多源工业固废协同制备生态胶结膏体充填材料：性能优化、水化机制与环境效益

为解决传统胶结膏体充填（CPB）技术中波特兰水泥（PC）高碳排放、成本高昂及固废利用率低等问题，研究人员通过协同利用磷石膏（PG）、黄磷渣（YPS）和电石渣（CS）开发了100%固废基生态胶结膏体充填材料（ECPB）。研究发现，CS激活的YPS显著提升ECPB工作性与力学性能，而PG中F? 等污染物通过中和、沉淀等途径被有效固化。该研究为矿山绿色开采提供了低碳、低成本的新型技术方案，兼具环境与经济效益。

　　

矿山开采在推动工业发展的同时，也带来了采空区塌陷、酸性废水污染等环境问题。胶结膏体充填（CPB）技术虽能利用固废提升矿山安全，但其依赖波特兰水泥（PC）作为胶凝材料，导致碳排放高、成本攀升。全球每年产生数亿吨磷石膏（PG）、黄磷渣（YPS）等工业固废，传统处理方式利用率不足27%，且残留的氟（F^?
）、重金属等污染物威胁生态环境。如何实现固废高值化利用并降低CPB碳足迹，成为矿业可持续发展的关键难题。

针对这一挑战，昆明理工大学联合云天化集团的研究团队在《Powder Technology》发表论文，提出以PG、YPS和电石渣（CS）为原料制备100%固废基生态胶结膏体充填材料（ECPB）。通过力学测试、扫描电镜（SEM）、压汞孔隙测定（MIP）等技术，系统评估了ECPB的性能与水化机制，并分析了污染物固化效率。

性能优化与机理探索
研究发现，CS的强碱性（Ca(OH)₂
）可激活YPS中CaO-SiO₂
的胶凝活性，显著提升ECPB的流动性与抗压强度。PG中CaSO₄
·2H₂
O虽会延缓水化，但与CS反应生成钙矾石（AFt）增强结构稳定性。FT-IR分析显示，CS水解产生的OH^?
促进YPS中硅氧键断裂，形成更多C-S-H凝胶。

污染物协同固化
PG中F^?
等污染物通过四种途径被固定：CS中和酸性、生成CaF₂
沉淀、C-S-H吸附及凝胶包裹。MIP数据表明，高YPS含量样本孔隙率降低17.6%，证实致密结构对污染物的物理封锁作用。

环境效益量化
与PC基CPB相比，ECPB的碳足迹降低89%，成本减少62%。生命周期评估显示，每吨ECPB可消纳1.2吨工业固废，避免0.5亩土地占用风险。

该研究首次构建了PG-YPS-CS多固废协同体系，揭示了碱性激活-水化反应-污染物固化的耦合机制。ECPB技术为矿山绿色转型提供了可推广的解决方案，同时为《巴黎协定》减排目标贡献了实践路径。未来研究可进一步优化固废配比，探索纳米材料对ECPB性能的增强作用。