第一节 石膏的定义及分类
石膏是单斜晶系矿物，主要化学成分是硫酸钙（CaSO4）的水合物。石膏是一种用途广泛的工业材料和建筑材料。石膏及其制品的微孔结构和加热脱水性，使之具优良的隔音、隔热和防火性能。
从原料可分为天然石膏、磷石膏、脱硫石膏、氟石膏、其他石膏等；
1、天然石膏
天然石膏是自然界中蕴藏的石膏石，主要为二水石膏和硬石膏。天然石膏中用途最广的是二水石膏，其有效成分为二水硫酸钙，一般根据矿石中二水硫酸钙含量对石膏进行等级划分。
2、磷石膏
磷石膏是湿法磷酸生产过程中排放的工业废渣。其主要成分是二水硫酸钙，此外，还含有少量未分解的磷矿粉，未洗涤干净的磷酸、磷酸铁、磷酸铝和氟硅酸盐等杂质。通常每生产1t磷酸约排放5t左右的磷石膏。目前全世界磷石膏的年排放量非常可观，在150Mt以上。我国磷石膏的年排放量也达到了20Mt。这不仅占据了大量土地，而且还污染了环境。磷石膏综合利用工艺 研究 ，一直是国内外环保领域的重要课题。长期来，人们都致力于 研究 磷石膏的有效利用。
⑴ 作水泥缓凝剂
水泥生产中需要大量的石膏作为延长凝固时间的缓凝剂。目前我国水泥 行业 中所用的缓凝剂大部分为天然石膏，年耗量约20Mt/a。磷石膏一般呈酸性，还含有水溶性五氧化二磷和氟，不能直接作水泥缓凝剂使用，需要经过预处理，去除杂质或改性。磷石膏制水泥缓凝剂的工艺主要是洗涤去除杂质或经过改性处理。预处理可采用水洗法，先将磷石膏加水调成含5%的固体浆料，再经真空过滤即可除去可溶性磷酸盐；也可采用中和法，用石灰（或消石灰）将可溶性磷酸盐转变为不溶性的磷酸钙，再进行干燥，焙烧碾磨后加水造粒，使之成为10-30mm粒度的产品。
杭州水泥厂、南京江南水泥厂、马鞍山水泥厂、上海水泥厂等企业都做过用磷石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂的试验。试验表明，用经过预处理的磷石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂，不但不会降低水泥强度，而且使水泥的后期强度比天然石膏还高，且能降低生产水泥的成本。
⑵ 作石膏建筑材料
磷石膏中的二水硫酸钙必须转变成半水磷酸钙才可用于作石膏建筑材料。半水石膏有α和β两种。前者称为高强石膏，后者称为熟石膏。通常α-半水石膏结晶粗大、整齐、致密，有一定的结晶形状；β-半水石膏晶体细小，体积松大。它的粉料加水调和可塑制成各种形状，不久就硬化成二水石膏。利用这一性质可将石膏加工成天花板、外墙的内部隔热板、石膏覆面板及花饰等各种建筑材料。以β-半水石膏为原料，可生产石膏板等石膏制品。
由磷石膏制取半水石膏的工艺流程大体上分2类，一类是利用高压釜法将换成半水石膏（α-半水物），另一类是利用烘烤法使二水石膏脱水成半水石膏（β-半水物）。
南京化学工业公司磷肥厂与上海建筑科学 研究 所合作制取的α-半水石膏，其抗拉强度达40MPa，比β-半水石膏纯净。南京大厂镇建材厂利用南京化学工业公司磷肥厂的副产物磷石膏生产β-半水石膏，产品质量已超过二级建筑石膏的标准，并已大批量投入预制空心板的生产。安徽省铜陵化学工业集团与澳大利亚博罗公司合作，利用磷石膏研制成优质石膏板材，该产品畅销海外。
⑶ 制硫酸钾
用磷石膏制硫酸钾有一步法和二步法。一步法的副产物为氯化钙，难以处理，所以其应用前景不被看好。二步法的副产物为氯化铵和碳酸钙，前者可作肥料，后者可用于制水泥，磷石膏利用率65%-70%。
⑷ 制硫酸联产水泥
