天然石膏产业发展现状分析

　　宁夏博得石膏研究院 王立明

　　石膏是一种应用非常广泛的非金属矿物，自然界中，石膏资源主要以天然二水石膏、天然无水石膏的状态存在。随着社会经济发展，不同工业领域因工业生产、环保等因素产生了大量的不同类别的工业副产石膏，石膏资源也趋于多元化存在。

　　石膏产制品应用广泛，主要应用于建材、装饰装修、陶瓷、工艺美术、医疗卫生、铸造、工业填料、功能性材料等领域。不同应用领域因应用要求的不同，对石膏原料类别、杂质含量及类别、纯度、颜色、石膏产品的性能等有着不同的要求。而不同类别的石膏资源又因为生成过程的不同，各有特点，存在着诸多的差异。石膏产业的快速发展，石膏广泛的应用领域，需要不同类别、不同特性的原料予以支撑;

　　一、天然石膏资源现状分析

　　1、石膏资源储量及分布

　　我国石膏矿产资源储量丰富，根据中国矿产资源报告2019显示，2018年我国各类石膏资源已查明储量824.86亿吨;主要分布在山东、内蒙、青海、湖南、湖北、宁夏、云南、西藏、四川、安徽、江苏等23个省区;

　　天然石膏资源中硬石膏占比在60%左右，集中分布区域为江苏南京及安徽含山;纤维石膏占比约为1.8%，集中分布区域为湖北应城及荆门，优质石膏资源储量占比为8%左右，主要分布于西北及西南等区域。

　　2、石膏资源应用格局变化分析

　　1)天然石膏采矿区域变化

　　国内自2015年起，因采矿安全、矿山环保、资源及生态保护等各类政策的调整实施，山东、河北、湖南、湖北、内蒙、山西等大部分石膏矿关闭，其余天然石膏采矿区域如青海、四川、云南、甘肃等地区的石膏采矿区也部分关停或给与了诸多限制政策。目前，主要的天然石膏采矿区域主要有云南、四川、内蒙左旗、甘肃景泰、湖南、西藏、新疆、宁夏等地区。宁夏盐池成为允许天然石膏大型规模化开采的*主要的区域及*大的天然石膏产业化基地;天然石膏资源供应及石膏粉加工产业由中东部地区为主转向了以西部(西北和西南)为主;

　　2)石膏资源多元化格局形成

　　随着副产石膏的大幅度产生及应用，副产石膏应用技术及设备的完善，副产石膏资源利用政策的鼓励，市场逐渐由天然石膏资源为主转变为以副产石膏为主导，但因为部分应用领域对原料的特定要求和传统习惯，天然石膏仍然是部分石膏产制品的所认可生产原料;

　　石膏建材产品的优良性能和广泛应用以及副产石膏资源的应用，决定了石膏建材的高速发展，大多数石膏建材对原料没有颜色及杂质类别等要求，而副产石膏大多都具有较高的纯度和优良的生产应用性能，随着市场需求的发展，副产石膏已成为石膏基建材的主要应用方向和领域;

　　天然石膏因大多具有较高的白度、杂质相对单一、人们对天然石膏传统的应用习惯，及天然石膏部分优良的应用性能(柔韧性、吸水率等)，天然石膏在室内装饰装修产制品、陶瓷模具、医疗卫生等领域有着很强的不可替代性;

　　同时，因我国天然石膏高品质优质资源匮乏，随着石膏**产制品发展，高品质优质石膏原料缺口增加，国外进口、优质高品质副产石膏资源的应用、矿石精选等均成为解决高品质优质资源的方式之一;各种方式的综合成本将决定各自的市场份额，但多元并存将成为主要模式;

