一、立項背景

　　磷石膏是化工企業(yè)用硫酸分解磷礦、萃取磷酸過(guò)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、有機質(zhì)等雜質(zhì)，通常呈白色或深灰色的潮濕細粉末狀。根據統計數據，2015年為止，我國磷石膏的年排放量已超過(guò)7000萬(wàn)噸；我國磷石膏固體廢渣累計堆存量，2009年超過(guò)1億噸，2018年達2.5億噸。

　　在全世界范圍內，僅有15%的磷石膏得到了循環(huán)利用，用于建筑材料、農業(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，而且還對土壤、水源、空氣造成了嚴重污染，甚至構成安全隱患。

湖北中孚化工有限公司的磷石膏堆場(chǎng)I期、II期

　　湖北由于磷礦石儲量國內居首，其中湖北宜昌市是湖北省內富磷礦石主要產(chǎn)區。2016年國務(wù)院印發(fā)《土壤污染防治行動(dòng)計劃》以來(lái)，國家部委和地方政府相繼出臺了多項政策，支持推進(jìn)磷石膏綜合利用。

　　二、研究?jì)热?/strong>

　　1.過(guò)硫磷石膏礦渣水泥的研制和開(kāi)發(fā)

　　過(guò)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(guò)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)量百分含量應在40%至60%之間。

　　本項目對過(guò)硫磷石膏礦渣水泥進(jìn)行了完整的過(guò)硫磷石膏礦渣水泥的性能檢測，包括水化機理、標準稠度、凝結時(shí)間、安定性、長(cháng)期強度、體積穩定性、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、重金屬浸出等項目，完成了過(guò)硫磷石膏礦渣水泥的研制，并進(jìn)行了完整的性能檢測。

　　2.過(guò)硫磷石膏礦渣水泥應用于水泥穩定層

　　本項目中，過(guò)硫磷石膏礦渣水泥應用于水泥穩定層，確立了過(guò)硫磷石膏礦渣水泥水穩層的成套設計、生產(chǎn)工藝，并對水穩層進(jìn)行了完整的檢測，在滿(mǎn)足交通部《公路路面基層施工技術(shù)細則》（JTG/T F20～2015）規定的基礎上，對過(guò)硫磷石膏礦渣水泥水穩層對環(huán)境產(chǎn)生的影響進(jìn)行了較為細致的研究。

　　3.三個(gè)公路水泥穩定層的工程應用

　　本成果已完成了三個(gè)公路工程項目的建設，一是三峽昌耀管廊建設有限公司內部道路；二是2018年7月施工的宜昌市曉黃路；三是2019年1月至7月施工的龍泉鎮柏臨河大道一期工程。從目前完成的項目可以看出，利用過(guò)硫磷石膏礦渣水泥配置公路基層中的水泥穩定層，可大規模消耗磷石膏固廢，將對大力消耗宜昌市磷石膏庫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(kāi)發(fā)了具有水硬性的過(guò)硫磷石膏礦渣水泥。闡明了過(guò)硫磷石膏礦渣水泥的水化硬化機理和對磷石膏的包裹機理，奠定了該水泥強度和耐久性的理論基礎。確立了過(guò)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)標準限值。

　　四、經(jīng)濟與社會(huì )效益

　　本項目成果目前已經(jīng)在三項工程中得到應用：一是三峽昌耀管廊建設有限公司內部道路，該路段全長(cháng)148米，消耗磷石膏150噸左右；二是宜昌市曉黃路，該路段全長(cháng)200米，消耗磷石膏200噸左右；三是宜昌市龍泉鎮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(guò)硫磷石膏礦渣水泥應用于公路半剛性基層，對消耗宜昌市磷石膏庫存量起到了極大的作用，具有很好的社會(huì )效益。經(jīng)計算，采用磷石膏配置過(guò)硫磷石膏礦渣水泥并應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，本項目成果具有很好的經(jīng)濟效益。

建成后的柏臨河大道一期工程

　　五、總結

　　本項目成果已獲得授權發(fā)明專(zhuān)利7項，完成相關(guān)專(zhuān)著(zhù)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產(chǎn)權的過(guò)硫磷石膏礦渣水泥制備及其應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)一步應用和更多道路水穩層的設計、施工和跟蹤監測打下了堅實(shí)的基礎。