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天然石膏產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析
寧夏博得石膏研究院 王立明
石膏是一種應用非常廣泛的非金屬礦物，自然界中，石膏資源主要以天然二水石膏、天然無水石膏的狀態(tài)存在。隨著社會經濟發(fā)展，不同工業(yè)領域因工業(yè)生產、環(huán)保等因素產生了大量的不同類別的工業(yè)副產石膏，石膏資源也趨于多元化存在。
石膏產制品應用廣泛，主要應用于建材、裝飾裝修、陶瓷、工藝美術、醫(yī)療衛(wèi)生、鑄造、工業(yè)填料、功能性材料等領域。不同應用領域因應用要求的不同，對石膏原料類別、雜質含量及類別、純度、顏色、石膏產品的性能等有著不同的要求。而不同類別的石膏資源又因為生成過程的不同，各有特點，存在著諸多的差異。石膏產業(yè)的快速發(fā)展，石膏廣泛的應用領域，需要不同類別、不同特性的原料予以支撐;
一、天然石膏資源現(xiàn)狀分析
1、石膏資源儲量及分布
我國石膏礦產資源儲量豐富，根據(jù)中國礦產資源報告2019顯示，2018年我國各類石膏資源已查明儲量824.86億噸;主要分布在山東、內蒙、青海、湖南、湖北、寧夏、云南、西藏、四川、安徽、江蘇等23個省區(qū);
天然石膏資源中硬石膏占比在60%左右，集中分布區(qū)域為江蘇南京及安徽含山;纖維石膏占比約為1.8%，集中分布區(qū)域為湖北應城及荊門，優(yōu)質石膏資源儲量占比為8%左右，主要分布于西北及西南等區(qū)域。
2、石膏資源應用格局變化分析
1)天然石膏采礦區(qū)域變化
國內自2015年起，因采礦安全、礦山環(huán)保、資源及生態(tài)保護等各類政策的調整實施，山東、河北、湖南、湖北、內蒙、山西等大部分石膏礦關閉，其余天然石膏采礦區(qū)域如青海、四川、云南、甘肅等地區(qū)的石膏采礦區(qū)也部分關?；蚪o與了諸多限制政策。目前，主要的天然石膏采礦區(qū)域主要有云南、四川、內蒙左旗、甘肅景泰、湖南、西藏、新疆、寧夏等地區(qū)。寧夏鹽池成為允許天然石膏大型規(guī)?；_采的*主要的區(qū)域及*大的天然石膏產業(yè)化基地;天然石膏資源供應及石膏粉加工產業(yè)由中東部地區(qū)為主轉向了以西部(西北和西南)為主;
2)石膏資源多元化格局形成
隨著副產石膏的大幅度產生及應用，副產石膏應用技術及設備的完善，副產石膏資源利用政策的鼓勵，市場逐漸由天然石膏資源為主轉變?yōu)橐愿碑a石膏為主導，但因為部分應用領域對原料的特定要求和傳統(tǒng)習慣，天然石膏仍然是部分石膏產制品的所認可生產原料;
石膏建材產品的優(yōu)良性能和廣泛應用以及副產石膏資源的應用，決定了石膏建材的高速發(fā)展，大多數(shù)石膏建材對原料沒有顏色及雜質類別等要求，而副產石膏大多都具有較高的純度和優(yōu)良的生產應用性能，隨著市場需求的發(fā)展，副產石膏已成為石膏基建材的主要應用方向和領域;
天然石膏因大多具有較高的白度、雜質相對單一、人們對天然石膏傳統(tǒng)的應用習慣，及天然石膏部分優(yōu)良的應用性能(柔韌性、吸水率等)，天然石膏在室內裝飾裝修產制品、陶瓷模具、醫(yī)療衛(wèi)生等領域有著很強的不可替代性;
同時，因我國天然石膏高品質優(yōu)質資源匱乏，隨著石膏**產制品發(fā)展，高品質優(yōu)質石膏原料缺口增加，國外進口、優(yōu)質高品質副產石膏資源的應用、礦石精選等均成為解決高品質優(yōu)質資源的方式之一;各種方式的綜合成本將決定各自的市場份額，但多元并存將成為主要模式;
二、天然石膏深加工產業(yè)現(xiàn)狀分析
1、深加工企業(yè)現(xiàn)狀分析
