一、引言
磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的大宗工业废渣，每生产1吨磷酸约排放4～5吨磷石膏。我国磷石膏年排放量超过8000万吨，综合利用率不足40%，大量堆存不仅占用土地资源，其酸性渗滤液还对周边水体和土壤造成严重污染。
将磷石膏用作路基填料是实现其规模化资源化利用的有效途径。然而，磷石膏本身强度低、水稳定性差，直接使用无法满足路基填料的力学要求。石灰是传统的磷石膏固化材料，但单一石灰固化的效果有限。本文提出以高炉矿渣为主、协同生石灰和水泥的复合固化方案，系统研究其固化效果与机理。
二、材料与试验方案
磷石膏取自某湿法磷酸生产企业，主要成分为CaSO₄·2H₂O，含少量可溶磷和氟。高炉矿渣为钢铁企业副产物，具有潜在的水硬性。生石灰采用Ⅲ级消石灰，水泥为普通硅酸盐水泥。
通过系统实验优化固化剂配比，评估固化后磷石膏路基填料的力学性能与环境安全性。采用XPS、FT-IR、XRD和SEM等微观表征手段揭示固化机制。在高速公路试验路段开展现场应用验证。
三、试验结果与分析
3.1 最佳配比与力学性能
固化剂由1.2%生石灰、1%水泥和4%高炉矿渣组成。在此配比下，所制备的磷石膏路基填料7d无侧限抗压强度达0.86 MPa，满足路基填料的强度要求，且吸水率低、压实度高。
3.2 环境安全性
环境安全性是磷石膏资源化利用的关键考量。浸出毒性试验表明，固化后磷石膏路基填料的浸出液pH稳定在9以下，可溶磷浓度符合GB 3838—2002 II类限值，氟浓度符合IV类限值，重金属离子未检出或为微量，符合GB/T 14848—2017标准要求。这一结果表明，复合固化剂有效固定了磷石膏中的可溶污染物。
3.3 微观固化机理
XPS、FT-IR、XRD和SEM分析表明，固化体系中生成了钙矾石（AFt）、硅酸三钙（C₃S）和C-S-H凝胶。这些水化产物有效包裹了磷石膏颗粒，形成了致密的结构。氟元素以难溶CaF₂形式固化，从而提升了力学性能并降低了环境风险。
生石灰在固化体系中发挥碱性激发作用，其水化生成的Ca(OH)₂提供了高碱性环境，激发高炉矿渣中活性SiO₂和Al₂O₃的火山灰反应；水泥则提供了早期强度。三者的协同作用实现了磷石膏的高效固化。
四、工程应用验证
在高速公路应用试验路段，各项力学与环保指标均达标，证实该固化剂具备规模化应用前景。该技术可实现磷石膏与高炉矿渣的双重资源化利用，具有显著的环境效益和经济效益。
五、结语
石灰-高炉矿渣基复合固化剂通过碱性激发、火山灰反应和钙矾石生成的协同作用，有效实现了磷石膏的路基填料资源化利用。最佳配比（1.2%生石灰+1%水泥+4%高炉矿渣）条件下，7d无侧限抗压强度达0.86MPa，浸出液各项指标符合环保标准。该技术为磷石膏的大规模消纳和工业固废的协同资源化利用提供了可行方案。
