每生产1吨磷酸，会产生4到5吨磷石膏。每年我国产生约8亿吨磷石膏，综合利用率只有40%左右。目前全世界工业副产石膏的累积堆存量更是超过60亿吨，综合利用率却不足5%，产业利用率则更低。如何移走这些堆积的“渣山”，破解这道世界级难题破题，将磷石膏吃干榨净?
近日，在贵州省一个依山傍水的县城，《中国化工报》记者实地探访了贵州磷化集团(以下简称贵州磷化)一条无水石膏包装箱生产线，收获了破解行业难题的又一个新解。
高精度(互锁式)石膏砌块成品
势在必行 政策推动磷石膏治理
今年4月初，工信部等七部门联合印发《磷石膏综合利用行动方案》(以下简称《方案》)，明确提出要深入推动工业副产石膏资源的减量化、无害化、资源化，提升其综合利用水平。
现实情况如何呢?
“现在业界对磷石膏的综合利用程度非常有限，主要采用堆放的形式处理，浪费了大量土地资源。”华南理工大学副教授黄照夏告诉记者说，磷石膏对环境的破坏能力不可小觑，随意排放、长期堆存磷石膏都会对环境造成严重的污染。
为提升磷资源可持续保障能力和高效高值利用水平，我国政府持续发力，出台多个政策。
早在2011年，工信部就发布了《关于工业副产石膏综合利用的指导意见》，为磷石膏在内的工业副产石膏指明了资源化和综合利用的发展方向；2019年10月24日，财政部、国家税务总局联合发布《关于资源综合利用增值税政策的公告》，将水泥添加剂、建筑石膏、α型高强石膏、Ⅱ型无水石膏等磷石膏综合利用产品纳入享受增值税即征即退70%优惠政策范畴；2023年年底，工信部等八部门联合印发《推进磷资源高效高值利用实施方案》提出到2026年，新增磷石膏无害化处理率达到100%。
今年，工信部等七部门再次联合印发《方案》，强调要推进磷石膏源头减量、综合利用量效齐增，力争2026年磷石膏综合利用率达到65%，综合消纳量与产生量实现动态平衡……在云贵川鄂皖等地打造10个磷石膏综合利用特色产业基地。
作为磷化工大省，贵州在践行“磷石膏源头减量”方面早早走在了国内前列。2018年，贵州首创“以渣定产”政策，要求磷化工企业“谁排渣谁治理、谁利用谁受益”，将磷石膏产生企业消纳磷石膏情况与磷酸等产品生产挂钩，倒逼企业提高资源利用率，催生了新型建筑材料等新产业。2023年7月，贵州省委十三届三次全会又再次创造性地提出“富矿精开”理念，推动原材料向终端消费品转变，低端产品向高端产品转变，粗加工产品向精深加工产品转变，以最少的资源消耗，换取最大的经济效益、生态效益、安全效益和社会效益。这也正与《方案》中“鼓励有条件地区因地制宜推行‘以渣定产’等模式，推动产生磷石膏的重点企业‘一企一策’制定综合利用方案”的要求不谋而合，甚至领先一步。
“虽然‘以渣定产’对企业带来一定的压力，但这样的倒逼机制也将推动磷化工企业进一步实现绿色转型。”贵州磷化党委书记、董事长何光亮接受记者采访时表示，在政府的积极推动下，企业也逐渐开始思考磷石膏的无害化处理与资源化利用新路径。
前赴后继 磷石膏从废品变产品
长江流域是我国“三磷”(磷矿、磷化工企业、磷石膏库)的主要分布区域。据统计，湖北、贵州、云南、四川4省磷矿石和磷肥产量分别占长江经济带产量的96.7%和90.8%。
地处湖北的兴发集团实施了磷石膏源头提质、规模化消纳技术及集成示范项目，中低品位硅钙质胶磷矿绿色高效利用及耦合制备高质磷化产品技术项目等，通过磷石膏源头提质、无害化处置和资源化利用研发与示范推广，重点破解了胶磷矿杂质种类多、赋存状态复杂，磷石膏处置难度极大的难题，实现了“产—消—用”动态平衡。
在贵州，贵州磷化以新型石膏绿色建材产供销体系消纳磷石膏，2019年消纳磷石膏650余万吨，建成纸面石膏板、石膏砂浆、砌块、条板、石膏模盒等适应市场需求的磷石膏综合利用产能，对应可处理300多万吨磷石膏，已成为贵州省磷石膏建材产品规模最大、产品齐全的综合利用企业。
位于云南的云天化湿法磷酸年产能217万吨，每年产磷石膏约为1000万吨。该公司积极开展“产学研用”，与云南农业大学合作共同攻关磷石膏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。
