磷尾矿基免烧轻骨料的绿色制备、微观结构及人体健康风险评估

为解决工业固废(Industrial Solid Waste, SW)堆积带来的安全隐患及传统建材制造面临的资源短缺与高能耗问题，研究人员以磷尾矿(Phosphorus Tailings, PT)和碱渣(Alkali Slag, SR)为原料，通过"全固废利用"理念制备免烧轻骨料(PT-LWA)。研究系统探究了混合水类型与养护条件对PT-LWA物理特性、微观结构及耐久性的影响，并采用健康风险评估模型评估重金属(Heavy Metals, HMs)的环境与健康风险。结果表明，90°C蒸汽养护下NS 12混合水制备的PT-LWA性能最优，吸水率13.67%、筒压强度10.5 MPa、软化系数0.945，符合中国标准GB/T 17431.1-2010要求，且致癌风险处于人体可耐受范围。该研究为固废资源化与低碳建材开发提供了新思路。

　　

随着全球城市化与工业化的快速发展，工业固废(SW)堆积问题日益严峻，其中磷尾矿(PT)作为磷化工生产的必然副产物，其综合利用率在我国仅10%。这些尾矿不仅占用大量土地，其含有的磷(P)、氟(F)、重金属(HMs)及放射性元素(U²³⁸, Ra²²⁶)还可能通过雨水冲刷污染土壤与水体，威胁生态环境与人体健康。与此同时，传统烧结轻骨料(LWAs)虽具有轻质高强等优点，却面临能耗高、废气处理难等问题。在此背景下，来自中国连云港的研究团队创新性地提出"全固废利用"方案，以PT为主原料，碱渣(SR)和矿粉(MP)为辅料，通过碱激发技术制备免烧轻骨料(PT-LWA)，相关成果发表于《Process Safety and Environmental Protection》。

研究团队采用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜-能谱联用(SEM-EDS)等技术表征材料微观结构，系统考察混合水类型(如NS 12)与养护条件(标准养护vs 90°C蒸汽养护)对PT-LWA性能的影响，并构建健康风险指数模型评估重金属迁移风险。

外观与物理特性
蒸汽养护使PT-LWA颜色由浅灰变为深灰，温度(T_sc)是关键影响因素。NS 12混合水制备的样品在90°C养护下性能最优：筒压强度达10.5 MPa，吸水率13.67%，表观密度1054.11 kg/m3，软化系数0.945，均满足中国标准GB/T 17431.1-2010要求。

微观结构分析
XRD显示PT-LWA中生成了水化硅铝酸盐凝胶(C-A-S-H)和沸石相，SEM观察到致密的网状结构，这是其高强度的物质基础。FTIR证实Si-O-Si和Al-O-Si键的形成，说明碱激发反应充分。

健康与环境风险评估
手-口摄入是HM非致癌风险的主要暴露途径，PT-LWA中重金属的致癌风险指数显示，成人与儿童风险值均低于可接受阈值。碳足迹分析表明该工艺较烧结法减排显著。

该研究不仅为PT资源化提供了绿色解决方案，其建立的健康-环境双风险评估模型更为固废基建材的安全应用提供了科学范式。通过优化养护制度与原料配比，PT-LWA实现了"性能-环保-经济性"三重突破，对推动建材行业低碳转型具有示范意义。