天然石膏深加工企業(yè)在國內發(fā)展較早，逐步形成了傳統(tǒng)的以陶瓷模具石膏、建筑石膏粉、高強石膏粉、紙面石膏板等為主的深加工產業(yè)，分布于國內主要的天然石膏資源區(qū)。但隨著副產石膏的產生及大量應用及近年來石膏礦開采的大幅度收縮及限制，新建石膏深加工企業(yè)基本均為副產石膏原料，原有的天然石膏深加工企業(yè)也因原料等問題可以調整的均調整為副產石膏原料，天然石膏深加工企業(yè)數(shù)量大幅度減少。國內早期建成的大型較為集中的石膏產業(yè)基地如山東泰安石膏產業(yè)基地、山東平邑石膏生產基地、湖北應城石膏生產基地、湖北荊門石膏生產基地、河北隆堯石膏生產基地、湖南臨澧石膏生產基地等大多已無法正常運行，仍然以天然石膏為原料的深加工企業(yè)所剩無幾。內蒙查布石膏工業(yè)園區(qū)也因礦區(qū)禁采全部處于停滯狀態(tài)。目前主要的天然石膏深加工企業(yè)主要分布在內蒙左旗、甘肅景泰、云南紅河、四川雅安、新疆、寧夏鹽池及其它地區(qū)的少量生產企業(yè)。
寧夏鹽池目前為國內規(guī)模*大、*集中的天然石膏生產基地，包括已建成的青山石膏粉生產基地和大水坑石膏制品生產基地。其中鹽池青山石膏產業(yè)園區(qū)共計建成石膏生產企業(yè)22家，報建產能規(guī)模近360萬噸，實際建成產能250萬噸左右，2019年實際生產各類石膏粉近200萬噸。大水坑石膏制品生產基地規(guī)劃建設國內*大的中**石膏產制品生產基地，以生產各類石膏線條、特種板材、裝飾制品等為主，目前已建成各類石膏線條3000萬支/年的生產規(guī)模，二期擴建規(guī)模3000萬支/年;后續(xù)多個企業(yè)的GRG墻體材料、裝配式板材、無紙面石膏板、石膏工藝制品、特種石膏制品等生產項目已申請立項。
天然石膏深加工企業(yè)因大多建設較早，隨石膏產業(yè)尤其是天然石膏資源及應用的發(fā)展形成了以下特點：
1)生產區(qū)域相對集中 隨天然石膏礦石區(qū)分布，天然石膏深加工企業(yè)分布于礦區(qū)周邊，在每個較大的資源儲藏區(qū)內，生產企業(yè)相對較為集中，目前保留的主要深加工區(qū)主要集中于西北及西南地區(qū);
2)紙面石膏板生產企業(yè)基本過度為以副產石膏為原料，天然石膏為原料的石膏板生產企業(yè)比例較低;石膏粉生產企業(yè)中，除以裝飾裝修產制品、模具石膏粉產制品為用戶的企業(yè)外，其余基本全部為副產石膏為原料;高強石膏基本為副產石膏與天然石膏生產企業(yè)并存，生產規(guī)模也較為接近，但生產方法差異較大;
3)生產企業(yè)規(guī)模偏小，環(huán)境條件差、設計要求低 天然石膏深加工企業(yè)多數(shù)為早期建設完成，限于當時的市場及設備等條件，及礦區(qū)要求偏低等因素，一般設計規(guī)模小，環(huán)保設計要求低，生產環(huán)境差;除近年新建的少數(shù)企業(yè)外，多數(shù)起點低，因環(huán)保等要求的不斷升級，處于受限關?；虿粩嗟母脑焱晟浦?。
4)深加工企業(yè)受資源品質、區(qū)域位置影響大 因副產石膏的大量應用，天然石膏逐漸成為裝飾裝修制品、陶瓷模具產品、特種應用領域的主要原料，普通建材產制品應用領域為副產石膏取代，副產石膏無法取代的領域對原料的純度、白度、雜質類別等有著一定的要求。天然石膏資源各礦區(qū)差異較大，高品質資源集中的區(qū)域競爭力明顯，發(fā)展?jié)摿妱牛洕б婷黠@;而較低品質資源必須與副產石膏資源競爭。
資源因處于不同的區(qū)域，實際價值差異較大。如目前天然石膏深加工企業(yè)多集中在西北及西南，當?shù)赜昧坑邢蓿嚯x主要的市場區(qū)域運距遠，運輸?shù)荣M用高，甚至超過產品實際出廠價格，大幅度減低了企業(yè)的經濟效益，更遠地區(qū)的優(yōu)質資源無法進入市場;
