石膏是一种单斜晶系矿物,其主要化学成分为水合硫酸钙(CaSO4·2H2O)。作为一种广泛应用的工业和建筑材料,石膏在近年来在我国得到了迅速发展,现已在国际石膏产业中位居美国、日本、加拿大和法国之后。特别是在石膏建材领域,行业持续保持高速增长,石膏建材产品越来越受到市场的青睐和社会的认可,应用范围也在不断扩大。
2018年我国各种石膏制品消耗石膏量
天然石膏的发展概况
根据2018年的数据,我国各类石膏制品的消耗量显著。中国的石膏矿产资源非常丰富,已探明的各类石膏总储量约为570亿吨,位居全球首位,分布在23个省、市、自治区。其中,储量超过10亿吨的省份有10个,依次为山东、内蒙古、青海、湖南、湖北、宁夏、西藏、安徽、江苏和四川,而东北和华东地区的石膏资源相对较少。
我国的石膏资源主要包括普通石膏和硬石膏,其中硬石膏占总量的60%以上。作为优质资源的特级和一级石膏,仅占总量的8%,而纤维石膏的比例更是仅为1.8%。因此,尽管中国是石膏储量大国,但优质石膏的储量却相对匮乏,实际可开采和有效利用的优质石膏资源比例更低。在天然石膏中,二水石膏的用途最为广泛,其有效成分为二水硫酸钙。不同用途对石膏原料的质量要求各异,高品位石膏多用于特种石膏产品的生产,如食品、医药、艺术品、模型和化工填料等;而二水硫酸钙含量低于60%的石膏矿则应用较少;含量高于60%的石膏矿则根据其成分的不同,广泛应用于建材和建筑等领域。
全球各国的石膏消费结构各不相同,发达国家的石膏深加工产品消费占比较大,其消费结构为:制成品占45%,水泥生产占45%,其他领域占10%。而发展中国家则更倾向于矿石的初级应用,依赖水泥工业,随着经济的发展,石膏制品的比重逐渐增加。在中国,84%的石膏用于水泥生产的缓凝剂。
我国石膏消费结构
近年来,我国石膏行业鼓励综合利用工业副产石膏作为原材料,同时对天然石膏的管理逐渐加强并限制开采。
工业副产石膏的发展概况
我国的工业副产石膏主要包括脱硫石膏、磷石膏、钛石膏、柠檬酸石膏、镍石膏、硼石膏、铬石膏等十几种。
脱硫石膏
脱硫石膏,又称为排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏,其主要成分与天然石膏相同,均为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O),含量达到93%以上。自2016年以来,我国脱硫石膏的利用率一直保持在75%以上,主要作为水泥的缓凝剂。2018年,我国脱硫石膏的产量约为71.6百万吨,综合利用量为54.0百万吨,利用率为75.4%。
在2010至2018年间,我国脱硫石膏的产量和利用情况显示,随着工业化进程的逐步放缓,未来脱硫石膏的产量预计将趋于稳定。对于企业而言,提前布局资源丰富的地区、扩大生产能力以及发挥规模优势显得尤为重要。
2018年脱硫石膏主要生产行业及其产量
数据来源:公开资料整理
磷石膏
磷石膏是指在生产磷酸的过程中,通过硫酸处理磷矿而产生的固体废弃物。目前,国内对磷石膏的利用途径较为广泛,主要集中在建筑材料、工业和农业三个领域。图片来源:贵州磷化集团
在建筑材料行业,磷石膏主要用作水泥缓凝剂、混凝土膨胀剂以及α或β型建筑石膏粉等。
2016年我国磷石膏各种利用途径占比
其中,水泥缓凝剂的应用占据了最大的比例。2018年,我国的磷石膏产量约为7800万吨,综合利用量为3100万吨,综合利用率为39.7%。近年来,磷石膏的综合利用率逐年上升,但整体水平仍然较低。
2010-2022年我国磷石膏产量、利用情况及预测 柠檬酸石膏
柠檬酸石膏是柠檬酸生产过程中,沉淀型柠檬酸钙与硫酸反应生成的富含二水硫酸钙的副产品。在柠檬酸的生产中,需要对副产的柠檬酸石膏进行质量控制,其质量等级分为一级和二级,低于二级的则为等外品。柠檬酸石膏中不得含有活性炭和可见的外来杂质(如砖石、塑料、玻璃等)。
柠檬酸石膏的技术要求
目前,我国每年排放的柠檬酸石膏约为70万吨。由于柠檬酸石膏具有较高的水分吸附能力、细小的颗粒、较大的粘度、良好的白度和高品位,但同时也含有一定量的杂质,尤其是少量的柠檬酸和柠檬酸盐(对建筑石膏有显著的缓凝作用),与天然石膏、脱硫石膏、磷石膏和氟石膏等存在显著差异。长期以来,柠檬酸石膏未能得到有效利用,主要作为废弃物堆放,严重污染环境,这已成为柠檬酸生产企业亟待解决的问题。