　　二、天然石膏深加工产业现状分析

　　1、深加工企业现状分析

　　天然石膏深加工企业在国内发展较早，逐步形成了传统的以陶瓷模具石膏、建筑石膏粉、高强石膏粉、纸面石膏板等为主的深加工产业，分布于国内主要的天然石膏资源区。但随着副产石膏的产生及大量应用及近年来石膏矿开采的大幅度收缩及限制，新建石膏深加工企业基本均为副产石膏原料，原有的天然石膏深加工企业也因原料等问题可以调整的均调整为副产石膏原料，天然石膏深加工企业数量大幅度减少。国内早期建成的大型较为集中的石膏产业基地如山东泰安石膏产业基地、山东平邑石膏生产基地、湖北应城石膏生产基地、湖北荆门石膏生产基地、河北隆尧石膏生产基地、湖南临澧石膏生产基地等大多已无法正常运行，仍然以天然石膏为原料的深加工企业所剩无几。内蒙查布石膏工业园区也因矿区禁采全部处于停滞状态。目前主要的天然石膏深加工企业主要分布在内蒙左旗、甘肃景泰、云南红河、四川雅安、新疆、宁夏盐池及其它地区的少量生产企业。

　　宁夏盐池目前为国内规模*大、*集中的天然石膏生产基地，包括已建成的青山石膏粉生产基地和大水坑石膏制品生产基地。其中盐池青山石膏产业园区共计建成石膏生产企业22家，报建产能规模近360万吨，实际建成产能250万吨左右，2019年实际生产各类石膏粉近200万吨。大水坑石膏制品生产基地规划建设国内*大的中**石膏产制品生产基地，以生产各类石膏线条、特种板材、装饰制品等为主，目前已建成各类石膏线条3000万支/年的生产规模，二期扩建规模3000万支/年;后续多个企业的GRG墙体材料、装配式板材、无纸面石膏板、石膏工艺制品、特种石膏制品等生产项目已申请立项。

　　天然石膏深加工企业因大多建设较早，随石膏产业尤其是天然石膏资源及应用的发展形成了以下特点：

　　1)生产区域相对集中 随天然石膏矿石区分布，天然石膏深加工企业分布于矿区周边，在每个较大的资源储藏区内，生产企业相对较为集中，目前保留的主要深加工区主要集中于西北及西南地区;

　　2)纸面石膏板生产企业基本过度为以副产石膏为原料，天然石膏为原料的石膏板生产企业比例较低;石膏粉生产企业中，除以装饰装修产制品、模具石膏粉产制品为用户的企业外，其余基本全部为副产石膏为原料;高强石膏基本为副产石膏与天然石膏生产企业并存，生产规模也较为接近，但生产方法差异较大;

　　3)生产企业规模偏小，环境条件差、设计要求低 天然石膏深加工企业多数为早期建设完成，限于当时的市场及设备等条件，及矿区要求偏低等因素，一般设计规模小，环保设计要求低，生产环境差;除近年新建的少数企业外，多数起点低，因环保等要求的不断升级，处于受限关停或不断的改造完善中。

　　4)深加工企业受资源品质、区域位置影响大 因副产石膏的大量应用，天然石膏逐渐成为装饰装修制品、陶瓷模具产品、特种应用领域的主要原料，普通建材产制品应用领域为副产石膏取代，副产石膏无法取代的领域对原料的纯度、白度、杂质类别等有着一定的要求。天然石膏资源各矿区差异较大，高品质资源集中的区域竞争力明显，发展潜力强劲，经济效益明显;而较低品质资源必须与副产石膏资源竞争。

　　资源因处于不同的区域，实际价值差异较大。如目前天然石膏深加工企业多集中在西北及西南，当地用量有限，距离主要的市场区域运距远，运输等费用高，甚至超过产品实际出厂价格，大幅度减低了企业的经济效益，更远地区的优质资源无法进入市场;

　　2、生产工艺技术设备现状分析

　　天然建筑石膏粉生产线目前主要的生产工艺包括两类：先烧后磨工艺和先磨后烧工艺;该工艺的形成主要因选用煅烧设备类型的不同而形成。一般煅烧设备如采用沸腾炉、FC分室煅烧时，必须采用先磨后烧工艺，因煅烧设备对入料粒度有要求，必须首先对原料进行粉磨，使原料达到细度要求，才能正常进行煅烧，一般煅烧后不再粉磨，产品细度单一;采用管式煅烧窑、其它回转窑类型及立式炒锅等设备时，对入料粒度要求范围较宽，无原料细度的特定限制，可采用先磨后烧，也可采用先烧后磨，但为了调整后续产品的细度范围及采用原料粒度调整凝结时间等，一般多采用先烧后磨的工艺;

