全磷渣胶结充填对环境的影响及其资源化利用

李 颖

（大庆市危险废物监督中心，黑龙江 大庆 163316）

近年来，随着固废问题的逐渐凸显，磷石膏地表堆存引起的污染问题备受关注和重视。不同学者从不同的角度对其展开研究。有学者以贵州某磷石膏厂附近水体中的总磷含量作为研究对象，研究表明，磷石膏厂附近的水体中总磷含量在17.2～1579.0 mg/L，而氟含量在6.13～232.80 mg/L[1]。还有学者研究发现，磷石膏镀金的土壤中含有重金属元素，如Zn、Hg以及Ni等，浓度远高于贵州省土壤背景值[2]。以相关研究为基础，笔者对全磷渣胶结充填这一新方法展开研究，以了解其对环境的影响。

1 全磷渣胶结充填相关理论概述

全磷渣胶结充填是一种新兴的消耗磷石膏方法，其开发依据主要是固体废弃物稳定化处理技术。全磷渣胶结充填方法利用的充填骨料就是磷石膏，同时胶凝活性材料采用的是水泥熟料、黄磷渣以及生石灰等，其在与水充分混合后，形成充填料浆，然后泵送到采空区，形成能够满足后续采矿活动强度的胶结体[3]。全磷渣胶结充填方法的应用，不仅能够提升矿石回采率，还能够进一步控制地压，有效预防地质灾害的发展。除此之外，全磷渣胶结充填方法还是磷石膏资源化利用的重要途径。

2 一般资料

2.1 样本采集

在样本采集过程中，为综合反映全磷渣胶结充填区域地下水受充填体重污染成分的影响，本研究中的液体样本选自2015-2017不同年份建成的充填挡墙周围的渗滤水。每个采样点取3个平行样品，共300 mL。同时，使用PP塑料瓶装液体样本。在采集样本前，使用硝酸润洗PP塑料瓶。样本采集完成后，在其中加入硝酸，比例为1:1，并将其进行冷冻保存。

采集充填料浆时，在浆体静置15 min后，取上清液。然后，使用0.45 um聚醚砜微孔膜对液体进行过滤。过滤后，滤液中的离子含量是参照值。

磷石膏以及胶凝材料是从某磷矿充填站制浆厂采集的，采用现场取样的方式。首先去除表层部分，然后选取3 kg固定样本，使用聚乙烯密封袋，将其封存。

2.2 测定方法

在样本测定的过程中，本研究主要采用紫外分光光度法、钼锑抗分光光度法、Ohaus ST20 pH计以及PF-202-C氟离子电极测定法等进行测定。

2.3 评价指标

本研究的评价指标包括对pH值、总磷、硫、铅以及氟等的评价。除此之外，还对水质进行评价，其评价标准采用的是国家地质矿产行业《地下水水质标准》（DZ/T0290-2015）的Ⅲ类水质标准。

3 试验研究

3.1 污染源

全磷渣胶结充填对地下水体污染的主要作用机制是磷石膏和胶凝材料中的污染成分的浸出。通过浸出试验，人们可以了解其在水体浸泡作用下可能溶出的有毒物质及其含量。笔者采用水平震荡的方法，以去离子水作为提取剂，展开试验。试验主要有5个步骤，具体如下。

（1）取适量的磷石膏和黄磷渣，将其研细，并将其放置在烘干箱中烘干。烘干箱温度设置为30℃。烘干结束后，过筛备用。

（2）液体体积与固体质量比为10:1，计算去离子水的体积。然后，将去离子水分别加入聚乙烯瓶中，进行充分搅拌，以保证其混合均匀。每组做3组平行试验。

（3）将瓶盖盖紧，然后固定在水平振荡器中。其中，设定的速率为(110±10)次/min，振幅为40 mm，温度为室温。24 h后取下，并静置30 min。

（4）使用0.45 um聚醚砜微孔膜对液体进行过滤。固体干燥后，将其存放在干燥器中。收集全部滤出液后，就是浸取液。

（5）对浸取液中的离子含量进行分析，获得试验结果，如表1所示。

表1 全磷渣胶结充填原料浸出液中的污染物浓度

3.2 污染成分

本研究选取3个样点进行取样，提升样本的代表性和准确性。将3个取样点样本测得的污染指标平均值作为污染指标浓度值，减少取样指标以及其他因素对取样检测结果的不良影响。通过对充填体渗滤水中污染物的成分以及浓度进行测定分析，笔者发现，充填体渗滤水中有F、Zn、Fe、Cr以及Mn等多种污染成分，并且污染浓度大多高于平均指标，如表2所示。

表2 不同年份充填体渗滤中的污染物浓度

4 结果与讨论

磷石膏是一种具有强酸性的固体废弃物，与胶凝材料发生水化反应后，充填体会呈现偏碱性。这种酸碱性会对水体中的污染物形态造成影响。因此，应对渗滤水酸碱度的演化规律进行了解。由表1可知，磷石膏的pH值是2.27，说明磷石膏中的磷酸会导致其水溶性呈现酸性。而胶凝材料浸出液的pH值则是12.54，说明胶结剂的整体水溶性是碱性。研究结果表明，磷石膏与黄磷渣依据4.5:1进行配比，与水混合后，其形成了浓度为50%的充填浆料。反应后，充填浆料呈碱性。由表2可知，2017年新充填的充填挡墙附近的渗滤水pH值高于前两年。

磷石膏中磷元素含量非常高，并且大部分均是可溶性磷。研究结果表明，流经充填体的渗滤水pH值会逐渐趋于中性，同时高浓度的磷含量是磷石膏地表露天堆存造成环境问题的主要原因。因此，磷是评价水体污染的重要指标，人们应给予高度的重视。研究还表明，Fe、Mn等元素能够被很好地固结在充填体中，随着时间的推移，其在渗滤水中的浓度逐渐降低，基本能够满足国家相关规定。

5 结论

全磷渣胶结充填方式能够在很大程度上降低工业废料中有害成分的溶出，有效缓解磷石膏堆积造成的环境污染。本文通过试验分析，对全磷炸胶结充填水中各种元素含量进行探究。试验结果表明，全磷渣胶结充填体固结后样本水质的pH值逐渐呈中性，磷石膏中的总磷含量会随着胶凝材料充填而呈现下降趋势；充填体渗滤水中F离子的来源为胶凝材料，在水化反应后，部分F离子能够固结于充填体中，随着时间的推移，F离子的含量会逐渐下降。总之，全磷渣胶结充填技术能够对工业废料磷石膏中的有害成分进行固化，能够提升磷石膏处理的环保性，使其有效地实现二次利用。

参考文献

1 王瑞波，刘红盼，尚志标.水淬磷渣不同气氛下的析晶动力学研究[J].化学工程师，2016，30（5）：19-22.

2 甘 蕾，李夕兵，范 昀，等.全磷渣胶结充填对环境的影响及其资源化利用[J].科技导报，2017，35（13）：84-89.

3 孙少鹏.磷渣在水泥工业中的应用研究[J].房地产导刊，2016，21（35）：12.