磷石膏污染地图：长江流域三省成“热点”，管理策略何在？
摘要：我国磷石膏产生区域高度集中，主要分布在长江流域，特别是湖北、云南和贵州三省，这些地区既是磷矿资源富集区，也是磷化工产业聚集地。磷石膏的特征污染物为氟化物和总磷，其利用处置对于长江经济带高质量发展具有至关重要的作用。本文综述了我国磷石膏产生利用与污染现状，并着重阐述湖北、云南和贵州三省磷石膏污染特性、利用和管理现状，并提出了针对性建议。总体上，我国磷石膏年产量基本稳定在 7 500 万吨，主要利用途径为水泥缓凝剂、石膏建材和矿井充填及修复，且利用率逐年稳步上升。同时国家及地方层面磷石膏利用政策逐步明确了磷石膏规模化消纳途径。湖北省水运交通便利，主要用于水泥缓凝剂和石膏建材，利用率分别为的 39.6%和 38.7%；而云南省和贵州省位于西南部山区，磷石膏综合利用主要聚焦于矿井充填及修复领域，其利用率均超过 50%。但行业发展仍面临较多问题，包括磷石膏相关污染控制技术规范缺乏，阻碍磷石膏多元化利用；磷石膏综合利用产品竞争力偏弱，限制其综合利用率提升；同时，磷石膏贮存量长期高位增长与磷石膏库服役年限日益逼近，限制行业的可持续发展。基于此，提出以下建议：健全磷石膏利用处置制度体系，促进磷石膏多元化利用；加强磷石膏利用支持政策，扶持磷石膏综合利用产品；推动磷石膏无害化处理，建立磷石膏资源暂存场。
关键词：磷石膏；污染特性；综合利用；环境管理
我国是拥有超过 14 亿人口的农业大国，磷肥是支撑国家农业发展、保障粮食安全的重要基础。磷石膏作为湿法磷酸浸出过程的工业副产物，其主要成分为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)，通常生产 1 t 磷酸副产 4.5~5.5 t 磷石膏[1-2]。目前我国磷石膏堆存量已超过 7 亿吨，每年新增约 8 000 万吨，且主要集中在长江流域[3-4]。其中，湖北省、云南省和贵州省的磷石膏产量占全国总产量的 70%以上。磷石膏属于第Ⅱ类一般工业固体废物，产生的渗滤液具有强酸性、总磷和氟化物浓度高以及重金属种类多等特点[5-8]。大量堆存的磷石膏不仅占用土地资源，也会造成水体重金属和氟化物污染、水体富营养化、大气污染等环境问题，严重威胁人类健康和生命安全[9-14]。如“三磷”整治调查中发现，长江沿线 97 个磷石膏库中有53.61%存在生态环境问题，环境风险突出[15-17]。
2017 年，原环境保护部、国家发展和改革委员会以及财政部联合印发的《长江经济带生态环境保护规划》(环规财〔2017〕88 号)提出要综合控制磷污染源。2019 年，生态环境部印发了《长江“三磷”专项排查整治行动实施方案》，指导湖北、四川、贵州、云南、湖南、重庆、江苏等 7 省(市)开展涉磷企业集中排查整治工作，消除部分涉磷企业造成的突出水环境隐患。2021 年，生态环境部印发了《加强长江经济带尾矿库污染防治实施方案》(环办固体〔2021〕4 号)，进一步巩固长江经济带尾矿库污染治理成效，全面提升长江经济带尾矿库污染治理能力。2022 年，生态环境部等 17 部门联合印发的《深入打好长江保护修复攻坚战行动方案》(环水体〔2022〕55 号)提出，推动磷矿、磷化工企业稳定达标排放，加强磷石膏综合利用。
本文通过分析我国磷石膏产生、利用和污染现状，重点聚焦云南省、贵州省和湖北省磷石膏污染特性、综合利用现状以及相关政策情况的差异化情况，提出我国磷石膏环境管理的对策建议，为我国磷石膏综合利用难题提供参考。
1 磷石膏产生现状与污染特性分析
1.1 产生现状
我国磷石膏年产量基本稳定在 7 500 万吨，磷石膏的综合利用率逐年上升，由 2015 年的 33%升至2022 年的 51%(见图 1)。我国磷矿资源主要集中在长江流域，湖北省、云南省和贵州省又是我国最重要的磷矿资源地和磷化工聚集区[18-20]。由图 2 可见，2018—2021 年，湖北省、云南省和贵州省磷石膏的综合利用率分别由 30.67%、24.36%和 54.56%分别升至 44.58%、26.46%和 105.58%，贵州省磷石膏综合利用率已在 2020 年和 2021 年连续突破 100%。
1.2 污染特性及环境风险
