循环经济实践，看磷石膏如何“绿色转身”
工业生产废弃物的利用是社会实现循环经济的一大难题。通常，与天然产物相比，生产废弃物的质量较低。有时，会产生高纯度材料，但其中可能含有各种有害物质，例如重金属、放射性元素或有机化学物质，这些污染物往往会限制材料的进一步应用。磷石膏 (PG) 就是这样一种积累了数十年的物质。从变质岩中提取肥料会产生大量的磷石膏。迄今为止，PG一直堆积在生产工厂附近的大型堆场中，对周边环境造成了污染。然而，磷石膏的化学成分使其成为一种高纯度的人造石膏材料，这意味着它可以作为石膏基材料生产的替代或补充材料。由于立法和社会普遍存在的偏见，人们对其杂质的担忧严重限制了其应用。来自拉脱维亚里加工业大学的Diana Bajare教授及其团队在一项综述中，回顾了当前有效利用磷石膏的研究实践，并分析了循环经济的重要性，提出了对当前最先进的磷石膏应用技术的生命周期评估。
循环经济与石膏需求
循环经济旨在从“获取-制造-废弃”的线性模式转向资源优化利用。石膏作为一种可无限回收的传统建筑材料，其产业规模庞大，但消费量巨大也导致了大量的石膏建筑废弃物。这些废弃物在填埋场中会产生硫化氢，引发环境问题。因此，欧盟设定了回收70%石膏建筑废弃物的目标。目前，回收石膏已能成功替代超过30%的天然石膏用于生产新石膏板，且生产能耗降低65%。然而，未来欧盟预计将出现“石膏缺口”，这为磷石膏等其他石膏废料的回收利用提供了迫切的市场机遇。
磷石膏的双重属性
磷石膏是磷肥工业的副产品，由硫酸处理磷矿产生，每年约产生3亿吨，目前全球累计堆存量约60亿吨，且数量仍在持续增长。目前其回收率仅为15%左右，绝大部分被堆存或倾倒入海，存在化学物质浸出和放射性污染等严重环境风险。利用率低的关键在于其含有的“杂质”：可溶性磷酸盐、氟化物，以及来自原料磷矿石的天然放射性核素。这些成分不仅会影响以其为原料的建材性能，更带来了健康和安全担忧，成为其资源化之路上的“拦路虎”。
磷石膏的资源化路径
1、变身建材粘结剂：通过热处理将二水磷石膏转化为半水石膏，并借助添加剂改善其性能，可制备出力学性能优良的粘结剂，其抗压强度范围宽广。此类材料可用于生产高附加值产品，例如保温材料和防火材料。
2、制成建筑砌块与板材：采用“水化-重结晶”和“两步水化”等创新工艺，通过压制成型可生产出高强度的磷石膏砌块和板材，其抗压强度最高可达29 MPa，媲美混凝土，且部分配方无需水泥，更为生态。压制成型可以提高PG产品的力学性能，在建筑产品中具有推广应用价值。
3、打造生物复合材料：将磷石膏与农业废弃物大麻碎料结合，可开发出低密度、保温性能优良且具有负碳潜力的生物复合材料，例如磷石膏-大麻混凝土，但其偏酸性的环境易于霉菌快速生长，必须进行防水或杀菌处理，或通过添加石灰等碱性材料来调节其pH值。不过在防火性能方面，与商业石膏相比，磷石膏因其杂质可能具备更高的吸水特性，反而展现出略微更优的防火性能。
4、配置三元体系粘结剂：由磷石膏、偏高岭土和波特兰水泥组成的三元体系粘结剂，展现出卓越的性能，抗压强度高达88 MPa，并可制备轻质高强的泡沫材料，这种方法代表了一种切实可行且可持续的解决方案，可减少废物处理对环境的影响。
生命周期评估的验证
通过生命周期评估对比不同磷石膏应用方案的二氧化碳排放发现，用磷石膏替代传统材料能显著减少碳足迹。例如，在生物复合材料中替代石灰，可减少0.61 kg CO₂ eq/1 kg。计算出的磷石膏二氧化碳减排效率显示，其在三元粘结剂中应用效率最高。评估还表明，部分含有生物质的磷石膏基复合材料甚至具备实现净负碳排放的潜力，凸显了其环境效益。
挑战与展望
磷石膏是磷肥工业的副产品，它既带来了环境挑战，也带来了回收利用的机遇。由于磷石膏与镭、铀和钍等天然放射性元素有关，因此妥善管理磷石膏至关重要，以最大限度地减少辐射暴露和环境污染。应遵循监管指南和磷石膏规范，以确保PG的安全处理、储存和处置。磷石膏的有效回收和利用可带来显著的环境、经济和社会效益，包括减少废物产生、节约资源和促进可持续发展。通过实施创新技术和实践，并促进利益相关方之间的合作，可以充分发挥磷石膏的潜力，促进更具循环性和韧性的经济。回收和利用磷石膏有助于减少废物，节约资源，因为它可以重新利用工业过程的副产品。这通过最大限度地减少废物产生并最大限度地提高二次资源的价值，支持了循环经济原则。磷石膏在各种应用中为天然石膏提供了可持续的替代品；其丰富性、成本效益、营养成分和废物利用潜力都值得充分利用。然而，需要适当的管理和监管，以解决与其利用相关的环境和健康问题。
来源：Recycling 期刊
本网站对转载、分享、陈述、图片、观点保持中立，图片文字均来自网络，目的仅在于传递更多消息。版权归原作者。有版权方面不当之处，欢迎回消息告知删稿事宜，本网站将尽快处理。谢谢!
