磷石膏两步法处理：定向固化/稳定化与土壤资源化利用新策略

针对磷石膏(PG)酸性强、杂质毒害性高导致的资源化利用受限问题，研究人员创新性提出"固化稳定化-热解土壤化"两步处理法。通过5%生石灰定向固化有害物质（效率>90%），结合玉米秸秆共热解（900℃/20%/5h），使P、F浸出浓度分别降至0.5mg/L和1.2mg/L，同时释放N/P/K等植物有效元素（72/15/20mg/L），为PG大规模森林土壤应用提供新路径。

　　

磷石膏是磷化工行业产生的典型酸性大宗固废，全球年排放量达1.5亿吨，累计堆存量约60亿吨。这种以CaSO₄·2H₂O为主要成分的废弃物，因含有可溶性磷、氟及重金属等有毒有害杂质，长期堆存不仅占用土地，更会通过酸性和污染物释放导致土壤、水体及大气污染。尽管现有研究探索了建材、路基等利用方向，但受市场接受度低、成本高等因素制约，亟需开发大规模消纳新技术。

针对这一难题，中国研究人员在《Industrial Crops and Products》发表研究，创新性地将磷石膏处理与农业废弃物资源化相结合。研究采用"先固化后热解"的两步法：首先用5%生石灰中和酸性并固化有害物质，再与玉米秸秆共热解制备类土壤基质。通过系统考察温度（200-900℃）、生物质比例（20-70%）和时间（1-5h）对产物环境安全性和肥效的影响，结合XRD、FTIR等多维表征，揭示了污染物固化与养分释放机制。

关键实验技术包括：1）采用HJ 557-2010标准进行浸出毒性分析；2）Tessier五步连续提取法解析杂质形态；3）DTPA提取-原子吸收法测定有效态元素；4）X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征矿物相变；5）傅里叶红外光谱（FTIR）分析表面官能团。

【3.1 磷石膏固化稳定化处理】
生石灰处理使PGpH从3.1升至中性，Mn、Zn、Pb等重金属浸出浓度降低90%以上，P、F固化效率分别达95.8%和95.5%。通过XRD分析发现新生Ca(OH)₂和CaSO₄·0.5H₂O相，SEM显示颗粒从分散块状变为凝聚结构，比表面积达180m²/kg。

【3.2 温度对土壤化利用的影响】
900℃时共热解产物呈现"光滑红细胞"形貌，CaS衍射峰显著增强。该条件下P、F浸出浓度分别降至5.5mg/L和2.0mg/L，植物有效态Mn释放量达60mg/L，有机碳含量稳定在120mg/L，形成多孔结构利于微生物定植。

【3.3 生物质添加量的影响】
20%生物质比例时，重金属浸出浓度趋近于0，Ca、K有效态释放量分别达13,500mg/L和1350mg/L。FTIR显示1000cm^-1处C-S键振动峰增强，证实生物炭促进CaSO₄还原为CaS。

【3.4 热解时间的影响】
3h热解使Pb、Cr、Ni浸出浓度归零，氨氮和有机质含量分别稳定在63mg/L和45mg/L。SEM显示球形颗粒形成高比表面积多孔结构，XRD证实延长热解时间可增强CaS晶型转化。

该研究突破性地将危险固废转化为类土壤基质，创新点在于：1）创建"化学固化-热解稳定"协同处理新工艺；2）揭示CaSO₄高温还原为CaS的相变机制；3）实现污染物固化与养分释放的精准调控。虽然产物需补施钾肥完善营养配比，但为磷石膏规模化消纳提供了可行路径。未来研究可结合绿色能源降低热解成本，并通过微生物驯化进一步提升基质品质。