在四川，四川龙蟒磷化工有限公司投资4.75亿元建设磷石膏综合利用升级改造工程项目；与西南科技大学合作建成国内第一套磷净化石膏工程化装置，成功提升磷石膏的纯度、白度，降低了杂质含量，可用于生产α型高强石膏粉，进而生产石膏砂浆、石膏砌块等优质石膏建材产品。
回顾我国企业研究磷石膏“变废为宝”的历史，自20世纪90年代起，山东鲁北集团建成国内首套磷石膏制硫酸联产水泥装置，使其逐渐成为磷石膏大规模应用的主要方式，相关技术迅速发展，现在国内最大的贵州磷化装置已达到每年消耗磷石膏140万吨、生产硫酸60万吨和水泥80万吨的规模。与此同时，水泥缓凝剂、石膏砂浆、建筑装饰材料、石膏条板等都已成为磷石膏利用的重要场景。可以说，目前国内磷石膏综合利用已初见成效。
但是，面对6亿吨的堆存量和7500万吨的年产生量，每年3000多万吨的使用量还是显得杯水车薪。
黄照夏对记者说，当前磷石膏综合利用的方式和渠道都很有限，比较成熟的石膏砂浆、石膏建材、路基材料等产品都在走量大、低值的路线，更多是实现固废处理意义上的“不亏”，高值高效利用渠道仍然开发不足。随着房地产的“降温”，受运输成本影响，建材产品市场每况愈下，探索磷石膏应用新路径成为业内共同关注的焦点。
无水石膏箱和普通纸箱在泡水后的对比
曙光再现 磷石膏高分子材料面世
“这样东西我足足找了15年。”在位于贵阳息烽县的贵州磷化无水石膏中空板车间，武汉现代精工机械股份有限公司董事长詹志勇触摸着以磷石膏为原料制成的板材实物说。
在当今的包装市场，瓦楞纸和塑料是当之无愧的“统治者”，产值合计高达4000亿元。但只有身处行业当中的人才知道，面对多变的运输环境和贵重的被包装物，纸箱脆弱不防水、塑料价高不环保，要找到一种性能好、产量大、成本低、绿色环保的包装材料难之又难。
贵州年丰制品有限公司副总经理梁志鸣就谈到：“现在在水果生鲜快递行业，最注重的就是防水性。目前为止无论纸箱的原材料用得再好，都不可能做到100%防水。所以，当我看到贵州磷化无水石膏包装箱完全浸没到水缸后，不仅外形依然坚硬、甚至还可以负担一个成年人体重的强度时，我感受到巨大的冲击。”
作为詹志勇与贵州磷化的牵线人，贵州一元控股(集团)有限公司董事长骆东伟对无水石膏充满信心：“磷石膏本质是硫酸钙，它的层状结构决定了性能会优于球状结构的碳酸钙。我们现在就是瞄准上下游已经打通的碳酸钙产业链，争取以价格更低的磷石膏(硫酸钙)实现替代，抢占市场。”
下游有需求，上游有原料，二者一拍即合。贵州磷化仅用时58天，就实现了全国首条年产2.5万吨无水石膏母粒及包装箱中试装置项目的投产，率先携磷石膏进军高分子领域。
对待磷石膏，企业不应满足于“清废”，更应有敢于追求盈利的野心。何光亮对记者说：“在资源有限的前提下，谁效率高，谁收益就高，这是我们做企业的最底层逻辑。磷石膏作为副产物也是一种资源，我们需要去思考如何把它变成一个高值高效的产业。”
2023年8月，贵州本地品牌的酸辣粉成为无水石膏包装箱的第一个用户。“我们的无水石膏包装箱不仅成本低，而且经过权威机构严格检测，符合国标及欧盟、美国等对食品外包装的安全标准，在替代传统瓦楞纸箱上质优价廉。”贵州磷化绿色环保产业有限公司董事长陈忠华介绍说，“而且每生产1吨无水石膏包装箱，便可减少0.8至1.1吨树木的砍伐，不产生污水，既经济又环保。”
“无水磷石膏的出现确实大大降低了包装产品的成本。”詹志勇在现场给记者算了一笔账：“原来我们使用的碳酸钙母粒吨成本大约是500元，算上运输、包装，吨成本还要增加600元以上，而无水石膏粉料一步法直接生产包装箱，原料吨成本大约是600元，配方吨成本不超过3000元，实际板材的吨成本只有3600元左右。只要不是与回收纸箱竞争，无水石膏中空板及包装箱对比其他品种的包材都是具有绝对优势。”
谈起这桩跨行业的合作，他感叹自己与磷化结缘的幸运：“其实外面的硫酸钙原料是卖得很贵的，尤其是白度高、细度好的产品，1吨就要几千元，所以我们以前研究产品改良时从未考虑过使用这个材料。当贵州磷化把自己的磷石膏粉拿给我们试验时，我们非常惊喜。像今年恰是美国、加拿大等国的大选年，我们出口的宣传板材量非常大，可以预想到这方面的利润和市场都将极大的增长。”
