一、立項(xiàng)背景

　　磷石膏是化工企業(yè)用硫酸分解磷礦、萃取磷酸過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，制取1噸磷酸會(huì)產(chǎn)生約5噸磷石膏。磷石膏的主要化學(xué)成分是二水石膏（CaSO4?2H2O），并含有少量磷酸、磷酸鈣、殘余酸、可溶性P2O5、氟化物、重金屬、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)，通常呈白色或深灰色的潮濕細(xì)粉末狀。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2015年為止，我國(guó)磷石膏的年排放量已超過7000萬(wàn)噸；我國(guó)磷石膏固體廢渣累計(jì)堆存量，2009年超過1億噸，2018年達(dá)2.5億噸。

　　在全世界范圍內(nèi)，僅有15%的磷石膏得到了循環(huán)利用，用于建筑材料、農(nóng)業(yè)土壤改良、水泥緩凝劑等，剩余的85%磷石膏廢渣作為固體廢棄物堆放處理。我國(guó)磷石膏年綜合利用率僅20%左右。磷石膏不僅占用了大量的土地，而且還對(duì)土壤、水源、空氣造成了嚴(yán)重污染，甚至構(gòu)成安全隱患。

湖北中孚化工有限公司的磷石膏堆場(chǎng)I期、II期

　　湖北由于磷礦石儲(chǔ)量國(guó)內(nèi)居首，其中湖北宜昌市是湖北省內(nèi)富磷礦石主要產(chǎn)區(qū)。2016年國(guó)務(wù)院印發(fā)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》以來(lái)，國(guó)家部委和地方政府相繼出臺(tái)了多項(xiàng)政策，支持推進(jìn)磷石膏綜合利用。

　　二、研究?jī)?nèi)容

　　1.過硫磷石膏礦渣水泥的研制和開發(fā)

　　過硫磷石膏礦渣水泥是武漢理工大學(xué)林宗壽教授發(fā)明的一種新型綠色低碳免煅燒水泥，它以過量的磷石膏、礦渣粉和堿性激發(fā)劑為主要成分，加入適量水后可形成塑性漿體，水化產(chǎn)物能將砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，其中磷石膏在粉料中的質(zhì)量百分含量應(yīng)在40%至60%之間。

　　本項(xiàng)目對(duì)過硫磷石膏礦渣水泥進(jìn)行了完整的過硫磷石膏礦渣水泥的性能檢測(cè)，包括水化機(jī)理、標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、安定性、長(zhǎng)期強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、抗硫酸鹽性能、抗淡水侵蝕性能、抗凍融性能、抗碳化性能、鋼筋銹蝕實(shí)驗(yàn)、重金屬浸出等項(xiàng)目，完成了過硫磷石膏礦渣水泥的研制，并進(jìn)行了完整的性能檢測(cè)。

　　2.過硫磷石膏礦渣水泥應(yīng)用于水泥穩(wěn)定層

　　本項(xiàng)目中，過硫磷石膏礦渣水泥應(yīng)用于水泥穩(wěn)定層，確立了過硫磷石膏礦渣水泥水穩(wěn)層的成套設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝，并對(duì)水穩(wěn)層進(jìn)行了完整的檢測(cè)，在滿足交通部《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20～2015）規(guī)定的基礎(chǔ)上，對(duì)過硫磷石膏礦渣水泥水穩(wěn)層對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響進(jìn)行了較為細(xì)致的研究。

　　3.三個(gè)公路水泥穩(wěn)定層的工程應(yīng)用

　　本成果已完成了三個(gè)公路工程項(xiàng)目的建設(shè)，一是三峽昌耀管廊建設(shè)有限公司內(nèi)部道路；二是2018年7月施工的宜昌市曉黃路；三是2019年1月至7月施工的龍泉鎮(zhèn)柏臨河大道一期工程。從目前完成的項(xiàng)目可以看出，利用過硫磷石膏礦渣水泥配置公路基層中的水泥穩(wěn)定層，可大規(guī)模消耗磷石膏固廢，將對(duì)大力消耗宜昌市磷石膏庫(kù)存量起到極大的作用，具有很好的社會(huì)效益。

　　三、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

　　本項(xiàng)目采用水泥熟料或鋼渣作為堿性激發(fā)劑，礦渣、磷石膏（質(zhì)量占比40%-60%）作為原料，開發(fā)了具有水硬性的過硫磷石膏礦渣水泥。闡明了過硫磷石膏礦渣水泥的水化硬化機(jī)理和對(duì)磷石膏的包裹機(jī)理，奠定了該水泥強(qiáng)度和耐久性的理論基礎(chǔ)。確立了過硫磷石膏礦渣水泥用于制備公路半剛性基層的生產(chǎn)和施工工藝，以及控制環(huán)境影響的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值。

　　四、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益

　　本項(xiàng)目成果目前已經(jīng)在三項(xiàng)工程中得到應(yīng)用：一是三峽昌耀管廊建設(shè)有限公司內(nèi)部道路，該路段全長(zhǎng)148米，消耗磷石膏150噸左右；二是宜昌市曉黃路，該路段全長(zhǎng)200米，消耗磷石膏200噸左右；三是宜昌市龍泉鎮(zhèn)柏臨河大道一期工程，該路段全場(chǎng)2.14公里，消耗磷石膏2117噸。

　　采用磷石膏制備過硫磷石膏礦渣水泥應(yīng)用于公路半剛性基層，對(duì)消耗宜昌市磷石膏庫(kù)存量起到了極大的作用，具有很好的社會(huì)效益。經(jīng)計(jì)算，采用磷石膏配置過硫磷石膏礦渣水泥并應(yīng)用于公路半剛性基層中，每立方米基層的總成本較普通硅酸鹽水泥更低，本項(xiàng)目成果具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

建成后的柏臨河大道一期工程

　　五、總結(jié)

　　本項(xiàng)目成果已獲得授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng)，完成相關(guān)專著2本，為固廢磷石膏的大宗消耗提出了新的思路，并形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的過硫磷石膏礦渣水泥制備及其應(yīng)用公路半剛性基層的關(guān)鍵技術(shù)，掌握了磷石膏水泥道路穩(wěn)定層的產(chǎn)品配方和生產(chǎn)工藝等，為日后磷石膏水泥的進(jìn)一步應(yīng)用和更多道路水穩(wěn)層的設(shè)計(jì)、施工和跟蹤監(jiān)測(cè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。