2、生產工藝技術設備現(xiàn)狀分析
天然建筑石膏粉生產線目前主要的生產工藝包括兩類：先燒后磨工藝和先磨后燒工藝;該工藝的形成主要因選用煅燒設備類型的不同而形成。一般煅燒設備如采用沸騰爐、FC分室煅燒時，必須采用先磨后燒工藝，因煅燒設備對入料粒度有要求，必須首先對原料進行粉磨，使原料達到細度要求，才能正常進行煅燒，一般煅燒后不再粉磨，產品細度單一;采用管式煅燒窯、其它回轉窯類型及立式炒鍋等設備時，對入料粒度要求范圍較寬，無原料細度的特定限制，可采用先磨后燒，也可采用先燒后磨，但為了調整后續(xù)產品的細度范圍及采用原料粒度調整凝結時間等，一般多采用先燒后磨的工藝;
天然石膏以其白度高于副產石膏等因素占有了裝飾裝修制品等副產石膏無法取代的領域，因此，天然石膏目前主要的煅燒設備有沸騰爐、間歇式回轉窯、立式炒鍋、管式煅燒窯、外燒式回轉窯等間接換熱設備，以**煙氣(煤灰)不接觸產品;其中間歇式回轉窯、立式炒鍋、外燒式回轉窯為主的生產線多為早期建設的生產線，單機規(guī)模小。但間歇式煅燒設備及單筒外燒回轉窯等高能耗設備仍然占有較大的比重;間歇式設備生產能耗高，大多煅燒煤耗集中在50-70公斤實物煤/噸產品;燃煤供熱仍然是天然石膏生產的主要方式，且對燃煤后的煙氣較少配置脫硫、脫硝系統(tǒng);環(huán)保設施總體配置較低，因天然石膏項目多處于礦區(qū)或較偏的區(qū)域，環(huán)保要求相對較低，項目粉塵排放、尾氣排放、廠區(qū)揚塵等控制相對較松，多數(shù)天然石膏粉生產企業(yè)生產環(huán)境低于副產石膏生產企業(yè)，排放濃度高于同類副產石膏生產線;近年隨整體環(huán)保要求大幅度提高，不斷調整升級，但與副產石膏企業(yè)仍有很大差距。
天然高強石膏的主要生產工藝技術為蒸壓法，具體根據(jù)采用的主設備分為一步法(蒸壓轉晶和烘干在一個設備內完成)和二步法(蒸壓轉晶后采用其它烘干設備進行烘干);主設備有立式蒸壓法和臥式蒸壓釜，立式蒸壓釜主要采用一步法工藝，臥式蒸壓釜主要采用二步法工藝;蒸壓法工藝技術較為適合天然石膏生產α高強石膏，其主要特點：不采用轉晶劑技術配套，生產控制簡單;采用塊狀石膏原料;產品性能指標穩(wěn)定(無殘余轉晶劑的影響);
天然石膏粉生產線主要工藝技術及設備：
總體而言，天然石膏生產企業(yè)與副產石膏生產企業(yè)所采用的技術及設備相比較，大多具有規(guī)模小、設備落后、能耗高、燃煤設備為主體、環(huán)保設施配置差、自動化程度低等特點。天然石膏生產企業(yè)規(guī)模除近年新建企業(yè)多在10-20萬噸外，大多企業(yè)屬于早期建設，規(guī)模多集中在單機3-10萬噸左右，部分企業(yè)以多個3-5萬噸的主機設備合成較大規(guī)模的生產線。
3、產品質量現(xiàn)狀及影響因素分析
天然石膏產品目前主要應用于裝飾裝修制品、陶瓷模具、特種產品等領域，因此其主要產品為β石膏粉(線條、裝飾制品、膩子等)、模具石膏粉系列產品、高強石膏粉系列產品等;
天然β石膏粉主要應用于石膏線條及裝飾制品及陶瓷模具石膏，兩類產品都把白度、凝結時間、強度作為主要質量控制指標，模具石膏粉在以上指標的基礎上還對細度、吸水率、鐵含量、氧化鈣、三氧化硫、酸不溶物、結晶水等進行了要求。
白度主要由礦石及雜質決定，后續(xù)提高白度的方法主要是對原料進行選礦進行雜質分離及適度提高產品細度;目前裝飾裝修制品對石膏粉白度的要求一般在80%以上，產品白度多集中在82-85%;陶瓷模具石膏粉白度要求多在85%以上，隨白度提高，產品價格變動較大;
