The large-scale, environmentally friendly utilization of phosphogypsum (PG) remains a global challenge. PG cemented paste backfill (PCPB) is a promising method to manage PG, but using ordinary Portland cement as the binder has drawbacks such as high cost, low mechanical strength, and high fluoride leaching risk. This paper presents a multi-source solid waste-based PCPB (MPCPB) material that enhances mechanical properties and reduces fluoride leaching risks. In MPCPB, industrial waste residues like steel slag (SS) and ground granulated blast furnace slag (GBFS) are used as precursors (SS: GBFS = 1:2). Additionally, 4–8 wt% CaO (relative to the dry weight of PG) is used as a neutralizing modifier and alkaline activator. The results indicate that an optimal amount of CaO can neutralize the residual acidity of PG, provide sufficient Ca(OH)2 for MPCPB hydration, and react with PG to produce significant amounts of AFt. Furthermore, CaO promotes the geopolymerization reaction between SS and GBFS, generating more calcium silicate hydrate (C-S-H) and calcium aluminate silicate hydrate (C-A-S-H) gels. Fluoride stabilization in MPCPB results from synergistic effects involving hydration reactions, complexation, ionic mobility, rearrangement, and physical adsorption. Notably, CaO enhances the conversion of free fluoride ions into stable compounds like fluorapatite, fluorite (CaF2), [AlF6]3-, and [FeF6]3- complexes. This approach offers a cost-effective, environmentally friendly, and efficient solution to the PG stockpiling challenge.

中文翻译：

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CaO改性下多源固废基磷石膏浆体充填体水化过程及氟化物固化机理


磷石膏 （PG） 的大规模、环保利用仍然是一个全球性挑战。PG 胶结膏体回填 （PCPB） 是一种很有前途的 PG 管理方法，但使用普通硅酸盐水泥作为粘合剂具有成本高、机械强度低、氟化物浸出风险高等缺点。本文介绍了一种多来源基于固体废物的 PCPB （MPCPB） 材料，可增强机械性能并降低氟化物浸出风险。在 MPCPB 中，钢渣 （SS） 和磨碎的粒化高炉渣 （GBFS） 等工业废渣被用作前驱体 （SS： GBFS = 1：2）。此外，4-8 wt% CaO（相对于 PG 的干重）用作中和改性剂和碱性活化剂。结果表明，最佳量的 CaO 可以中和 PG 的残余酸性，为 MPCPB 水合作用提供足够的 Ca（OH）2，并与 PG 反应产生大量的 AFt。此外，CaO 促进 SS 和 GBFS 之间的地聚合反应，生成更多的硅酸钙水合物 （C-S-H） 和铝酸钙水合物 （C-A-S-H） 凝胶。MPCPB 中的氟化物稳定作用是涉及水合反应、络合、离子迁移、重排和物理吸附的协同效应的结果。值得注意的是，CaO 增强了游离氟离子向稳定化合物的转化，如氟磷灰石、萤石 （CaF2）、[AlF6]3- 和 [FeF6]3- 络合物。这种方法为 PG 库存挑战提供了一种经济高效、环保且高效的解决方案。