主要研究方向：材料，化工 

贵州省科技支撑计划，黔科合支撑[2017]2817; 贵州省科技支撑计划，黔科合支撑 [2018]2835；高层次人才科研启动基金，XJGC20190646

1 引言

1.1背景介绍：

在当代社会，全球环境问题日益突出，资源的合理利用和循环利用成为了亟待解决的重要课题。建筑行业作为资源消耗较大的领域，其对环境和可持续发展的影响不容忽视。传统建筑材料的生产和使用往往会导致大量废弃物产生，如磷石膏和赤泥等。磷石膏是磷酸生产过程中的副产物，而赤泥则是铝土矿提取铝的废渣。大量的磷石膏和赤泥的废弃不仅占用大量土地，还会对周边环境造成严重污染和破坏，威胁到生态系统的稳定性。因此，探索磷石膏与赤泥在环保建材生产中的综合利用潜力显得尤为重要。

1.2研究目的：

本论文旨在系统研究磷石膏与赤泥这两类废弃物的来源和性质，探讨它们可能带来的环境影响与处置挑战。

2 磷石膏与赤泥的来源和性质

2.1 磷石膏的产生与特点

磷石膏是磷酸生产过程中产生的一种副产物，其产生主要与磷矿石的开采和磷酸的生产过程紧密相关。

2.1.1 磷矿石开采和磷酸生产过程中的废弃物

磷矿石是磷酸生产的原材料，其开采过程会产生大量的废弃物，其中包括矿石选矿产生的尾矿和破碎石屑等。这些废弃物含有一定的磷酸盐，经过处理后会产生大量磷石膏。

在磷酸生产过程中，磷矿石首先经过选矿和破碎等工艺处理，然后与硫酸等反应生成磷酸。这个反应过程中，磷酸会结合其他物质形成磷酸钙沉淀，这些沉淀物就是磷石膏。[1]磷石膏的产生量大约是原磷矿石质量的20%-30%，具体产量会受到磷矿石品位和生产工艺的影响。

2.1.2 磷石膏的化学成分和物理性质

磷石膏的化学成分和物理性质对于其综合利用具有重要的影响。磷石膏主要成分为磷酸钙，同时还含有少量的硅酸盐、铝酸盐、镁酸盐等杂质。其粒径大小较为不均匀，从粉状到颗粒状都有可能。

由于磷石膏是副产物，其性质相对稳定，不会随着磷酸生产工艺的变化而有较大波动。但是，磷石膏中的杂质含量和颗粒大小等特性会因磷矿石的来源和处理工艺不同而有所差异，这也为其综合利用带来一定的挑战。

2.2 赤泥的形成与特性

赤泥是铝土矿提取铝的废弃物，其形成与铝土矿的提取过程密切相关。

2.2.1 铝土矿的提取过程及废弃物产生

铝土矿是一种富含铝的矿石，是铝的重要原材料。在铝土矿提取铝的过程中，首先将铝土矿经过磨粉处理，然后与氢氧化钠等碱性物质反应，生成氢氧化铝。这个过程会产生大量的氧化铝废渣，也称为赤泥。

铝土矿的提取过程是一种高温高压的工艺，其中氢氧化铝的产生会伴随着大量氧化铝废渣的形成。赤泥的产生量约为原铝土矿质量的1.5倍到2倍，取决于矿石的含铝量以及提取工艺的效率。

2.2.2 赤泥的组成和特性

赤泥主要成分是氧化铝和含铝的硅酸盐等杂质，其中氧化铝是赤泥的主要成分。此外，赤泥中还含有一定量的碱金属离子和其他杂质。

赤泥的物理性质与磷石膏类似，其粒径大小也较为不均匀，通常是细粉状或颗粒状。由于赤泥是铝土矿提取铝的废弃物，其性质相对稳定，不会因为铝的提取工艺而有明显的变化。但是，赤泥中的硅酸盐等杂质含量和颗粒大小会因铝土矿的来源和处理工艺的不同而有所差异，这也为其综合利用带来了一定的难度。

3 磷石膏与赤泥的环境影响与处置挑战

3.1 环境影响

3.1.1 土壤和地下水污染

磷石膏与赤泥的大量废弃对土壤和地下水产生潜在的污染风险。在储存和堆放过程中，由于这些废弃物中含有一定量的重金属和有害物质，其会渗透到土壤层并溶解于地下水中。重金属的积累和有害物质的释放可能导致土壤的质量恶化，进而影响农作物的生长和品质，给农业生产带来不可逆转的损害。同时，被污染的地下水会威胁到饮用水源的安全，给生态环境和人类健康带来潜在的风险。