“亲眼见证无水石膏包装箱性能的那一刻，我就想好了如何解决包装行业现在的行业难题，以及接下来应该往哪个方向走。”梁志鸣也表示：“我们工厂在贵州省的市场占有率较高，覆盖了农夫山泉、娃哈哈等饮料食品以及顺丰、天猫、京东等公司客户，包装量大，应对下雨或者气候强烈变化的需求多。如果未来我们能和贵州磷化促成合作，相信也可以在一定程度上解决我们包装行业客户的痛点。”
强化合作 高效率赢得高效益
“我们需要清醒地认识到，资源是有限的，研究如何提高效率是必要的。不是只有磷才是资源，磷矿石萃取后剩余的部分、磷化工生产过程中的副产品也都是资源。”何光亮说，“凡是资源，都需要我们去思考如何高效利用，令其产生价值。”
磷石膏资源综合利用的前提是，磷石膏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。
针对现有磷石膏综合利用产品高值化不足的现状，黄照夏分析认为主要有3个原因：一是现有加工技术不足，加工过程能耗高，高分子材料的成型加工技术不能够满足磷石膏的绿色循环利用；二是磷石膏与高分子的复合材料难度高，磷石膏含量的上升会造成材料力学性能的大幅度下降；三是现成的磷石膏填充高分子复合材料品质较差。
“基于以上思考，我们认为实现磷石膏的高值化利用，当务之急是开发新型的绿色加工方法。”黄照夏说，在瞿金平院士的带领下，团队开发出振动剪切形变塑化加工技术和体积拉伸形变塑化输运技术，突破了百年来高分子材料加工技术以“螺旋”为标志的发展模式。据他介绍，未来，团队将通过瞿金平院士贵州磷化联合实验室项目，共同深入研究磷石膏功能母粒开发技术及装备、高含磷石膏功能薄膜吹塑成型技术、聚烯烃/磷石膏复合中空格子板先进制造技术、矿渣矿浆用超高分子量聚乙烯输运管道高效成型技术及装备，为企业磷石膏高值利用产业化增加竞争优势。
除了进军高分子领域、开发新产品外，正如《方案》所强调的，要提高现有途径利用规模。在此方面，以贵州磷化为代表的磷化工企业也已经有所行动。
在贵州磷化位于贵州省息烽县的工业园区里，一堆形状各异、如积木般堆积起来的石膏块吸引了记者的注意。贵州磷化绿色环保产业有限公司总经理杨永斌介绍说，这种高精度无水石膏砌块就主打“高效”二字。“我们创新地将石膏砌块做成几种不同的形状，使工人安装时就像对照图纸搭积木一样，不需要专门的技术也可以砌好一面墙，而且精度可以达到‘垂二平二’。”杨永斌说，“对标蒸压轻质混凝土板(ALC)，我们的装配式建筑单体可以从人工装备率方面每平方米为业主节省50元。”
对此，陈忠华表示，无论是无水石膏包装箱还是高精度砌块，两种产品都是贵州磷化践行《方案》的生动体现。“国家在顶层设计方面给予企业很多支持，贵州省委、省政府还有各地州市出台的若干政策也帮助我们提高工业副产石膏的周转率。我们能坚持做创新，离不开多方支持。”陈忠华表示，希望能与更多行业内外的伙伴加强合作，抓住机会、实现共赢。
“我也欢迎贵州磷化加入我们包装行业，利用新研发的无水石膏包装箱，与现有包装产品互补提升，共同为包装下游客户提供更优质的解决方案。”中国包装联合会副秘书长胡正阳表示，立足包装行业客户的角度，建议贵州磷化下一步强化对于产品全生命周期的管理，早做谋划，发展循环经济如包装箱的回收复用等，使工业副产石膏资源化利用更具可持续性。
“我经常说企业的使命就是善用资源，造福人类。自然界可供开采的资源是有限的，应对磷石膏资源化利用这个世界级难题，我们要主动作为、直面挑战，把问题解决好；要整合社会上多方的资源和优势，依靠集体智慧将工业副产石膏资源化利用事业做大做强，为磷化工行业破解磷石膏治理难题再献一策，助力磷化工产业高质量、绿色可持续发展。”何光亮告诉记者。
(图片由刘莎拍摄)
链接
《磷石膏综合利用行动方案》(节选)
推动磷石膏源头减量
● 优化磷矿开采洗选工艺
● 强化磷酸生产过程管理
● 加强磷石膏无害化处理
推进磷石膏综合利用量效齐增
● 提高现有途径利用规模
● 开拓资源化利用新场景
● 推动磷石膏高值化利用
● 提升磷石膏制品质量
● 促进耦合发展与协同利用
夯实综合利用产业发展基础
● 加快技术创新和产业化应用
● 加强示范企业培育和示范基地建设
● 完善标准体系
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