產品的凝結時間主要由煅燒控制決定，目前大多線條企業(yè)對凝結時間的要求在初凝4-6分鐘(刀劃法測定)，而模具石膏粉對凝結時間要求一般在6-9分鐘(刀劃法);兩類產品的凝結時間要求決定了兩類產品的生產中對煅燒溫度、煅燒時間及產品相比例要求差異很大，但所有產品的應用中*重要是產品性能的穩(wěn)定性。石膏粉煅燒中的三種相各有特性，其含量決定了產品的穩(wěn)定性，三種相的具體特性如下：
1)煅燒控制對產品質量的影響
高溫快速煅燒適宜生產凝結時間快的產品，其產品中以半水相為主，易產生較多的二水及AⅢ相，低溫慢燒石膏換熱均勻，主要以半水石膏相為主，可較好的控制二水及AⅢ相的比例，得到合適的相比例從而**所需要的產品性能;在目前的生產中，多數(shù)生產企業(yè)不能較好的控制三相比例，不能合理的控制利用二水相及AⅢ相的特點，從而導致產品質量穩(wěn)定性差，產品性能指標差等問題;
對強度指標，主要取決于原料純度和煅燒控制，兩類產品均要求較高的強度。而大多數(shù)石膏粉生產企業(yè)都是以銷售石膏粉為主，不是將煅燒線的石膏粉直接與線條應用對接，因此在生產控制中必須合理的控制AⅢ相的比例，生產凝結時間快的產品，盡可能采用適當比例的二水石膏相進行調整，而不要采用AⅢ相進行調整，以**產品的穩(wěn)定性;而模具石膏粉在煅燒時，盡可能的提高半水相的比例，降低二水的比例，適當?shù)目刂艫Ⅲ相的比例，并輔助以合理的陳化時間，以**得到凝結時間較長、產品質量穩(wěn)定、綜合性能較高的產品。
2)原料對產品質量的影響
天然石膏礦石因結晶類別及致密度不同，對后續(xù)產品性能指標會產生一定的差異，一般致密度高的礦石，易得到低稠度的石膏產品，產品脆性強，吸水率低;結構較為疏松的礦石，生產的產品稠度偏大，產品韌性較好，吸水率大;纖維石膏、透明石膏(鹽池礦區(qū))、層狀及粒狀結晶石膏(鹽池礦區(qū)、查布礦區(qū))多數(shù)結構疏松，雪花石膏結構致密;如雪花石膏更易于生產低稠度、高抗壓強度的高強石膏;而纖維石膏、透明石膏等更易于生產較高稠度、高吸水率、高抗折強度的石膏粉;
天然石膏資源因儲存礦區(qū)的不同，其雜質類別有著較大的差異，西北地區(qū)的大多數(shù)礦區(qū)，礦石與黏土類雜質伴生，稱層狀夾雜或塊狀伴生，伴生的硬石膏較少;如寧夏鹽池石膏礦及內蒙查布石膏礦，為典型的層狀或粒狀結晶礦石，中間夾雜黏土，相對來講，易于選礦，可通過破碎剝離或水洗的方式去除大量的雜質;但該類礦石因主要雜質為黏土，該類黏土雜質對產品稠度、白度及強度有著較大的影響，隨著含量增加，會大幅度降低強度;如四川、云南、湖南、山西等地的礦石，其主要雜質為半水的碳酸鹽或硫酸鹽類雜質，該類雜質對產品稠度、凝結時間、強度影響均較小，對白度的影響隨雜質顏色而變化;因此，含有黏土類雜質的原料較高的純度(85%左右)生產的產品強度甚至不如含有礦石類雜質較低純度(80%)的原料煅燒的石膏產品;因此，天然石膏原料類別、純度是產品強度等性能指標的重要影響因素，但礦石中的不同的雜質類別尤其是達到一定的量后(5%以上)，也會對產品強度產生不同的影響;
天然石膏資源大部分均有雜質伴生，高品位資源大部分也會與普通礦石分散儲藏，集中儲藏的優(yōu)質資源很少。在天然石膏的生產中，原料的特性(礦石類型、白度、雜質類別及含量、原料純度等)對后續(xù)產品及原料價值起著很大的作用。因此，天然石膏生產中，根據(jù)礦石自身特性，考慮可行的選礦工藝及設施，對礦石進行分級選礦利用，能夠通過合適的選礦工藝進行分選得到優(yōu)質原料的資源，本身也已經具備了優(yōu)質資源的基本條件;高品位的副產石膏資源也是通過嚴格控制的工業(yè)方法得到的，工業(yè)化生產，原料處理本身也是生產的一部分，要實現(xiàn)**產品的精細化生產 ，首先要把原料的預處理也納入精細化控制;