磷石膏是湿法磷酸生产过程中磷矿与硫酸反应产生的副产物，其主要成分为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O，质量分数为 75%~95%)，含水率为 20%~25%，pH 在 1.9~5.3 之间，此外还含有少量磷、氟、有机物及重金属等杂质，个别还含有放射性物质[21-24]。当磷矿来源发生改变时，磷石膏化学组成存在一定差异。湖北省、云南省和贵州省磷石膏化学组成汇总如表 1 所示，其中，湖北省和云南省生产的磷石膏中 SiO2含量较高，而贵州省生产的磷石膏中 SiO2含量普遍较低，SiO2含量最高仅有 5.18%；云南省生产的磷石膏中 Fe2O3含量较低，最低仅有 0.08%；云南省生产的磷石膏中 Al2O3含量极低，其含量最高仅为 0.81%；湖北省生产的磷石膏中 P2O5和 F 含量普遍较高；云南省生产的磷石膏杂质含量较低。不同地区产生磷石膏中 P2O5和 F 含量不同与其生产工艺有关，因此磷石膏进行无害化处理时应根据生产工艺区别对待。
磷石膏物理化学组成的区域性差异会直接影响其污染特性。对湖北省、云南省和贵州省分别选取2~3 个磷石膏龙头企业的样品进行采样并检测，其磷石膏浸出数据汇总如表 2 所示。按照 HJ 557—2010《固体废物浸出毒性浸出方法 水平振荡法》制备浸出液的 pH、氟化物和总磷均超过 GB 8978—1996《污水综合排放标准》中规定的最高允许排放浓度限值(第二类污染物最高允许排放浓度按照一级标准执行)，尤其是湖北省，由于其磷石膏中的氟和总磷含量较高，浸出液中这些污染物浓度也显著高于其他省份。
由磷石膏化学组成和污染特性分析可知，磷石膏主要特征污染物为氟化物和总磷，此外还含有重金属离子[37-42]。污染物的迁移特性对于污染扩散影响显著，磷石膏中氟化物主要以 F-、CaF、SiF6 2-、NaAlF6、CaSiF6形式存在，其中以 F-、SiF6 2-和 NaAlF6形式存在的氟化物易于在地下水和土壤中迁移。此外，磷石膏中的氟化物可直接在土壤中累积和淋溶迁移进入地下水，淋溶越强，迁移作用越明显，人体通过饮水或食物摄入过量的氟会导致氟中毒。总磷主要以可溶性 H3PO4、H2PO4 -、HPO4 2-和 PO4 3-，难溶性 Ca3(PO4)2，共晶磷 CaSO4·2H2O、CaHPO4·H2O，以及磷酸络合物形式存在，其中可溶性 H3PO4、H2PO4 -、HPO4 2-和 PO4 3-易于在地下水和土壤中迁移，由于总磷为营养元素会在迁移转化过程中被植物吸收，但是在封闭或半封闭的湖泊、河湾地区，磷元素含量的飙升会让水体富营养化，导致水藻类植物快速生长、水体含氧量急剧下降，鱼类贝类等水族动物因缺氧死亡[43-44]。此外，湖北省、云南省和贵州省三省由于地质条件和气候差异，污染物的迁移路径和扩散速度也有所不同。如在贵州省和云南省，由于喀斯特地貌和山地发育，污染物易通过岩溶通道或通过地表径流方式快速迁移至周围水体中。因此，磷石膏在堆存过程中应采取有效的防渗措施防止渗漏事件的发生，利用过程中应对其中的污染物进行固化稳定化处理，降低其中污染物的释放，确保环境风险可控。
2 磷石膏综合利用现状及政策分析
2.1 磷石膏综合利用现状分析
2015—2022 年我国磷石膏主要综合利用情况(见图 3)显示，我国磷石膏综合利用主要途径为水泥缓凝剂、石膏建材以及矿井充填及修复领域，其综合利用量分别为 1180 万吨、955 万吨和 900 万吨，其占比分别为 30.6%、24.8%和 23.4%(以 2022 年为例)[45-47]。目前水泥缓凝剂和石膏建材对磷石膏综合利用率占比超过 50%，但是与天然石膏、脱硫石膏的区域性竞争中处于明显劣势，通常需要进行财政补贴。此外，随着房地产行业增速放缓，水泥缓凝剂的利用量将大幅下降，石膏建材缺乏高附加值产品，导致同质化竞争严重，石膏建材的利用量增长缓慢[48]。我国磷石膏矿井充填及修复占比逐年增加，但是由于缺乏相关环境风险评估规范，导致地方政府审批受限。随着国家相关标准规范的完善，磷石膏短中期内综合利用的增长潜力巨大。磷石膏筑路材料的路用耐久性有待检验，目前国内主要在城市次干路、市政道路、二级及以下公路中进行试点示范，随着技术瓶颈的突破，其中长期内综合利用的增长潜力巨大。此外，2023 年，习近平总书记在中央财经委员会第二次会议指出，应充分挖掘盐碱地综合利用潜力。磷石膏中富含钙、铁、锌、硅、磷等植物生长所需的元素，但要先对磷石膏进行无害化处理，消除其对人体健康以及环境构成的威胁。磷石膏因其偏酸特性可以用来制备改善盐碱地的土壤改良剂，对于盐碱地治理意义重大[49-50]。