3.1.2 生态系统影响

磷石膏与赤泥的大规模堆放和储存也会对周边生态系统产生不良影响。废弃物覆盖的土地无法进行正常的生物多样性维持，原有植物和动物群落遭到破坏，生态平衡受到打破。此外，这些废弃物中含有的有害物质可能对生态链中的生物体造成毒害和累积，最终导致生态系统的恶化和崩溃，对环境的可持续性构成威胁。

3.2 处置挑战

3.2.1 储存与堆放难题

面对大量产生的磷石膏与赤泥，其储存和堆放成为一个亟待解决的挑战。传统的储存方法是将废弃物直接堆放在露天场地，这样会导致废弃物暴露于外界环境，容易受到风雨侵蚀和污染扩散。不仅会造成土地资源的浪费，还可能引发废弃物的漏渗和泄漏，加剧环境污染风险。

3.2.2 传统处理方法的限制

传统处理方法主要包括填埋和焚烧等，但这些方法在磷石膏与赤泥处理中存在一些限制。填埋需要大量土地资源，而且对废弃物的质量要求较高，很难处理大量产生的磷石膏和赤泥。焚烧可能会导致废弃物中的有害物质释放到大气中，产生二次污染，而且焚烧过程本身也需要能源，会增加能源消耗和碳排放。因此，传统处理方法并不是磷石膏与赤泥综合利用的最佳选择。

4 磷石膏与赤泥在环保建材生产中的综合利用潜力

4.1 环保建材的概念与需求

环保建材是指在其生产、使用和废弃过程中对环境影响较小、资源消耗较少且可循环利用的建筑材料。随着全球对环境保护意识的增强和可持续发展理念的普及，环保建材的需求逐渐增加。环保建材不仅能减少资源浪费和环境污染，还能降低建筑行业对自然资源的依赖，提高建筑的能源利用效率，对于推动建筑产业的绿色发展具有重要意义。

4.2 磷石膏与赤泥在环保建材生产中的可行性

磷石膏与赤泥在环保建材生产中的综合利用潜力广阔，其可行性主要体现在资源丰富度和可获取性以及环境影响分析方面。

4.2.1 资源丰富度和可获取性

磷石膏和赤泥是大量的副产物，其产生量庞大且相对稳定，这使得其作为环保建材的原材料具有较高的资源丰富度。此外，磷石膏和赤泥的获取相对容易，无需开采新的矿石资源，能够有效减少资源的消耗和环境的破坏。将这些废弃物转化为环保建材，不仅能够解决废弃物处理难题，还能实现资源的循环利用，达到资源的最大化利用效益。

4.2.2 环境影响分析

在考虑磷石膏与赤泥作为环保建材原材料时，需要进行全面的环境影响分析。从生产到使用再到废弃，综合评估其对环境的影响，包括减少土壤和地下水污染风险，降低生态系统破坏，减少碳排放等。相比传统建材的生产过程，利用磷石膏和赤泥可以显著减少二氧化碳的排放，降低碳足迹，符合低碳和循环经济的发展方向。

4.3 磷石膏与赤泥在环保建材中的应用案例

4.3.1 磷石膏在水泥生产中的利用

磷石膏可作为水泥生产中的掺合料，与水泥熟料一起磨成水泥，用于水泥制品的生产。磷石膏的添加有助于改善水泥的物理性能和化学性能，增加水泥的早期强度和抗硫酸盐侵蚀性能。[2]同时，利用磷石膏可以降低水泥生产中的能耗，减少二氧化碳的排放，具有明显的环保和经济效益。

4.3.2 赤泥在砌块制造中的应用

赤泥可以作为砌块制造的原材料，取代传统的黏土和砂等材料。赤泥砌块具有一定的强度和耐久性，同时还能减少大量的黏土开采，减轻土地资源的压力。[3]此外，赤泥砌块的制造过程较为简单，能耗低，不会产生二氧化碳的排放，是一种环保的砌块材料。

通过上述应用案例可以看出，磷石膏与赤泥在环保建材生产中具有广阔的应用前景。它们的综合利用不仅能够解决废弃物的处置问题，还能为环保建材产业的发展提供新的资源来源和解决方案，推动建筑行业向着更加环保和可持续的方向发展。

5 磷石膏与赤泥在环保建材生产中的技术创新与挑战

5.1 利用技术创新提高综合利用效率

为了充分发挥磷石膏与赤泥在环保建材生产中的潜力，需要进行技术创新，提高其综合利用效率，减少资源浪费和环境污染。

5.1.1 材料配比与工艺优化

在磷石膏与赤泥的应用过程中，需要进行科学合理的材料配比与工艺优化。通过优化材料的配比比例，控制赤泥和磷石膏的加入量，使其与其他建材原材料的协同作用达到最佳效果。同时，在生产工艺上进行改进和优化，确保磷石膏与赤泥在环保建材中的应用稳定可靠，使其在产品性能和生产效率上取得更好的表现。