α型高強石膏的蒸壓法生產工藝中，一步法生產工藝較為穩(wěn)定，產品質量指標主要取決于原料純度和雜質類別;95%純度的礦石可直接生產得到2小時抗折7.0mpa以上的石膏粉。二步法工藝產品質量指標及穩(wěn)定性主要取決于原料純度和蒸壓及烘干的銜接工序，一般穩(wěn)定性及性能指標低于一步法;采用其它工藝方法(水熱法、半干法等)除取決于原料純度外，轉晶劑技術、轉晶控制等也是影響產品質量指標及穩(wěn)定性的主要因素。
三、天然石膏的市場發(fā)展分析
隨著副產石膏應用的大幅度提升，天然石膏用量從*高時期的4000萬噸左右降至目前的不足2000萬噸;主要原因有二個方面，其一是天然石膏礦區(qū)的大幅度關停禁采，大部分以天然石膏為原料的生產企業(yè)轉產或關停;其二是副產石膏的大幅度應用，將建材應用領域、大部分水泥緩凝劑應用領域、墻體材料等市場用量*大的應用領域替代并進一步推動了以上應用領域的更快速發(fā)展。一些傳統(tǒng)應用領域如裝飾裝修制品、陶瓷模具、特種應用領域等仍然以天然石膏為主要原料。因此，天然石膏目前除水泥緩凝劑外的主要深加工領域及市場產品為：
1)石膏裝飾裝修制品 是目前天然石膏粉*大的應用領域，據(jù)統(tǒng)計，全國每年裝飾裝修制品用石膏粉約400萬噸以上，家庭直接裝修找平用石膏粉300萬噸以上;該用量應用基本占據(jù)目前天然石膏用量的三分之一;且隨著環(huán)保意識的增強，作為綠色材料的石膏用量將會進一步增加。
2)陶瓷模具石膏粉，作為天然石膏的傳統(tǒng)應用市場，我國每年陶瓷模具的用量基本穩(wěn)定在200萬噸左右。
3)α型高強石膏產品，α型高強石膏粉作為兩大主要基料中的主要的中**基料，所涉及的應用領域很多?？梢元毩⒄{整為各類高性能產品應用，也可以作為高性能產品與普通石膏粉配合應用以提高整體性能，隨著石膏產業(yè)發(fā)展，對各類高性能的石膏產品需求的增加，α型高強石膏粉的市場需求將得到快速的增加。其產品及用途包括中**陶瓷模具石膏、GRG石膏制品、工業(yè)模具石膏、鑄造石膏、工藝美術石膏、自流平石膏、3D打印等。隨著副產石膏生產高強石膏技術的成熟及部分高品質副產石膏資源的應用，副產石膏生產高強石膏將逐漸成為發(fā)展趨勢;產品性能、生產成本將成為兩類原料占有高強石膏應用領域的主要競爭因素;
天然石膏目前在特定的應用領域仍將具有副產石膏無法取代的市場份額和發(fā)展前景，且隨著環(huán)保要求及綠色安全材料意識的增強，天然石膏應該充分發(fā)揮自身特性，向天然、綠色的中**建筑新型材料、室內裝飾材料和特定的功能性材料發(fā)展。
隨著各地礦山生態(tài)治理等政策實施，可供開采的礦區(qū)將會進一步縮減，資源相對更為緊張;可開采礦區(qū)距離主要市場距離較遠，高昂的運輸成本加大了天然石膏產品在主要市場的價格及后續(xù)產品的成本;石膏粉生產企業(yè)的升級改造(燃煤改燃氣、尾氣脫硫、粉塵排放限制、礦區(qū)治理升級等)進一步加大石膏粉生產成本;高品質副產石膏及副產石膏提純技術的完善對天然石膏形成一定的沖擊;以上市場及發(fā)展的變化會對天然石膏的發(fā)展起到一定的影響，因此，天然石膏的深加工產業(yè)的發(fā)展應該進一步發(fā)揮自身優(yōu)勢、依托原料特點，發(fā)展適合市場需求及原料特性的中**產制品，尤其注重原料選礦分級利用，提升原料本身優(yōu)勢及產品競爭力，完成生產系統(tǒng)的升級改造，通過設備改造節(jié)能降耗，通過控制系統(tǒng)改造提高及穩(wěn)定產品質量，降低生產成本，開拓中**產品系列化產品類別，提升產品市場競爭力拓展產品應用范圍，延長產業(yè)鏈，實現(xiàn)完整產業(yè)鏈的深加工(礦石、石膏粉、石膏制品)，降低中間成本，釋放競爭優(yōu)勢，從而抵消各類市場變化對天然石膏發(fā)展的影響。
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