将磷酸装置排出的质量合格的二水石膏（如果质量不合格，要设置磷石膏再次洗涤）经脱水成为无水石膏或半水石膏，再添加焦炭、辅助原料等进行配料，磨成细粉后入生料仓贮和均化备用。生料经窑尾预热器预热后进回转窑，经高温煅烧成熟料和含SO2的气体，熟料出回转窑经箅式冷却机冷却后送入仓库贮存和陈化，然后掺入高炉矿渣、石膏，一同磨粉制成水泥，窑气的SO2浓度一般为7%-9%，如果磷矿质量差，磷石膏中CaSO4•2H2O含量低，则窑气中SO2浓度将有所降低。窑气在制酸系统先经净化再补充适量空气，以调整窑气中SO2和O2的比例，然后入干燥塔，将净化干燥的窑气送入转化系统制成硫酸。
⑸ 制硫铵和碳酸钙
用磷石膏制硫铵和碳酸钙，是利用碳酸钙在氨溶液中溶解度比硫酸钙小很多，硫酸钙很容易转化为碳酸钙沉淀，溶液转化为硫铵溶液的原理。工艺过程为将磷石膏先经洗涤，真空过滤去掉杂质后，打成浆与氨及二氧化碳的混合气反应（或和碳酸钠的水溶液反应），制得硫酸铵与碳酸钙的浆料，用转筒式真空过滤器滤出碳酸钙，用于制水泥。过滤出的溶液蒸发浓缩后冷却结晶，离心分离，得到硫酸铵晶体。
国内早在20世纪70年代就进行了磷石膏制硫铵的试验 研究 ，并在80年代中期分别在安徽马鞍山采石化肥厂和四川德阳市化工厂建设了150t/d硫酸铵装置。磷石膏制硫铵的主要技术经济问题是硫酸铵的含氮量低，以单位N计的生产费用比尿素和硝酸铵要高得多。其次，硫酸铵作为一种氮肥并非农民所迫切需要，缺乏市场竞争力。
⑹ 制硫脲和碳酸钙
用磷石膏制硫脲和碳酸钙的主要工艺过程分4步：一是煤与磷石膏一起在高温炉中焙烧生成硫化钙；二是用硫化钙和水及硫化氢进行浸取，浸得20% 的硫氢化钙溶液；三是将一部分硫氢化钙溶液通过二氧化碳碳化，得硫化氢和碳酸钙，过滤得轻质碳酸钙，产生的硫化氢和滤液回到浸取工序；四是在另一部分硫氢化钙溶液中加入石灰氮，过滤，滤液冷却结晶合成硫脲。即磷石膏通过焙烧、浸取、置换、合成等工序可得到超细碳酸钙，并可利用多余硫化氢制高附加值的硫脲。该工艺可使废石膏中的钙、硫资源得到充分回收，回收率达95% 以上。该项技术已在巨化集团技术中心开发成功。如在生产中转化将产生良好的经济效益和社会效益。
⑺ 磷石膏制硫酸铵和硫酸钾铵、氮磷钾复合肥及氯化钙
磷石膏经漂洗净化除去漂浮物和可溶性杂质，将初步净化的磷石膏制成悬浮液并于其中通入氨水和二氧化碳，或者直接加入碳酸氢铵或碳酸铵。完成磷石膏到硫酸铵的转化后，过滤出碳酸钙。滤液进行浓缩得到产品硫酸铵，母液中仍含有大量硫酸铵，于其中加入氯化钾可生成硫酸铵和硫酸钾铵，硫酸钾铵的溶解度小于硫酸铵，过滤可得硫酸钾铵，在滤液中加入磷酸铵料浆经喷雾干燥可得氮磷钾复合肥。在前面过滤出的碳酸钙粗品中加入盐酸进行反应，生成氯化钙母液，过滤，滤液蒸发、结晶、干燥得氯化钙产品。
⑻ 制建筑胶材料
采用磷石膏-矿渣-氧化钙体系作为胶结料配方，且采用50% 磷石膏、40% 矿渣、10% 水泥，外掺2% 生石灰、1.5% 早强剂溶入拌合水后一起用搅拌机搅拌，然后浇注振动成型。通过调节胶结料与沙的比例，可以制备出不同力学性能的胶沙制品。
⑼ 加固软土地基
利用工业废渣磷石膏与水泥配合加固软土地基，其加固土强度可比纯用水泥加固成倍提高，且可节省大量水泥，降低固化剂的成本。特别是对单纯用水泥加固效果不好的泥炭质土，磷石膏的增强效果更加突出，从而拓宽了水泥加固技术适用的土质条件范围。因此，用工业废石膏与水泥配合加固软土地基能带来显著的技术经济和环境效益。
⑽ 在农业上的应用
磷石膏呈酸性，pH值一般在1-4.5，且含有作物生长所需的磷、硫、钙、硅、锌、镁、铁等养分，可以代替石膏改良碱土、花碱土和盐土，改良土壤理化性状及微生物活动条件，提高土壤肥力。在农业上的应用具体有改良土壤，如消除土壤表层硬壳、减轻土壤粘性、改良高镁土壤。还有作为硫肥和钙肥。多年来，国内一大批农科院所不断进行了磷石膏改良土壤的试验 研究 ，从江苏盐城的试验结果可以看出，用磷石膏改良土壤取得了肥用增产的明显效果。我国有5000万亩耕作碱土和5000万亩牧草碱土，按每4a施用1次为周期，每次每亩施用1t，则磷石膏的需要量就是100Mt.