钛石膏
钛石膏是通过硫酸法生产钛白粉时,为了处理酸性废水而加入石灰(或电石渣)中和大量酸性废水所产生的,以二水石膏为主要成分的工业废渣。目前,钛石膏仅有少量用于复合胶结材料和外加剂,大部分钛石膏尚未得到有效利用。
目前,我国的脱硫石膏和磷石膏的产量占工业副产石膏总产量的80%以上,而钛石膏、柠檬酸石膏、镍石膏、硼石膏和铬石膏等工业副产石膏的产量和利用率均较低。根据立木信息咨询发布的《中国工业副产石膏市场深度调研与预测报告(2018版)》显示,目前我国工业副产石膏的年产生量约为1.18亿吨,综合利用率仅为38%。其中,脱硫石膏约4300万吨,综合利用率约56%;磷石膏约5000万吨,综合利用率约20%;其他副产石膏约2500万吨,综合利用率约40%。
纸面石膏板的发展概况
纸面石膏板是以建筑石膏为主要成分,结合适量的添加剂和纤维制成的板芯,外覆特制的板纸,通过加工工艺制成的建筑材料。该材料具有轻质、高强度、薄厚适中、隔音、绝热和防火等优良特性,广泛应用于住宅、办公楼、商场、酒店和厂房等多个建筑领域。作为一种新型建筑材料,纸面石膏板符合当前循环经济和绿色建筑的发展趋势,在国家政策的支持下,产业规模迅速扩大。
目前,中国已成为全球最大的纸面石膏板生产和消费国。2018年,石膏建材行业的总产值约为400亿元,其中纸面石膏板占比超过60%。全国纸面石膏板的年产量达到3.32亿平方米,拥有60条年产能力在3000万平方米以上的生产线,以及约120条年产能力在3000万平方米以下的生产线,平均生产线产能约为2000万平方米每年(相比之下,英国的平均产能约为2900万平方米每年,美国为4000万至4500万平方米每年)。目前,纸面石膏板的产品种类已发展到20多种,包括耐水纸面石膏板、耐火石膏板、保温纸面石膏板、石膏吸音板、石膏天花装饰板和石膏复合板等。
尽管中国是纸面石膏板的主要生产国,但在全球范围内并不算强国。国外的石膏应用主要集中在纸面石膏板的生产上,通常占石膏消耗量的70%至80%,而我国的石膏消耗中仅约20%用于纸面石膏板的生产。与欧洲、美国和日本等发达国家相比,我国的人均消费量仍显不足。
2018年部分国家纸面石膏板人均使用量
在2017年,我国纸面石膏板行业的产能达到了45亿平方米,全年产量为34.4亿平方米,较2016年增长了17%。随着我国经济的持续稳定增长,基础设施建设和房地产行业的蓬勃发展,市场需求的提升为纸面石膏板行业带来了巨大的发展潜力。
其它石膏制品的发展概况
抹灰石膏
抹灰石膏作为一种历史悠久的建筑材料,已经经历了上万年的应用与演变,展现了其顽强的生命力。尤其是在过去50至60年间,干混砂浆技术的迅速发展以及各种配方和施工技术的进步,使得抹灰石膏迎来了新的发展机遇。特别是随着抹灰石膏憎水技术的进步,其耐水性能得到了显著提升,预计在室内装饰装修中将得到更广泛的应用。到2018年,国内抹灰石膏的使用量已达到280万吨,预计到2022年实际需求量将增至610万吨。
2010—2022年国内抹灰石膏用量及发展预测
高强石膏
α型高强石膏因其优良的力学性能、工作性能、环保性能和生物性能,广泛应用于精密铸造、高端建材、工艺美术、医疗、航空和船舶等多个领域。2018年,我国高强石膏的产能约为300万吨,其中α高强石膏的产能为60万吨。
近年来,国内企业积极投入研发利用工业副产石膏生产高强石膏,特别是采用水热法制备高强石膏的研究取得了显著进展。预计到2020年,α高强石膏的产量将达到307万吨。
2012—2022年我国α高强石膏产量及预测
小结
在过去十年中,我国石膏建材行业经历了显著的变化,最为重要的是原料供应的转变,从以天然原料为主转向以工业副产石膏为主,且这一变化速度极快。根据美国矿业的预测,未来几年全球石膏需求将以每年2.5%的速度增长,预计到2030年,全球石膏需求量将达到3亿吨。
尽管行业发展迅速且潜力巨大,但在发展过程中也面临诸多问题。整体发展不均衡,部分地区出现产能过剩;装备水平普遍较低,产品质量不高,生产能耗较大;行业内企业数量众多且规模普遍较小,低价竞争现象严重,高附加值产品匮乏,行业整体呈现出小、散、乱的局面,亟需进行结构调整和产业升级。
来源:中国粉体网