　　天然石膏以其白度高于副产石膏等因素占有了装饰装修制品等副产石膏无法取代的领域，因此，天然石膏目前主要的煅烧设备有沸腾炉、间歇式回转窑、立式炒锅、管式煅烧窑、外烧式回转窑等间接换热设备，以**烟气(煤灰)不接触产品;其中间歇式回转窑、立式炒锅、外烧式回转窑为主的生产线多为早期建设的生产线，单机规模小。但间歇式煅烧设备及单筒外烧回转窑等高能耗设备仍然占有较大的比重;间歇式设备生产能耗高，大多煅烧煤耗集中在50-70公斤实物煤/吨产品;燃煤供热仍然是天然石膏生产的主要方式，且对燃煤后的烟气较少配置脱硫、脱硝系统;环保设施总体配置较低，因天然石膏项目多处于矿区或较偏的区域，环保要求相对较低，项目粉尘排放、尾气排放、厂区扬尘等控制相对较松，多数天然石膏粉生产企业生产环境低于副产石膏生产企业，排放浓度高于同类副产石膏生产线;近年随整体环保要求大幅度提高，不断调整升级，但与副产石膏企业仍有很大差距。

　　天然高强石膏的主要生产工艺技术为蒸压法，具体根据采用的主设备分为一步法(蒸压转晶和烘干在一个设备内完成)和二步法(蒸压转晶后采用其它烘干设备进行烘干);主设备有立式蒸压法和卧式蒸压釜，立式蒸压釜主要采用一步法工艺，卧式蒸压釜主要采用二步法工艺;蒸压法工艺技术较为适合天然石膏生产α高强石膏，其主要特点：不采用转晶剂技术配套，生产控制简单;采用块状石膏原料;产品性能指标稳定(无残余转晶剂的影响);

　　天然石膏粉生产线主要工艺技术及设备：

　　总体而言，天然石膏生产企业与副产石膏生产企业所采用的技术及设备相比较，大多具有规模小、设备落后、能耗高、燃煤设备为主体、环保设施配置差、自动化程度低等特点。天然石膏生产企业规模除近年新建企业多在10-20万吨外，大多企业属于早期建设，规模多集中在单机3-10万吨左右，部分企业以多个3-5万吨的主机设备合成较大规模的生产线。

　　3、产品质量现状及影响因素分析

　　天然石膏产品目前主要应用于装饰装修制品、陶瓷模具、特种产品等领域，因此其主要产品为β石膏粉(线条、装饰制品、腻子等)、模具石膏粉系列产品、高强石膏粉系列产品等;

　　天然β石膏粉主要应用于石膏线条及装饰制品及陶瓷模具石膏，两类产品都把白度、凝结时间、强度作为主要质量控制指标，模具石膏粉在以上指标的基础上还对细度、吸水率、铁含量、氧化钙、三氧化硫、酸不溶物、结晶水等进行了要求。

　　白度主要由矿石及杂质决定，后续提高白度的方法主要是对原料进行选矿进行杂质分离及适度提高产品细度;目前装饰装修制品对石膏粉白度的要求一般在80%以上，产品白度多集中在82-85%;陶瓷模具石膏粉白度要求多在85%以上，随白度提高，产品价格变动较大;

　　产品的凝结时间主要由煅烧控制决定，目前大多线条企业对凝结时间的要求在初凝4-6分钟(刀划法测定)，而模具石膏粉对凝结时间要求一般在6-9分钟(刀划法);两类产品的凝结时间要求决定了两类产品的生产中对煅烧温度、煅烧时间及产品相比例要求差异很大，但所有产品的应用中*重要是产品性能的稳定性。石膏粉煅烧中的三种相各有特性，其含量决定了产品的稳定性，三种相的具体特性如下：

