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石膏是一種單斜晶系礦物,其主要化學成分為水合硫酸鈣(CaSO4·2H2O)。作為一種廣泛應用的工業和建筑材料,石膏在近年來在我國得到了迅速發展,現已在國際石膏產業中位居美國、日本、加拿大和法國之后。特別是在石膏建材領域,行業持續保持高速增長,石膏建材產品越來越受到市場的青睞和社會的認可,應用范圍也在不斷擴大。
天然石膏的發展概況
根據2018年的數據,我國各類石膏制品的消耗量顯著。中國的石膏礦產資源非常豐富,已探明的各類石膏總儲量約為570億噸,位居全球首位,分布在23個省、市、自治區。其中,儲量超過10億噸的省份有10個,依次為山東、內蒙古、青海、湖南、湖北、寧夏、西藏、安徽、江蘇和四川,而東北和華東地區的石膏資源相對較少。
我國的石膏資源主要包括普通石膏和硬石膏,其中硬石膏占總量的60%以上。作為優質資源的特級和一級石膏,僅占總量的8%,而纖維石膏的比例更是僅為1.8%。因此,盡管中國是石膏儲量大國,但優質石膏的儲量卻相對匱乏,實際可開采和有效利用的優質石膏資源比例更低。在天然石膏中,二水石膏的用途最為廣泛,其有效成分為二水硫酸鈣。不同用途對石膏原料的質量要求各異,高品位石膏多用于特種石膏產品的生產,如食品、醫藥、藝術品、模型和化工填料等;而二水硫酸鈣含量低于60%的石膏礦則應用較少;含量高于60%的石膏礦則根據其成分的不同,廣泛應用于建材和建筑等領域。
全球各國的石膏消費結構各不相同,發達國家的石膏深加工產品消費占比較大,其消費結構為:制成品占45%,水泥生產占45%,其他領域占10%。而發展中國家則更傾向于礦石的初級應用,依賴水泥工業,隨著經濟的發展,石膏制品的比重逐漸增加。在中國,84%的石膏用于水泥生產的緩凝劑。
近年來,我國石膏行業鼓勵綜合利用工業副產石膏作為原材料,同時對天然石膏的管理逐漸加強并限制開采。
工業副產石膏的發展概況
我國的工業副產石膏主要包括脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏、檸檬酸石膏、鎳石膏、硼石膏、鉻石膏等十幾種。
脫硫石膏
脫硫石膏,又稱為排煙脫硫石膏、硫石膏或FGD石膏,其主要成分與天然石膏相同,均為二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O),含量達到93%以上。自2016年以來,我國脫硫石膏的利用率一直保持在75%以上,主要作為水泥的緩凝劑。2018年,我國脫硫石膏的產量約為71.6百萬噸,綜合利用量為54.0百萬噸,利用率為75.4%。
在2010至2018年間,我國脫硫石膏的產量和利用情況顯示,隨著工業化進程的逐步放緩,未來脫硫石膏的產量預計將趨于穩定。對于企業而言,提前布局資源豐富的地區、擴大生產能力以及發揮規模優勢顯得尤為重要。
2018年脫硫石膏主要生產行業及其產量
磷石膏
磷石膏是指在生產磷酸的過程中,通過硫酸處理磷礦而產生的固體廢棄物。目前,國內對磷石膏的利用途徑較為廣泛,主要集中在建筑材料、工業和農業三個領域。
在建筑材料行業,磷石膏主要用作水泥緩凝劑、混凝土膨脹劑以及α或β型建筑石膏粉等。
其中,水泥緩凝劑的應用占據了最大的比例。2018年,我國的磷石膏產量約為7800萬噸,綜合利用量為3100萬噸,綜合利用率為39.7%。近年來,磷石膏的綜合利用率逐年上升,但整體水平仍然較低。
檸檬酸石膏
檸檬酸石膏是檸檬酸生產過程中,沉淀型檸檬酸鈣與硫酸反應生成的富含二水硫酸鈣的副產品。在檸檬酸的生產中,需要對副產的檸檬酸石膏進行質量控制,其質量等級分為一級和二級,低于二級的則為等外品。檸檬酸石膏中不得含有活性炭和可見的外來雜質(如磚石、塑料、玻璃等)。
目前,我國每年排放的檸檬酸石膏約為70萬噸。由于檸檬酸石膏具有較高的水分吸附能力、細小的顆粒、較大的粘度、良好的白度和高品位,但同時也含有一定量的雜質,尤其是少量的檸檬酸和檸檬酸鹽(對建筑石膏有顯著的緩凝作用),與天然石膏、脫硫石膏、磷石膏和氟石膏等存在顯著差異。長期以來,檸檬酸石膏未能得到有效利用,主要作為廢棄物堆放,嚴重污染環境,這已成為檸檬酸生產企業亟待解決的問題。
