成果推介磷石膏高温改性绿色功能化及应用技术.docx

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1、【成果推介】磷石膏高温改性绿色功能化及应用技术【技术领域】先进制造技术、绿色矿山、固体废弃物处置【技术背景】磷石膏是工业湿法磷酸生产排放的固体废弃物，生产1吨磷酸大约产出4.5- 5吨磷石膏。随着国内湿法磷酸及高浓度磷复肥产能的不断扩大，国内湿法磷酸 工业发展迅速,副产磷石膏产能成倍增长,我国磷石膏年产量持续稳定在7 OOO- 8 000万吨，累计堆存量超过了 7亿。作为大宗固体废弃物，国内众多企业对磷 石膏的处理方法大多是填埋和露天堆放，这样会占用大量土地，给当地土地资源 带来了巨大负担。同时磷石膏中还含有少量的磷、氟、有机物、重金属离子等杂 质，会对环境造成严重污染，存在巨大安全隐患，有些

2、地区曾出现磷石膏渣场溃 堤致使当地水体污染事件。因此国家高度重视磷石膏治理，相继发布了一系列政 策性指导文件，要求加快工业磷石膏的综合利用研究，利用磷石膏生产高附加值 产品，推广磷石膏替代天然石膏的资源化利用，减免税收政策，鼓励企业开发新 进技术及适用装备，全面提高磷石膏的综合利用率。【解决方案】为了弥补磷石膏高温燃烧前处理所带来的成本损失，需要将磷石膏 的处理产物精加工为高附加值的商业产品。本方案拟定使用高温煨烧法 处理磷石膏。将磷石膏绿色处理并加工为石膏基石晶地板和高性能橡塑 填料，可有效消纳磷石膏存量，且弥补磷石膏高温前处理所带来的成本 劣势。磷石膏绿色处理和产品化过程中，不产生二次污染

3、；产品具备高 值性，利润空间足以消纳因磷石膏绿色处理，运输半径所带来的成本劣 势、或可在附近区域具有持续的大市场容量且消耗量大；产品生产技术 具有先进性，不存在明显的竞争劣势；生产技术路线中不存在短期内不 可逾越的技术壁垒。【应用实例】1 .石晶地板是一种可再生利用的地面装饰材料，对于保护自然资源 和生态环境，以及未来的可持续发展，具有重要意义。作为新型环保地 板，石晶地板不仅具备零甲醛、防水防火、防潮耐磨等基本优势，也一 款可塑性强的美学产品。它的设计风格多样，能满足多元化的场景使用 和搭配需求。石晶地板通常采用天然碳酸钙矿石粉、树脂粉作为主要原 料，通过高温高压一体挤出成型的工艺进行生产。

4、其中无机矿物粉的含 量高达80%以上，因此其防火指标可达BI级，仅次于石材，且耐磨， 耐腐蚀。同时，其制备过程采用高温高压一体挤出成型工艺，不需要使 用胶粘剂，因此本产品是零甲醛的绿色地板。在本项目中，拟将无水石 膏粉经过球磨为1200目细度取代天然碳酸钙矿石粉，用于制备新型高 强度的石晶地板。由于高温煨烧所制备的型无水石膏具有优异的耐水 性，耐磨性，抗折强度和抗压强度，可预期，最终的产品在各项性能上 将优于市面上以天然碳酸钙矿石粉为主料的石晶地板，具备较高的市场 价值（市场售价预计在10000元/吨以上）。因此可以提升整体产品的价 值，弥补磷石膏前处理所带来的成本损失。2 .石膏可经过表面改

5、性技术，实现与高分子材料的表面性能趋同或 功能化，从而可以作为无机填料，实现与高分子材料的复合，而制备出 以其为分散相物料的石膏-高分子复合材料。以磷石膏高温煨烧处理后 型无水石膏作为无机橡塑填料将具有如下作用：首先是增量作用，无 机填料因其成本低廉而可以有效降低塑料制品成本；其次是补强作用， 即填料作为补强剂改善制品的刚性、耐热性、尺寸稳定性、降低成型收 缩率及抗蠕变性等；最后是功能作用，可增加橡塑材料的耐磨性，改善 绝缘性、阻燃性、消烟性及隔音性等。塑料的品种可以是通用工程塑料、 也可以是特种功能塑料，产品形式是复合塑料母粒，其可以作为各类塑 料产品加工的原料，由此可形成产品的系列化；橡胶