⑾ 其他方面的应用
以磷石膏及硅酸钠为主要原料，采用化学方法，可制得活性硅酸钙。
活性硅酸钙与白碳黑相同，除大量用于橡胶、塑料制品的补强剂之外，在造纸、涂料（造纸涂料及化工涂料）、医药、油墨、农药等工业部门作为原料和添加剂均得到广泛应用。
随着工业技术的发展和人们环境保护意识的增强，过去被视为工业废物的磷石膏正在建材业、工业和农业方面得到越来越广泛的利用。利用磷石膏作水泥缓凝剂、生产硫酸联产水泥的工艺日臻成熟，利用磷石膏生产石膏建筑材料、硫酸钾、硫酸铵和碳酸钙的技术已进入工业化阶段。磷石膏还可用于制硫脲、氯化钙和复合肥、活性硅酸钙及做建筑胶材料、加固软土地基等。在农业上的应用也日趋广泛。可以预料在不久的将来，磷石膏将被视为重要的原料。
4、脱硫石膏
在2010年之后，我国每年将要排放近亿吨燃煤电厂烟气脱硫的副产品--脱硫石膏；同时每年还要排放与脱硫石膏同属化学石膏的磷石膏4000多万吨；这样即使全部化学石膏全部取代了天然石膏，仍可能有几千万吨的脱硫石膏和磷石膏无法利用。由此可见，如果不对化学石膏的处理技术加以创新、开拓新的用途，进行全面的综合利用，必定会造成二次污染。另外，脱硫石膏产出较均匀的分布特点，改变了原有的石膏产品生产地区远离消费地区的状况，这必然要打破原有的石膏产业分布格局；而脱硫石膏与天然石膏不同的物理形态，则使石膏生产设备发生革新；脱硫石膏的高品位特点，又促进了石膏产品的延伸发展；同时脱硫石膏又是被强制产出的，不加利用又污染环境，不同于天然石膏呈自然状态深埋地下，对环境没有影响，这样在发展循环经济、节能减排的政策推动下，脱硫石膏深加工产业必然是会超速发展；因此，一场石膏产业的大洗牌大发展开始了！而本文就是对脱硫石膏产业市场前景做出的系统 分析 。
虽然，脱硫石膏比天然石膏品位更高，前者取代后者完全可行；但由于两者的各项指标有一定的差异，造成两者深加工的设备有区别；因此，专门处理脱硫石膏的工艺和设备尚处发展前期。这样一方面是巨量的脱硫石膏排弃而得不到利用，只是将废气污染转化成废渣污染，酸化土壤和地下水；另一方面每年要开采数以千万吨的天然石膏，增加了资源和能源的消耗，破坏了开采地的生态环境。因此，要想把这些化学石膏真正的利用起来，变废为宝，不仅要大力推广现有石膏深加工产品；更要扩展其用途，才能完全吃掉这如此巨量的废渣；而扩展石膏的用途，前提条件是提高熟石膏粉的性能和性价比；如果要提高熟石膏粉的性能和性价比，现有技术还有差距，必须进行技术创新，才能够生产出一种性价比高的、能大量转化脱硫石膏的深加工产品来。
总之，脱硫石膏产出较均匀的分布特点，改变了原有的石膏产品生产地区远离消费地区的状况，这必然要打破原有的石膏产业分布格局；而脱硫石膏与天然石膏不同的物理形态，则使高强石膏生产设备发生重大革新；脱硫石膏的高品位特点，又促进了石膏产品的延伸发展；另外，脱硫石膏是被强制产出的，不加利用又污染环境，不同于天然石膏呈自然状态深埋地下，对环境没有影响，这样在发展循环经济、节能减排的政策推动下，脱硫石膏深加工产业必然是会超速发展。因此，一场石膏产业的大洗牌大发展开始了！那么在这次机会难得的石膏产业大洗牌中，谁先领悟和把握先机、谁掌握了先进的生产技术和设备（特别是高强石膏的）、谁垄断了我国东部地区即石膏产品主要消费地区的脱硫石膏资源，谁就会成为石膏产业新霸主。
5、氟石膏
氟石膏是用硫酸与氟石制取氟化氢的副产品，可以用来制作建筑材料，硫酸钙含量一般较高，可达到80%～90%，可用于水泥生产作为凝结时间调节剂使用。
氟石膏由于大多含有较高的氟，利用时必须进行净化处理，处理成本较高，全国每年约产生30万吨氟石膏，基本采用堆放的方式处理。
