磷石膏与赤泥处理高含水率疏浚淤泥的资源化利用研究文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

我国由于每年的河流湖泊和港口建设的疏浚清理而产生大量的疏浚淤泥。如果不对疏浚淤泥进行合适的处理，不仅会浪费大量的土地资源，还会因为疏浚淤泥里含有的重金属、有机质等污染物而造成二次污染。目前处理疏浚淤泥的主要方法有物理脱水干燥，化学固化处理，烧熔处理等。从实际工程出发,化学固化处理是最为灵活、适用范围广、造价较为理想的方法。

陈萍^[1]等在废弃淤泥的固化技术中指出化学固化技术的原理是:固化材料通过一系列的吸水、水解、水化反应,在淤泥颗粒表面产生胶凝物质(水化硅酸钙、水化铝酸钙等),形成不可逆转的凝结硬化壳,使淤泥颗粒具备一定的水稳定性和强度稳定性。另外,具有胶凝性质的水化产物在淤泥颗粒之间形成了网状结构,即构成了淤泥的骨架,结晶类的水化产物则填充网状结构的孔隙,使得淤泥内部变得致密,待硬化后淤泥便具备了一定的结构强度。显然,化学固化处理通过固化材料的吸水作用可有效降低淤泥的含水率,另外,包裹着淤泥颗粒的凝结硬化壳可有效降低其中污染物质的活性,从而起到一定的“减污”作用。

目前固化材料中,水泥、石灰、石膏、粉煤灰等为主要组成材料。由于淤泥的孔隙比大,含水率高,所需添加的固化材料的量比较大,再加上搅拌、运输等费用,固化土的处理费用比较高。因此固化材料的选择，配比是十分关键的，选择合适的固化材料及其添加量对于高效经济固化疏浚淤泥至关重要。

沈卫国^[2]等列出我国磷石膏的产量及利用现状。化工厂湿法生产磷酸的副产品磷石膏长期大量积压堆放，不仅占用土地，且对环境产生严重影响。根据资料显示，每生产1吨的P₂O₅需排放4.5～5.0吨磷石膏，全球每年磷石膏排放量高达1.3～1.8亿吨，使用率仅为4.3%～4.6%，我国满负荷生产时年排放磷石膏约2 000万吨，利用率不足10%。磷石膏物理力学特性类似土，磷石膏极易溶于水，水泥可以明显提高其水稳定性能。

柳晓^[3]等通过对赤泥物理化学性质的研究，进一步阐述赤泥的危害及其利用现状。赤泥是氧化铝在生产过程中产生的废渣，因含有大量氧化铁而呈红色，故被称为赤泥。每生产1吨氧化铝就会产生0.7～1.8吨赤泥，据估计我国每年赤泥量约占全世界每年产生赤泥总量的一半，累计堆存量达数亿吨，几乎全部处于露天堆存状态。赤泥的堆放不仅占用大量土地，耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的碱向地下渗透，造成地下水体和土壤污染. 裸露赤泥形成的粉尘随风飞扬，污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。巨量、有害的赤泥是限制氧化铝工业可持续发展的瓶颈。因此，减少赤泥的排放量，并充分有效地利用、消耗赤泥是一个势在必行而漫长艰巨的任务。近年来，许多国家开展了赤泥中有用物质回收技术的研究。目前，把赤泥应用于建筑、筑路领域的研究比较多，已有较成熟的工艺和实践，不过附加值比较低；从赤泥中回收高附加值产品的研究仍处于探索阶段，目前还没有重大工业进展。从目前的技术状况看，对赤泥的综合利用研究主要有以下几个方面:①用于制备建筑材料；②用于生产陶瓷；③用作吸附材料；④制备新型功能材料；⑤有价金属的提取和回收。

丁建文^[4]等在对疏浚淤泥的双掺固化试验中分析了磷石膏的固化机制。水泥的水化反应产物主要为氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙等化合物，当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架，有的则与周围具有一定活性的黏土颗粒发生反应，诸如离子交换作用、团粒化作用、硬凝反应等，使固化土的强度大大提高。添加磷石膏后，水泥水化产物中的水化铝酸钙还会与磷石膏产生如下反应并生成高硫型水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石需要结合32个水分子，其化学反应式为3CaO·Al₂O₃·nH₂O 3CaSO₄·2H₂O (26-n)H₂O→3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O。钙矾石是一种六角形断面的针状晶体，在形成过程中产生体积膨胀，固相体积可增大120%左右，生成物钙矾石本身及其膨胀作用可以填充部分孔隙，降低固化土的孔隙量，减小固化土孔隙的平均孔径，具有“填充密实”作用。

陈瑞峰^[5]等在赤泥改善黄土实验中表明了赤泥的改善机理。赤泥的矿物组成中含有与水泥相同的水硬性材料：硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙等矿物。另外，赤泥中含有大量的活性CaO、Na₂O，与水反应后生成氢氧化物。以赤泥改善黄土实验来看，赤泥的加入增加了孔隙液中的Ca² 、OH^-，促进土中离子交换和碳酸化反应，且赤泥中的苛性碱营造的强碱性环境也会促进硬凝反应。其次，赤泥本身含有的硅酸二钙会水化生成水化硅酸二钙，增加改性黄土后期强度后赤泥中Ca² 的也发生碳酸化反应及离子交换作用形成稳定的水化物。总体来说，赤泥的掺入不仅促进了水化产物的生成，自身也发生了一定程度的水化反应，生成更多的水化铝硅酸钙（C-A-H）和水化硅酸钙（C-S-H）等胶凝性水化物。胶凝物不断交错共生，形成复杂稳固的网格结构，不断地填充颗粒孔隙，有效地提高了土体的强度。

综合以上文献研究，基于以废治废的思想，在传统水泥固化方法基础上提出用工业废料（磷石膏、赤泥）与水泥掺和固化处理高含水率疏浚淤泥具有科学理论依据，为经济、合理地将废弃高含水率疏浚淤泥、废弃磷石膏和赤泥转化为良质土资源奠定一定基础。

参考文献

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