以工业废渣磷石膏大量用作道路填料的初步研究

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摘要：以磷石膏―粉煤灰体系作为主要研究对象，通过一系列土工试验确定体系的最佳配比，通过测定其重金属离子溶出量及放射线元素活度来进行环境影响评价，旨在初步确定磷石膏-粉煤灰体系用作公路路基及基层填料的可行性和可靠性。

关键词：磷石膏；填料；环境影响评价

Abstract: the phosphorous gesso-fly ash system as the main object, through a series of soil test to determine the optimal proportion of the system, by means of measuring the heavy metal ions dissolved out quantity and radiation elements to activity of environmental impact assessment, aims to determine the initial phosphorous gesso-fly ash system used for highway roadbed and the feasibility and reliability of the packing.

Keywords: phosphor gesso; Packing; Environmental impact assessment

中图分类号： X820.3 文献标识码：A文章编号：

0前言

磷石膏是湿法生产磷酸过程中产生的一种工业副产物，作为一种工业废料不仅占用大量空间，制约企业发展，而且对环境有着严重污染。如果能够将磷石膏用于公路的建设，那么不仅可以解决磷铵生产企业的废料再生利用问题，减少占地空间，节约能源，改善环境，对企业发展、社会发展、生态环境的保护将有着重要的社会意义，而且还可解决公路建设中的筑路材料需求，变废为宝。

用磷石膏用作路基填料，国内外均做过一些尝试，唐庆黔[1]等对磷石膏应用于路基路面工程的可行性、力学性能进行研究。李玉华[2]等通过石灰、粉煤灰或石灰、粉煤灰、粘土在最佳含水量下配成的混合料，早期强度低，对气温要求较高，使公路基层铺筑后不能及时通车，为此，研究了工业废渣磷石膏对其性能的影响及作用机理。磷石膏作筑路材料的研究在美国广为开展，美国佛罗里达大学和迈阿密大学在研究中发现[3]，含粘土砂和磷石膏的混合物是良好的筑路材料。但作为一种工业废渣，其对环境的影响也是一个必须考虑的因素，因此，需要从室内的配合比试验和环境影响评价来初步研究磷石膏-粉煤灰体系用作公路路基及基层填料的可行性和可靠性。

1 试验原料及配合比试验

1.1原材料

磷石膏：云南磷化集团生产磷酸的副产品，灰白色，主要化学成分检测结果见表1。

1.2磷石膏-粉煤灰结合料配合比试验

1.2.1击实试验

试验按《公路土工试验规程》 (JTG E40-2007) [5]执行。试验用料都是现用现配，按预定含水量制备试样，试验过程按常规击实方法进行。

1.2.2无侧限抗压强度试验

无侧限抗压强度试验是依据交通部《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009) [6]标准进行。同一配比的试样个数为6个，最后以6个样品的平均值作为测试结果，并计算变异系数。制成的试样为圆柱形，直径为5cm，高5cm。

2.试验结果分析

各种配比的击实曲线和强度试验结果如图1和2所示。

图1各配比击实曲线 图2 不同配比的强度试验结果

从以上试验可以看出磷石膏粉煤灰比例为1：1的磷石膏-粉煤灰混合料的强度远高于二灰混合料。消石灰的掺量在6%时磷石膏-粉煤灰混合料强度最高，消石灰的掺量超过8%时磷石膏-粉煤灰混合料7 d强度降低明显。因此，可以将磷石膏-粉煤灰的配比确定为石灰6%，磷石膏：粉煤灰=1：1，即以石灰：磷石膏：粉煤灰=6：47：47为最终配比。

3. 磷石膏等工业废渣对环境影响评价

工业废渣对环境的污染有重金属离子的污染和放射线元素堆积产生的放射线污染。重金属是工业废渣中最主要的污染成分，重金属污染物质所具有的不可降解性决定了其将长期存在，并且在工业废渣长时间被不断冲刷导致重金属元素溶出达到一定浓度时，可能会对其周围环境构成极大的潜在威胁，危及人体和其它动植物。重金属在环境中的行为和作用，一般用它们在环境中的溶出总量来预测和说明。另外，工业废渣的放射性污染也是被广泛关注的问题。为了评价磷石膏作路面基层材料的环境问题，对其重金属离子溶出量及放射线元素活度进行测定。

3.1 测试方法

(1) 重金属溶出浓度的测定

采用原子吸收光谱法对测试样品进行测试，原子吸收光谱法又称为原子吸收光光度法，它是基于从光源辐射出的具有待测元素特征谱线的光，通过样品蒸时被蒸汽中待测元素基态原子吸收，从而由辐射特征谱线光被减弱的程度来测样品中待测元素含量的方法。

(2)工业废渣放射性元素测定

将制备好的工业废渣粉体，用RATOM-E型多通道能谱仪，对其中R226、TH232、K40的活度进行测量。

3.2 重金属检测结果

用原子吸收光谱法云南磷石膏的ETP溶出液中的四种重金属元素(砷、镉、铅、铬)以及氟离子浓度进行了测定，试验结果见表3。并与美国国家环保局(EPA)制定的《陆地处置限制法规》(Land Disposal Restriction)中规定的重金属元素的溶出限量进行对比。

注：样品均浸入水中36h ，水的体积1L；溶出限量摘自美国国家环保局(EPA)制定的《陆地处置法规》中重金属元素的相关规定。

从以上测试结果来看，磷石膏原料和试件样品用于路面基层是安全的，而且路面基层处于面层之下，接受冲刷和淋溶作用很少，其溶出物进入地面水和地下水的机会也少。因此，在路面基层中采用磷石膏作为主要原料是一种工业废渣无害化处理的途径。

3.3 放射性检测结果

由于试件的主要原材料为磷石膏和粉煤灰，因此特针对这两种材料进行反射性检测，将样品各取1公斤送往武汉产品质量监督检验建材站进行放射性检测，用能谱仪对工业废渣粉体的谱进行分析，测量出其活度，并与建筑主体材料的放射性标准进行了对比。目前国内外尚没有道路材料的放射性标准，因此参照GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》作为检验依据，检验结果如表4所示。

根据上表的检测结果，磷石膏和粉煤灰的放射性核素都符合GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》中建筑主体材料要求，使用范围不受限制。路面基层处于面层之下，其产生的放射性处于一种开放的环境中，可以和作外装饰用的建材(C类)的放射性标准类比，经过类比，这些材料的放射性标准都合格。因此，这些废渣用于路面基层是安全的。

4. 结论

在无侧限抗压强度试验中，得出石灰：磷石膏：粉煤灰=6：47：47这个配比的强度最高且满足规范对强度的要求，对磷石膏的重金属溶出浓度和工业废渣放射性元素的测定也满足相关规定。因此，初步认为以磷石膏-粉煤灰体系用作为公路路基及基层的填料技术上可行和安全上可靠。

参考文献

唐庆黔，凌天清，董满生.工业废料磷石膏在路基路面工程中的应用[J].山东交通学院学报，2002，10(2)

李玉华，徐风广，吴华明.磷石膏对石灰粉煤灰公路基层性能的影响[J].建筑石膏与胶凝材料，2002，7

[3]Manjit Singh, Treating waste phosphogypsum for cement and plaster manufacture, Cement

and Concrete Research[J].2002,32(4):1033~1038.

[4]JTG E40-2007，公路土工试验规程[S].

[5]JTG E51-2009，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。