　　1)煅烧控制对产品质量的影响

　　高温快速煅烧适宜生产凝结时间快的产品，其产品中以半水相为主，易产生较多的二水及AⅢ相，低温慢烧石膏换热均匀，主要以半水石膏相为主，可较好的控制二水及AⅢ相的比例，得到合适的相比例从而**所需要的产品性能;在目前的生产中，多数生产企业不能较好的控制三相比例，不能合理的控制利用二水相及AⅢ相的特点，从而导致产品质量稳定性差，产品性能指标差等问题;

　　对强度指标，主要取决于原料纯度和煅烧控制，两类产品均要求较高的强度。而大多数石膏粉生产企业都是以销售石膏粉为主，不是将煅烧线的石膏粉直接与线条应用对接，因此在生产控制中必须合理的控制AⅢ相的比例，生产凝结时间快的产品，尽可能采用适当比例的二水石膏相进行调整，而不要采用AⅢ相进行调整，以**产品的稳定性;而模具石膏粉在煅烧时，尽可能的提高半水相的比例，降低二水的比例，适当的控制AⅢ相的比例，并辅助以合理的陈化时间，以**得到凝结时间较长、产品质量稳定、综合性能较高的产品。

　　2)原料对产品质量的影响

　　天然石膏矿石因结晶类别及致密度不同，对后续产品性能指标会产生一定的差异，一般致密度高的矿石，易得到低稠度的石膏产品，产品脆性强，吸水率低;结构较为疏松的矿石，生产的产品稠度偏大，产品韧性较好，吸水率大;纤维石膏、透明石膏(盐池矿区)、层状及粒状结晶石膏(盐池矿区、查布矿区)多数结构疏松，雪花石膏结构致密;如雪花石膏更易于生产低稠度、高抗压强度的高强石膏;而纤维石膏、透明石膏等更易于生产较高稠度、高吸水率、高抗折强度的石膏粉;

　　天然石膏资源因储存矿区的不同，其杂质类别有着较大的差异，西北地区的大多数矿区，矿石与黏土类杂质伴生，称层状夹杂或块状伴生，伴生的硬石膏较少;如宁夏盐池石膏矿及内蒙查布石膏矿，为典型的层状或粒状结晶矿石，中间夹杂黏土，相对来讲，易于选矿，可通过破碎剥离或水洗的方式去除大量的杂质;但该类矿石因主要杂质为黏土，该类黏土杂质对产品稠度、白度及强度有着较大的影响，随着含量增加，会大幅度降低强度;如四川、云南、湖南、山西等地的矿石，其主要杂质为半水的碳酸盐或硫酸盐类杂质，该类杂质对产品稠度、凝结时间、强度影响均较小，对白度的影响随杂质颜色而变化;因此，含有黏土类杂质的原料较高的纯度(85%左右)生产的产品强度甚至不如含有矿石类杂质较低纯度(80%)的原料煅烧的石膏产品;因此，天然石膏原料类别、纯度是产品强度等性能指标的重要影响因素，但矿石中的不同的杂质类别尤其是达到一定的量后(5%以上)，也会对产品强度产生不同的影响;

　　天然石膏资源大部分均有杂质伴生，高品位资源大部分也会与普通矿石分散储藏，集中储藏的优质资源很少。在天然石膏的生产中，原料的特性(矿石类型、白度、杂质类别及含量、原料纯度等)对后续产品及原料价值起着很大的作用。因此，天然石膏生产中，根据矿石自身特性，考虑可行的选矿工艺及设施，对矿石进行分级选矿利用，能够通过合适的选矿工艺进行分选得到优质原料的资源，本身也已经具备了优质资源的基本条件;高品位的副产石膏资源也是通过严格控制的工业方法得到的，工业化生产，原料处理本身也是生产的一部分，要实现**产品的精细化生产 ，首先要把原料的预处理也纳入精细化控制;