鈦石膏
鈦石膏是通過硫酸法生產鈦白粉時,為了處理酸性廢水而加入石灰(或電石渣)中和大量酸性廢水所產生的,以二水石膏為主要成分的工業廢渣。目前,鈦石膏僅有少量用于復合膠結材料和外加劑,大部分鈦石膏尚未得到有效利用。
目前,我國的脫硫石膏和磷石膏的產量占工業副產石膏總產量的80%以上,而鈦石膏、檸檬酸石膏、鎳石膏、硼石膏和鉻石膏等工業副產石膏的產量和利用率均較低。根據立木信息咨詢發布的《中國工業副產石膏市場深度調研與預測報告(2018版)》顯示,目前我國工業副產石膏的年產生量約為1.18億噸,綜合利用率僅為38%。其中,脫硫石膏約4300萬噸,綜合利用率約56%;磷石膏約5000萬噸,綜合利用率約20%;其他副產石膏約2500萬噸,綜合利用率約40%。
紙面石膏板的發展概況
紙面石膏板是以建筑石膏為主要成分,結合適量的添加劑和纖維制成的板芯,外覆特制的板紙,通過加工工藝制成的建筑材料。該材料具有輕質、高強度、薄厚適中、隔音、絕熱和防火等優良特性,廣泛應用于住宅、辦公樓、商場、酒店和廠房等多個建筑領域。作為一種新型建筑材料,紙面石膏板符合當前循環經濟和綠色建筑的發展趨勢,在國家政策的支持下,產業規模迅速擴大。
目前,中國已成為全球最大的紙面石膏板生產和消費國。2018年,石膏建材行業的總產值約為400億元,其中紙面石膏板占比超過60%。全國紙面石膏板的年產量達到3.32億平方米,擁有60條年產能力在3000萬平方米以上的生產線,以及約120條年產能力在3000萬平方米以下的生產線,平均生產線產能約為2000萬平方米每年(相比之下,英國的平均產能約為2900萬平方米每年,美國為4000萬至4500萬平方米每年)。目前,紙面石膏板的產品種類已發展到20多種,包括耐水紙面石膏板、耐火石膏板、保溫紙面石膏板、石膏吸音板、石膏天花裝飾板和石膏復合板等。
盡管中國是紙面石膏板的主要生產國,但在全球范圍內并不算強國。國外的石膏應用主要集中在紙面石膏板的生產上,通常占石膏消耗量的70%至80%,而我國的石膏消耗中僅約20%用于紙面石膏板的生產。與歐洲、美國和日本等發達國家相比,我國的人均消費量仍顯不足。
在2017年,我國紙面石膏板行業的產能達到了45億平方米,全年產量為34.4億平方米,較2016年增長了17%。隨著我國經濟的持續穩定增長,基礎設施建設和房地產行業的蓬勃發展,市場需求的提升為紙面石膏板行業帶來了巨大的發展潛力。
其它石膏制品的發展概況
抹灰石膏
抹灰石膏作為一種歷史悠久的建筑材料,已經經歷了上萬年的應用與演變,展現了其頑強的生命力。尤其是在過去50至60年間,干混砂漿技術的迅速發展以及各種配方和施工技術的進步,使得抹灰石膏迎來了新的發展機遇。特別是隨著抹灰石膏憎水技術的進步,其耐水性能得到了顯著提升,預計在室內裝飾裝修中將得到更廣泛的應用。到2018年,國內抹灰石膏的使用量已達到280萬噸,預計到2022年實際需求量將增至610萬噸。
高強石膏
α型高強石膏因其優良的力學性能、工作性能、環保性能和生物性能,廣泛應用于精密鑄造、高端建材、工藝美術、醫療、航空和船舶等多個領域。2018年,我國高強石膏的產能約為300萬噸,其中α高強石膏的產能為60萬噸。
近年來,國內企業積極投入研發利用工業副產石膏生產高強石膏,特別是采用水熱法制備高強石膏的研究取得了顯著進展。預計到2020年,α高強石膏的產量將達到307萬噸。
小結
在過去十年中,我國石膏建材行業經歷了顯著的變化,最為重要的是原料供應的轉變,從以天然原料為主轉向以工業副產石膏為主,且這一變化速度極快。根據美國礦業的預測,未來幾年全球石膏需求將以每年2.5%的速度增長,預計到2030年,全球石膏需求量將達到3億噸。
盡管行業發展迅速且潛力巨大,但在發展過程中也面臨諸多問題。整體發展不均衡,部分地區出現產能過剩;裝備水平普遍較低,產品質量不高,生產能耗較大;行業內企業數量眾多且規模普遍較小,低價競爭現象嚴重,高附加值產品匱乏,行業整體呈現出小、散、亂的局面,亟需進行結構調整和產業升級。