2022 年湖北省、云南省和贵州省磷石膏主要综合利用情况(见图 4)显示，湖北省磷石膏综合利用主要途径为水泥缓凝剂和石膏建材，其占比分别为 39.6%和 38.7%；云南省磷石膏综合利用主要途径为矿井充填及修复和水泥缓凝剂，其占比分别为 53.3%和 21.3%；贵州省磷石膏综合利用主要途径为矿井充填及修复、水泥缓凝剂和石膏建材，其占比分别为 50.4%、17.1%和 15.3%。受地理位置和经济技术发展水平等多方面因素影响，导致各省磷石膏的综合利用途径差异化显著。湖北省位于长江流域，水运交通便利，水泥缓凝剂和石膏建材可辐射长江流域沿线；云南省和贵州省位于西南部山区，交通运输不便，限制了其在水泥缓凝剂和石膏建材领域的应用，主要聚焦矿井充填及修复领域。
2.2 磷石膏综合利用政策分析
2.2.1 国家层面磷石膏综合利用政策
近年来，国家高度重视磷石膏的综合利用，特别是在“无废城市”建设和工业资源综合利用政策中明确了磷石膏的资源化利用方向，着重推动其在矿井充填、筑路和生态修复领域的应用。自 2018 年以来，国家出台了一系列政策(见表 3)，逐步推动磷石膏规模化消纳，并强化了环保标准的执行，确保在符合环境质量要求的前提下进行资源化利用。例如，2018 年，国务院办公厅印发的《“无废城市”建设试点工作方案》(国办发〔2018〕128 号)提出了“以用定产”的政策，通过固废产消平衡，探索了磷石膏的多元化利用途径。此外，工信部和生态环境部等多部门联合推动的政策加大了对磷石膏在道路材料、矿井充填等领域的应用支持，鼓励地方政府积极探索相关创新模式。总体来看，国家层面的政策导向明确，通过强化技术创新和监管，为磷石膏的高效利用提供了重要支持。
2.2.2 地方层面磷石膏综合利用政策
在地方层面，湖北省、云南省和贵州省的磷石膏综合利用实践各具特色，三省也分别颁布了一系列磷石膏相关政策(见表 4)。2018 年，贵州省人民政府印发了《贵州省人民政府关于加快磷石膏资源综合利用的意见》(黔府发〔2018〕10 号)，率先提出磷石膏“以渣定产”政策，将企业磷石膏消纳情况与磷酸、磷肥等产排量挂钩，倒逼企业进行技术革新，减少磷石膏堆积；2019—2020 年宜昌市先后出台了《关于促进磷石膏综合利用的意见》《宜昌市磷石膏综合利用三年行动计划(2018—2020 年)》《关于加强磷石膏建材推广应用工作的通知》等一系列指导文件，并设立了专门的激励机制；荆门市推行一奖一约束机制，在奖励的同时还出台了“以用定产”的“硬约束”。湖北省交通便利，以水泥缓凝剂和建材制品为主要利用方向，政府通过激励机制积极推动磷石膏建材的推广应用；2023 年，云南省印发《全面推进磷石膏综合利用工作方案》，着眼高效高值化利用，组织实施磷石膏废弃矿坑生态修复利用、磷建筑石膏建材推广、磷石膏路基材料应用等“三个工程”，不断提升磷石膏综合利用能力。贵州省和云南省由于地理条件限制，更倾向于在矿井充填和生态修复领域进行磷石膏利用。尽管各地政策取得了一定成效，但在实际执行过程中，技术创新不足、市场推广困难等问题仍然存在。地方政府的激励措施和监管制度的落实也有待进一步加强。未来，随着国家政策的深入推进和地方创新模式的完善，磷石膏的资源化利用将有望实现更大突破。
3 主要问题及对策建议
3.1 主要问题
3.1.1 磷石膏相关污染控制技术规范缺乏，阻碍磷石膏多元化利用
一是目前磷石膏贮存过程的污染控制执行《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》(GB 18599—2020)的相关规定，但是由于磷石膏产生量巨大且高应力作用下具有低渗透系数等独特的力学特性，其贮存过程的污染控制要求需制定专用的污染控制技术规范。二是磷石膏建材中污染物含量要求不明确，导致市场上制品质量参差不齐，一方面造成使用过程的质量问题，另一方面也加大了磷石膏制品的环境风险，影响民众对磷石膏建材的接受程度，甚至抵触使用磷石膏制品。同时，没有标准约束下的不同质磷石膏制品之间的正面价格竞争，也加剧了磷石膏制品附加值低的问题。三是磷石膏充填、回填等土地整理、石漠化治理过程的环境风险评估步骤缺乏，目前多通过设置防渗系统方式控制风险。各地在相关项目审批方面缺乏依据，制约了综合利用。