6、柠檬酸石膏
据统计每年约有100万吨左右的柠檬酸石膏产生，其二水硫酸钙含量均较，大多均在95%以上。由于其中的残留杂质为缓凝作用较强的有机酸和细菌，对石膏产品的生产、应用均有很大的影响，因此，除极少量经复杂的技术处理得以应用外，绝大部分均得不到应用，采用圈地堆放的方式进行处理。
7、钛石膏
钛石膏是用石灰中和处理由钛白粉生产排出的1%左右酸性废水而产生的，一吨钛白粉约产生5吨左右钛石膏，全国钛白粉产量40多万吨，这将产生200多万吨钛石膏。钛石膏的二水硫酸钙一般为70-85%，主要杂质为铁、铝、钛、铬。
可以预计硫石膏将成为化学石膏中产量最大，应用范围最广的一项品种。
第二节 近三年石膏的产能
中国石膏工业虽然起步较晚，基础较差，但发展很快，1995年石膏产量就猛增至2659万吨，超过美国，成为世界第一石膏消费大国。至2011年，全国石膏年生产6210万吨，2013年达到6990万吨。中国现有石膏开采矿山超过800个，年产量10万吨以上的大中型矿山近百个，其产量占总产量的46%，乡镇小型矿山产量约占总产量的54%。按生产方式分，露天开采约占30%，地下开采约占70%。在地下开采的石膏矿山中，因种种原因使平均回采率低于30%，得到优先开采的优质资源并未得到合理开发和有效利用，资源浪费严重。
图表 1 2011-2013年我国石膏产能状况
第三节 石膏的产业链 分析
一、石膏上游资源状况
天然石膏主要为无水和二水硫酸钙，即硬石膏和二水石膏。我国石膏矿产资源储量丰富，已探明的各类石膏总储量约为600亿吨，具世界首位，其中储量超过10亿吨的有10个省、市、自治区，依次是：山东、内蒙古、青海、湖南、湖北、宁夏、西藏、安徽、江苏和四川。
我国石膏资源虽然储量较大，但优质石膏资源的量很少，主要是普通石膏和硬石膏，硬石膏占石膏总量的60%以上。因此，我国同时又是石膏质量的穷国，优质石膏资源仅占资源总量的8%,纤维石膏储量占总储量的1.8%，部分矿点已过度开采而接近枯竭，部分矿点则由于大量的与低品位石膏矿石混杂而难以分离造成资源浪费。因此，在实际生产中，能够开采并有效利用的优质二水石膏资源较少。
二、石膏下游制品状况
石膏制品由于其优良的性能和能够与建筑业的发展要求相适应的自身特性，因此随着近年来我国经济的高速发展，人民生活水平的提高，建筑质量要求的提高，石膏制品产业得以迅速的发展，尤其石膏制品具有节能（是水泥能耗的20-30%）、节土、无污染、绿色环保的特性；用石膏产制品装饰或砌筑的建筑物，具有舒适、安全、优美、适用等特点。到目前为止，无论在品种上、质量上、装备上和生产技术上，都有了较快的发展，石膏产制品已成为一种种类齐全、性能优良、极有发展前途的新型轻质墙体材料。
建筑石膏制品特性有以下几个方面：
1） 凝结硬化快，具有较好的施工性能和较高的施工效率。
2） 轻质高强，可满足隔墙要求，且降低建筑物重量。
3） 导热系数与木材的平均导热系数相近 ，隔热性能好。
4） 防火性能好，石膏产制品为难燃材料,耐火极限较高，可达数小时。
5） 装饰性好，表面细腻平整，光洁度好，典雅美观。
6） 软化系数小， 制品可锯、可钉、可刨，便于施工。
7） 具有"呼吸"功能，可自动调节室内湿度，更适宜人的居住。
石膏制品是一种优质的绿色新型建筑墙体材料，目前根据市场的需求和技术的发展，已形成了种类齐全、市场空间较大、市场前景较好的系列石膏产制品。
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