　　α型高强石膏的蒸压法生产工艺中，一步法生产工艺较为稳定，产品质量指标主要取决于原料纯度和杂质类别;95%纯度的矿石可直接生产得到2小时抗折7.0mpa以上的石膏粉。二步法工艺产品质量指标及稳定性主要取决于原料纯度和蒸压及烘干的衔接工序，一般稳定性及性能指标低于一步法;采用其它工艺方法(水热法、半干法等)除取决于原料纯度外，转晶剂技术、转晶控制等也是影响产品质量指标及稳定性的主要因素。

　　三、天然石膏的市场发展分析

　　随着副产石膏应用的大幅度提升，天然石膏用量从*高时期的4000万吨左右降至目前的不足2000万吨;主要原因有二个方面，其一是天然石膏矿区的大幅度关停禁采，大部分以天然石膏为原料的生产企业转产或关停;其二是副产石膏的大幅度应用，将建材应用领域、大部分水泥缓凝剂应用领域、墙体材料等市场用量*大的应用领域替代并进一步推动了以上应用领域的更快速发展。一些传统应用领域如装饰装修制品、陶瓷模具、特种应用领域等仍然以天然石膏为主要原料。因此，天然石膏目前除水泥缓凝剂外的主要深加工领域及市场产品为：

　　1)石膏装饰装修制品 是目前天然石膏粉*大的应用领域，据统计，全国每年装饰装修制品用石膏粉约400万吨以上，家庭直接装修找平用石膏粉300万吨以上;该用量应用基本占据目前天然石膏用量的三分之一;且随着环保意识的增强，作为绿色材料的石膏用量将会进一步增加。

　　2)陶瓷模具石膏粉，作为天然石膏的传统应用市场，我国每年陶瓷模具的用量基本稳定在200万吨左右。

　　3)α型高强石膏产品，α型高强石膏粉作为两大主要基料中的主要的中**基料，所涉及的应用领域很多。可以独立调整为各类高性能产品应用，也可以作为高性能产品与普通石膏粉配合应用以提高整体性能，随着石膏产业发展，对各类高性能的石膏产品需求的增加，α型高强石膏粉的市场需求将得到快速的增加。其产品及用途包括中**陶瓷模具石膏、GRG石膏制品、工业模具石膏、铸造石膏、工艺美术石膏、自流平石膏、3D打印等。随着副产石膏生产高强石膏技术的成熟及部分高品质副产石膏资源的应用，副产石膏生产高强石膏将逐渐成为发展趋势;产品性能、生产成本将成为两类原料占有高强石膏应用领域的主要竞争因素;

　　天然石膏目前在特定的应用领域仍将具有副产石膏无法取代的市场份额和发展前景，且随着环保要求及绿色安全材料意识的增强，天然石膏应该充分发挥自身特性，向天然、绿色的中**建筑新型材料、室内装饰材料和特定的功能性材料发展。

　　随着各地矿山生态治理等政策实施，可供开采的矿区将会进一步缩减，资源相对更为紧张;可开采矿区距离主要市场距离较远，高昂的运输成本加大了天然石膏产品在主要市场的价格及后续产品的成本;石膏粉生产企业的升级改造(燃煤改燃气、尾气脱硫、粉尘排放限制、矿区治理升级等)进一步加大石膏粉生产成本;高品质副产石膏及副产石膏提纯技术的完善对天然石膏形成一定的冲击;以上市场及发展的变化会对天然石膏的发展起到一定的影响，因此，天然石膏的深加工产业的发展应该进一步发挥自身优势、依托原料特点，发展适合市场需求及原料特性的中**产制品，尤其注重原料选矿分级利用，提升原料本身优势及产品竞争力，完成生产系统的升级改造，通过设备改造节能降耗，通过控制系统改造提高及稳定产品质量，降低生产成本，开拓中**产品系列化产品类别，提升产品市场竞争力拓展产品应用范围，延长产业链，实现完整产业链的深加工(矿石、石膏粉、石膏制品)，降低中间成本，释放竞争优势，从而抵消各类市场变化对天然石膏发展的影响。