3.1.2 磷石膏综合利用产品竞争力偏弱，限制其综合利用率提升
磷石膏产生地高度集中于湖北省、云南省和贵州省等中西部磷矿资源富集区，而石膏制品需求主要分布于沿海经济发达地区，运输成本和低附加值之间的矛盾成为制约磷石膏大规模利用的主要问题。尤其对于云南省和贵州省，其周边辐射市场容量小且渐趋饱和，难以容纳大批量的磷石膏综合利用产品。
而对于市场容量较大的经济发达地区，由于运输距离远，运输成本和销售成本较高，导致产品竞争力不足，如磷石膏水泥缓凝剂和石膏建材在与天然石膏、脱硫石膏水泥缓凝剂和石膏建材的区域性竞争中处于明显劣势。
3.1.3 磷石膏长期高位增长与磷石膏库服役年限日益逼近，限制行业的可持续发展
2022 年我国磷石膏综合利用率为 50.5%，不能综合利用的磷石膏仍将以堆存方式进行处理。《关于做好“三磷”建设项目环境影响评价与排污许可管理工作的通知》(环办环评〔2019〕65 号)明确，长江干流 3 km 范围内、主要支流岸线 1 km 范围内禁止新建、扩建尾矿库和磷石膏库。但据不完全统计，目前磷石膏库的堆存周期平均为 4.7 年，使用周期在 3 年以内的有 20 家。鉴于 2022 年我国磷石膏综合利用率为 50.5%，不能综合利用磷石膏的贮存成为难题。
3.2 对策建议
3.2.1 健全磷石膏利用处置制度体系，促进磷石膏多元化利用
建议研究制定《磷石膏贮存和综合利用污染控制技术规范》，促进磷石膏多元化利用。积极推动湖北省、云南省和贵州省等省域“无废城市”建设，聚焦磷石膏污染全链条治理难题，强化技术创新与模式创新，突破共性关键技术，构建磷石膏污染防治系统解决方案。支持Ⅱ型无水石膏、α 高强石膏、高分子材料等高值化利用技术研发。建立健全由国家标准、地方规定、行业技术引领的磷石膏利用处置制度体系，推动磷石膏综合利用行业可持续发展。
3.2.2 加强磷石膏利用支持政策，扶持磷石膏综合利用产品
对于偏远地区已建设投产的磷石膏综合利用项目，推动出台综合利用产品运输优惠补贴政策，为磷石膏建材产品跨省域、跨地区市场培育创造条件。推动相关部门出台政策限制天然石膏开采，推广使用工业石膏，在部分领域实现规模化替代。强化磷石膏综合利用产品通过绿色建材产品认证，落实政府绿色采购政策，大力推进磷石膏综合利用产品在市政建设、道路交通、建筑工程和乡村振兴等领域的推广应用。
3.2.3 推动磷石膏无害化处理，建立磷石膏资源暂存场
磷石膏中的磷和氟元素是新能源电池和无水氟化氢等高值化产品的重要原料，应充分认识磷石膏是“放错地方的资源”，在磷石膏规模化、高值化综合利用技术尚未完全突破前，支持鼓励磷石膏产生企业对磷石膏进行无害化处理，严格按照相关法律法规、标准规程进行安全规范贮存，并进行严格监管，缓解行业和企业的压力，保证磷肥的生产和供应，保障我国粮食安全。
4 结束语
磷肥作为我国农业发展的支柱产业，其副产的磷石膏主要分布在长江流域，其中的氟化物和总磷等污染物如不妥善利用处置，将会对长江经济带高质量发展产生重要影响。目前我国磷石膏的利用仍以传统的石膏建材和水泥缓凝剂为主，亟需探索规模化消纳路径。国家高度重视磷石膏的利用工作，并逐步明确了规模化消纳途径，但仍面临较多问题，包括磷石膏相关污染控制技术规范缺乏，阻碍磷石膏多元化利用；磷石膏综合利用产品竞争力偏弱，限制其综合利用率提升；同时，磷石膏贮存量长期高位增长与磷石膏库服役年限日益逼近，限制行业的可持续发展。基于磷石膏产生、利用和处置情况及污染特性，提出以下建议：健全磷石膏利用处置制度体系，促进磷石膏多元化利用；加强磷石膏利用支持政策，扶持磷石膏综合利用产品；推动磷石膏无害化处理，建立磷石膏资源暂存场。
来源：中建研石膏产业分会
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