5.1.2 新型建材制备技术

为了实现磷石膏与赤泥的高效综合利用，需要引入新型的建材制备技术。例如，采用粉煤灰掺合技术、矿渣粉掺合技术等，进一步提高建材的力学性能和耐久性，增加其应用范围和市场竞争力。同时，研发新型建材制备工艺，利用磷石膏与赤泥的特性，开发出更具环保优势的新型建材产品，为环保建材产业注入新的活力。

5.2 环境与经济可行性的平衡

在推动磷石膏与赤泥在环保建材中的应用过程中，需要平衡环境与经济可行性，考虑生产成本和市场竞争力，同时重视环境减排和节能效益。

5.2.1 生产成本与市场竞争力

技术创新虽然能够提高磷石膏与赤泥的综合利用效率，但也可能增加生产成本。在推广应用过程中，需要综合考虑生产成本和市场竞争力，确保环保建材的价格合理，增加其在市场上的竞争力，使其成为建筑行业的优选材料。

5.2.2 环境减排与节能效益

磷石膏与赤泥的综合利用在环保建材生产中能够降低二氧化碳的排放，减少对自然资源的消耗，从而对环境产生积极影响。但是在生产过程中，仍需关注能源的消耗和排放问题，以及废弃物的再利用问题。在技术创新中要着重解决这些问题，确保磷石膏与赤泥的综合利用能够在环境减排和节能效益方面取得明显的优势。

6 结论与展望

6.1 研究总结

本论文主要探讨了磷石膏与赤泥在环保建材生产中的综合利用潜力。在磷石膏与赤泥的来源和性质部分，我们了解了它们是磷酸和铝土矿生产过程中产生的副产物，其化学成分和物理性质对综合利用具有重要影响。在环境影响与处置挑战部分，我们发现大量磷石膏与赤泥的废弃给土壤、地下水以及生态系统带来潜在的污染风险，而传统的处理方法存在储存难题和环境污染问题。在磷石膏与赤泥在环保建材生产中的可行性部分，我们认识到其作为环保建材原材料具有资源丰富、可获取性高的优势，并且在环境影响分析中也表现出较好的环保特性。在磷石膏与赤泥在环保建材中的应用案例部分，我们列举了磷石膏在水泥生产中的利用和赤泥在砌块制造中的应用，展示了它们在环保建材领域的具体应用价值。

6.2 磷石膏与赤泥在环保建材领域的未来前景

磷石膏与赤泥在环保建材领域拥有广阔的未来前景。随着社会对环境保护意识的增强和可持续发展理念的普及，环保建材的需求将持续增加。磷石膏与赤泥作为大量产生的副产物，其综合利用对于解决废弃物处理问题和推动建筑产业绿色发展具有重要意义。通过技术创新与应用拓展，磷石膏与赤泥的环保建材应用领域将进一步拓宽，涵盖建筑材料的多个方面，包括水泥、砌块、砖块、混凝土等，以满足不同建筑项目的需求。同时，磷石膏与赤泥的综合利用也将为环保建材产业带来新的商机和经济效益，推动建筑行业向着更加环保、可持续和低碳的方向发展。

6.3 推广与应用建议

为了充分发挥磷石膏与赤泥在环保建材领域的作用，我们提出以下推广与应用建议：

6.3.1 加大技术研发投入：加强磷石膏与赤泥在环保建材中的新型制备技术研发，优化材料配比与工艺，提高综合利用效率。

6.3.2 建立标准与政策支持：建立相关环保建材的生产与应用标准，制定政策支持措施，推动环保建材产业的发展。

6.3.3 提高宣传与意识：加强对环保建材的宣传推广，提高公众对环保建材的认知和认可度，培养环保建材的市场需求。

6.3.4 加强产业合作：建立磷石膏与赤泥的回收、利用和环保建材生产的产业链，促进产业合作，形成产业联盟，共同推动环保建材产业的发展。

参考文献

[1].绿色环保的磷石膏固体废弃物处理再利用系统[J].无机盐工业,2019,51(06):93-94.

[2]李建雄,张庆安,高伟.磷石膏的安全环保堆存及综合利用[J].化肥设计,2018,56(03):58-62.

[3]幸卫鹏.赤泥综合利用评述[J].世界有色金属,2019(08):269-270.