6、可以是各类通用橡 胶或特种橡胶，具体产品样式可以是硫化以后的胶粒，可用作各类橡胶 产品的生产原料，同塑料母粒一样，可实现产品的系列化。该产品的选 择，最根本的出发点是无机橡塑填料的高值性（市场售价均在2000元/ 吨以上），提升整体产品的价值，从而弥补磷石膏前处理所带来的成本 损失。【应用场景】团队致力于开展工业废弃物资源化和绿色处置研究，通过材料科学 与工程、矿物材料等领域的交叉创新研究，实现固体废弃物高值化利用， 为固废无害化处置及绿色生态建设提供新手段。【市场前景】该成果面向工业固体废弃物无害化和高值化利用等领域。中国地板行业总产量基本保持稳定的上升趋势，现阶段中国具有一定规模的 地板企

7、业地板总销量已超过4亿平方米，中国地板行业的销售收入规模有望在 2023年达到1422.1亿元人民币。环保将是地板行业永恒不变的主题，因此石晶 地板作为“零甲醛”的绿色地板将受到市场的青睐，石晶地板在未来广泛运用于 地面、墙面、天花板、厨房面板、飘窗台、楼梯等区域，其市场体量每年将达到 6亿平米。在橡塑产品中，无机填料是用量仅次于于生胶和塑料的第二大原材料，无机 填料既可显著降低橡塑制品原材料的成本，又可以改善橡塑制品的某些性能。截 止2019年我国塑料制品制造业的主要产品产量达到8184. 17万吨，且在此前的 5年时间内年增幅约800-1000万吨，市场容量巨大。【合作方式】技术开发、技术

8、服务、技术许可、技术转让、作价投资、面谈等【专家介绍】严春杰，研究生学历，博士学位，现任中国地质大学（武汉）材料与化学学 院二级教授，博土生导师，湖北省享受省政府专项津贴人员、自然资源部科技领 军人才。严春杰教授的主要研究方向为矿物功能材料和资源综合利用；发表SCl 论文86篇；授权国际发明专利4项、中国发明专利60项。主持国家自然科学基 金委、国家863计划、国家重点研发计划项目、自然资源部、中国地质调查局和 企业委托项目等50余项。2项技术成果于2014、2018年分别获得湖北省技术发 明二等奖、1项技术成果2021年获得湖北省技术发明三等奖、1项技术成果荣获 国土资源公益性行业科研专项2

9、017年度十大优秀成果。邓恒,中国地质大学（武汉）教授，博士生导师，研究方向为高分子功能材料。2015年获中国科学院大学（过程工程研究所）材料工程硕士学位，2020年获美 国密苏里大学机械与航天工程博士学位。2020年8月2021年6月在密苏里大 学担任研究科学家。2021年8月加入中国地质大学（武汉）材化学院材料系。迄 今，共发表SCI论文25篇，其中以第一作者（或共同一作）身份在Nature Communications, Advanced Materials, Materials Horizons 以及 Theranostics 等国际 重要期刊共发表论文10篇，为Elsevier出版社

10、图书撰写书稿一章，相关研究成 果已被国际知名刊物引用800余次（基于google scholar）o高玉婷，中国地质大学（武汉）研究员，博士生导师。2016年6月博士毕业 于华东理工大学，获应用化学博士学位。2014年10月2015年10月在美国佐 治亚理工学院进行访问学习。2016年9月2020年9月在华中科技大学生命科 学与技术学院从事博士后研究工作（助理研究员）。2020年10月以“地大学者” 青年拔尖人才（A类）引进至中国地质大学（武汉）材化学院材料系。曾获得国 家自然科学青年基金和博士后科学基金面上项目资助，并参与国家自然科学基金 面上项目多项。目前，主持国家自然科学基金面上项目（2021）和湖北省自然科 学基金（2021）各一项。发表SCl论文25篇以上，其中第一作者或通讯作者身 份发表13篇，IF10论文5篇，巾请国家专利3项。周森，博士，中国地质大学（武汉）材料与化学学院副教授，教学 实验中心党支部书记、副主任。2014年7月毕业于中国地质大学（武 汉），主要研究方向是矿物功能材料、有价金属回收及污染物去除。主 持各类科研项目8项，第一作者或通讯作者发表SCl论文8篇、第一发 明人授权发明专利3项，获得湖北省科技奖励3项。【联系方式】严春杰：、【原文链接】课题组主页: