磷矿石在高温下反应被还原制取黄磷从而产生一种工业副产物为磷渣，每生产1 t黄磷，就要排放8～10 t磷渣[1]。目前，全世界一般黄磷生产能力约1 500 kt/a，我国的黄磷生产能力超过1 200 kt/a，大约为全球黄磷生产能力的80%以上，居世界第1位。磷渣资源遍及我国多省，其中贵州、湖北、云南等省每年都要排出大量磷渣，每年排放的废渣大约为500万t。数量居多的废渣若不加以利用，堆放在露天占用大量的耕地，而且堆放的磷渣在雨水冲洗下，氟、磷的溶出会造成环境污染[2]。综合利用磷渣不仅可以降低黄磷生产成本，而且可以将资源变废为宝。该文介绍了磷渣的产生、磷渣的活性及其影响因素，并对磷渣在水泥工业中的综合利用情况进行了综述。我国当前公路建设发展迅速，如果磷渣能在公路工程中得到大量利用，将成为另一种磷渣综合利用的有效途径[3]，因此文中也探讨了利用磷渣生产路面基层稳定专用水泥的可行性。

1 磷渣的产生及其特征

1.1 磷渣的制取

磷渣的制取一般使用电炉法，在高温下得到硅酸钙为主要成分的熔融物，在低温下急速冷却，形成了粒状电炉磷渣[4]。黄磷生产的方程式为

式中，焦炭C作为P的还原剂，SiO2和CaO反应，生成了易熔炉渣CaSiO3。

离炉前的磷渣大约温度在1 300～1 400 ℃之间，呈熔融状态，经水淬急剧冷却后，体积快速地收缩，从而破裂形成碎粒状结构，快速冷却，进而固化、由于结晶过程缺乏时间，致使水淬磷渣呈非晶态结构。粒状磷渣主要为玻璃体结构，多呈白色至淡灰色，玻璃光泽，比重为2.90～3.00，松散容重1.0～1.30 kg/L，莫氏硬度在5左右，堆积密度在0.8～1.0 t/m3之间，粒径在0.5～5 mm左右，有多种不规则形状，偏光镜观察呈碎粒结构，无结晶相。块状磷渣的形成为高温熔融渣自然慢冷，多呈淡灰色至灰色，有气孔和晶洞，并在其中广泛存在晶簇，硬度较大[5]。

1.2 磷渣的化学组成

表1为国内外磷渣的主要化学成分。受黄磷生产原料和生产工艺的影响，各地磷渣的化学组成略有不同。其中主要成分是CaO和SiO2，由表1知CaO与 SiO2总量达86.74%～94.85%，其中SiO2/CaO为1.16～1.46。其次Al2O3 2.5%～5%，Fe2O30.2%～2.5%，MgO一般在0.5%～3%之间，F含量在2.5%左右，一般P2O5含量为1%～4%。光谱分析结果[6]中显示磷渣中含有较多微量元素如：Mn、Ti、Ba等。由于各个厂家生产条件不同，因而成分波动显著。

表1 国内外磷渣的主要化学成分 w/%产地SiO2CaOAl2O3Fe2O3MgOFP2O5TiO2贵州贵阳湖北兴山宁夏云南昆明陕西日本意大利

1.3 磷渣的矿物组成

通过SEM扫描电镜分析以及偏光显微镜分析，磷渣经过急冷后大约含有85%～90%的玻璃体，除此之外还有少量结晶。潜在矿物相主要包括假硅灰石(α-CaO·SiO2，β-2CaO·SiO2，5CaO·3A12O3)、枪晶石(3CaO·SiO2·CaF2)以及少量磷灰石，结晶相中含有磷酸钙、假硅灰石、石英、硅酸三钙以及硅酸二钙等。经X射线衍射分析，经过慢冷处理的磷渣中的主要矿物成分为环硅灰石、枪晶石、以及少量的硅酸钙(两种Ca2SiO4，Ca8Si5O18)。

2 磷渣水化活性分析

粒化磷渣是一种活性渣，经过急冷的粒状磷渣因其玻璃体结构具有较高的潜在活性；而慢冷磷渣结构稳定，活性极低[7]。

2.1 化学组成对磷渣活性的影响

研究磷渣的玻璃相结构对于解释磷渣的活性具有非常重要的意义。磷渣中主要玻璃相的化学组成是CaO-SiO2-A12O3。它的化学成分以及玻璃相含量与矿渣较为接近，不同的是磷渣的钙硅比值却低于矿渣，这应该是导致磷渣的早期活性没有矿渣好的原因之一，但在后期则趋于接近[8]。而在磷渣中，钙硅比(CaO/SiO2)高的早期强度高，后期同样趋于接近。同时，磷渣中的A12O3含量比矿渣低很多，在水淬渣玻璃体中的Si—O键比A1—O键的键强大，激发剂能够更好地溶解分散，当A1周围的配位数为6时，铝氧八面体的键强变得更小，大约为Si—O键的一半左右，活性变得更高，当磨细的磷渣与一定浓度的极性OH-溶液接触时，铝氧四面体和铝氧八面体早于硅氧四面体被溶解、分散，主要表现为早期活性更好。磷渣中的A12O3含量较低，显然也是早期强度没有矿渣好的原因。除此之外，Mg2+均匀地分布在玻璃体网状结构的空穴之中，形成了不均匀物相，加剧了玻璃体中微晶相的无规则排列，但是磷渣中MgO含量较低，其玻璃体中规则化程度要高于矿渣，因而影响它的活性。最后CaO在一些磷渣中的含量也要低于矿渣，因此也会产生类似的影响。

文章来源：《中国资源综合利用》 网址: http://www.zgzyzhly.cn/qikandaodu/2021/0121/839.html