济化综合利用的资源,也是将来后人方便使用的资源。行业内有一种认识:“磷石膏废渣利用是一个世界难题”。这需要深入分析和认识。磷石膏废渣开发利用难就难在二次处理,不光是二次处理直接投资问题,主要是二次处理的堆场建设和废水处理巨大的间接投资和环保许可难题。资源化综合利用的基础和根本在于磷石膏废渣的无害化处理排放。

磷化工企业排放磷石膏废渣在线进行无害化处理技术和经济角度都是可行的。例如增加循环碱性水中和水洗和二次脱水处理工艺,可以除去95%以上的磷、氟等游离酸性杂质和大部分有机杂质。循环碱性水中和水洗工艺不会增加磷化工企业任何废水排放量,成本代价小。初步分析估算,在线处理50万吨磷石膏,投资2000万元左右,吨处理成本5—10元。考虑多次运输等各种因素,二次处理将超过在线处理成本10倍。


在线无害化处理,控制磷石膏游离附着水在接近磷石膏自然保湿率的15%以内,现行脱水技术经济可行。无害化和低附着水的磷石膏原料既好现在利用,又方便长期堆存,还可大幅度降低堆场建设费用。

其次,重视磷石膏废渣的堆场管理。混杂有建筑垃圾和塑料垃圾等异物的磷石膏原料,会严重影响生产稳定性和安全性;混杂有化学物质的磷石膏原料,严重影响产品质量。这些在磷石膏废渣开发利用方面不是个案。为了很好综合利用磷石膏等工业副产石膏,保证其纯净无杂质,建议排放和堆场管理分离。即堆场建设和使用归排放方,堆场管理由环保指定或开发利用部门专门管理,费用由排放费支付。

再次,资源化开发利用和资源保护并举。尽管有《国家发展改革委关于印发“十二五”资源 综合利用指导意见和大宗固体废物综合利用实施方案的通知》有“到2015年,磷石膏综合利用率达到30%”和工业信息化部的《磷铵生产准入条件》等国家政策要求,要实现这些目标有诸多困难。典型区域分布特点是实现这些要求目标的难点。磷石膏产生和排放主要集中在经济不很发达的西南地区,很多企业远离使用新型建材相对集中的大城市。不分区域特点的相同政策要求,其结果必然是很多企业对于目标要求流于形式。

另外,有些地方的磷石膏,是不亚于一般天然石膏的宝贵石膏资源。例如贵州开磷集团排放的磷石膏,其二水石膏品位、色度和可以生产的建筑石膏粉质量指标均超过许多天然石膏。这些磷石膏废渣应该实现无害化处理和有计划堆放,给后人留下宝贵资源。

最后,磷石膏等工业副产石膏的开发利用需要产业政策的扶持。建议将磷石膏等工业副产石膏生产的建筑石膏粉列入国家减免税收产品范围。磷石膏等工业副产石膏生产的建筑石膏制品属于国家减免税收产品范围,磷石膏等工业副产石膏生产的建筑石膏粉产品并没有列入其中。建筑石膏粉是生产石膏新型建材的原料,也是综合利用的关键和难点所在。故将磷石膏等工业副产石膏生产的建筑石膏粉列入国家减免税收产品范围有利于鼓励源头项目投资和工业规模化生产企业积极性。

还有一点必须提及的,那就是建议按磷石膏废渣排放质量等级和无害化处理标准征收不同等级的排放费,优质磷石膏废渣低费,劣质磷石膏废渣高费。排放费主要用于返还、扶持和奖励综合利用贡献单位,特别要奖励开发利用技术进步贡献大的单位。