ПРЕИМУЩЕСТВО ПРИМЕНЕНИЯ ФОСФОГИПСА В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ADVANTAGE OF USING PHOSPHOGYPSUM IN ROAD CONSTRUCTION

Tatiana Khaliulina

student, Higher School of Industrial, Civil and Road Construction, Peter the Great St. Petersburg University,

Russia, St. Petersburg

Alina Zelenskaya

student, Higher School of Industrial, Civil and Road Construction, Peter the Great St. Petersburg University,

Russia, St. Petersburg

Sofya Alekhnovich

student, Higher School of Industrial, Civil and Road Construction, Peter the Great St. Petersburg University,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

Фосфогипс, являясь побочным продуктом производства фосфорных удобрений, представляет собой значительную экологическую проблему. Однако его использование в дорожном строительстве открывает новые перспективы для утилизации этого отхода и улучшения характеристик дорожных покрытий при снижении себестоимости строительства. В данной работе исследуются свойства фосфогипса и его потенциал в качестве минеральной добавки в дорожном строительстве.

ABSTRACT

Phosphogypsum, being a by-product of the production of phosphorous fertilizers, is a significant environmental problem. However, its use in road construction opens up new prospects for recycling this waste and improving the characteristics of road surfaces while reducing construction costs. In this paper, the properties of phosphogypsum and its potential as a mineral additive in road construction are investigated.

Ключевые слова: минеральные добавки; утилизация отходов; прочность дорожных покрытий.

Keywords: mineral supplements waste disposal; durability of road surfaces.

Актуальность.

Фосфогипс, являясь отходом производства фосфорных удобрений, представляет собой серьезную экологическую проблему. Однако, его применение в дорожном строительстве рассматривается как перспективный способ не только утилизировать этот отход, но и улучшить характеристики дорожных покрытий, снизив при этом себестоимость строительства. Фосфогипс является одним из возможных вариантов минеральных добавок, используемых в дорожном строительстве.

Цель работы – изучение свойств фосфогипса и перспектива его применения в дорожном строительстве.

Фосфогипс — это продукт, получаемый при производстве фосфорных удобрений. Он представляет собой гипс, содержащий в своем составе фосфорные соединения. Фосфогипс образуется в результате обработки фосфорных руд серной кислотой или фосфорной кислотой. Он добавляется в гипсовые смеси для улучшения их свойств, таких как прочность, устойчивость к влаге и огнестойкость. Фосфогипс также используют в процессе благоустройства дорог для возведения нижнего слоя асфальтового покрытия, там его применяют как минеральный материал. Важно отметить, что фосфогипс является экологически безопасным материалом, поскольку не содержит тяжелых металлов или других вредных веществ. Он может быть использован без опасности для здоровья людей и окружающей среды. Основной химический состав фосфогипса включает гидратированный кальций-сульфат и небольшие количества фосфора.

Состав фосфогипса:

• гипс CaSO4 – 94-95%,
• не разложенного апатита Са5(РО4)3 – 1,77%
• монокальцийфосфата - Са(Н2РО4)2 – 0,18%.

Физические свойства фосфогипса:

• белый или светло-серый цвет,
•  кристаллическая структура представлена в виде мелких игольчатых кристаллов.
• Мягкая и пористая структура
• Относительно низкая плотность
• Температура плавления составляет около 150 °C.
• Низкая твердость по шкале Мооса

Физико-механические свойствам фосфогипса, в зависимости от вида исходного сырья:

• предел прочности при изгибе, МПа,                        -1,5-5,0;
• прочность на сжатие, МПа,                                       -3,5-20,0;
• средняя плотность, кг/м3                                           -1600-2000;
• водопоглощение, %,                                                   -1-6;
• морозостойкость, циклов,                                          -25-150.

Анализ материала проводится следующими методами:

• Титрование: Используется для определения содержания кальция (Ca), сульфатов (SO4²⁻) и других ионов.

• Гравиметрический анализ: Применяется для определения содержания сульфатов путем осаждения их в виде BaSO₄.

• Спектрофотометрия: Позволяет определять содержание фосфатов (PO₄³⁻) и других ионов на основе измерения интенсивности поглощения или пропускания света растворами.

• Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС): Используется для определения содержания тяжелых металлов и других микроэлементов.
• Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА): Позволяет быстро и неразрушающе определить элементный состав образца.
• Рентгенофазовый анализ (РФА): Определяет фазовый состав фосфогипса, что важно для понимания его свойств.
• Инфракрасная спектроскопия (ИК-спектроскопия): Позволяет идентифицировать функциональные группы в составе материала.
• Термический анализ (ДТА, ТГА): Исследует поведение материала при нагревании и позволяет определить содержание кристаллизационной воды.

Таблица1.

Результаты анализа фосфогипса на содержание основных компонентов, масс. %

Определена возможность использования переработанного фосфогипса в качестве материала для насыпи с почвой путем проведения периодических и колоночных экспериментов по экотоксичности. Четыре вида организмов (A. salina, D. magna, O. latipes и S. capricornutum) были отобраны для эксперимента. Эффективная концентрация (EC50) D. magna была самой низкой и составила 1,29 мг/л. Выживаемость A. salina, D. magna и O. latipes составила более 90 % в присутствии фильтрата PG в колонке. Единица токсичности (TU) для трех организмов (A. salina, D. magna и O. latipes) составила менее 1, что указывает на отсутствие значительного эффекта экотоксичности. Соответствующее значение pH с PG было важным фактором для роста трех организмов. Эти результаты показали, что PG можно перерабатывать для использования в качестве насыпи и материала для захоронения отходов в смеси с почвой (табл. 3)

Таблица 2.

Концентрация тяжелых металлов и вредных веществ в фосфогипсе.

Таблица 3.

Концентрации веществ в фосфогипсе и составе грунтовых смесей.

Примечание: ФГ – фосфогипс; ТN – общая концентрация азота; TP – общая концентрация фосфора; НО – не обнаружено

Таким образом, можно утверждать, что ФГ хотя и имеет ограничения по применению для рекультивации земель, в чистом виде может быть безопасно применен для строительства автомобильных дорог. Применение фосфогипса в дорожном строительстве улучшает устойчивость дорожного покрытия. Он способствует улучшению связи между частицами грунта, что приводит к улучшению его прочности и устойчивости.

Применение фосфогипса в дорожном строительстве является актуальным и перспективным направлением, позволяющим решить ряд экологических и экономических проблем. Однако, для широкого внедрения этой технологии необходимо проводить дальнейшие исследования, разрабатывать нормативные документы и тщательно контролировать качество и безопасность дорожных покрытий.

Список литературы:

1. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие. Под общей редакцией доцента, кандидата технических наук И. К. Доманской. Екатеринбург. Издательство Уральского университета 2018.
2. Солдаткин С. И., Хохлов А. Е. К вопросу о возможности использования фосфогипса в дорожном строительстве // Недра Поволжья и Прикаспия. - 2018. - Вып. 93. - С. 73-76
3. Ковалев Я.Н., Яглов В.Н., Чистова Т.А., Гиринский В.В. Применение фосфогипса в дорожном строительстве.
4. ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ФОСФОГИПСА И ПОЛИГАЛИТА В ХИМИЧЕСКИЙ МЕЛИОРАНТ Л.К. Бейсембаева, Д.А. Смагулова, Г. Махмут, А.Т. Омаров, М.Р. Танашева
5. Park S.-H., Han B., Lee W.-B., Kim J. Environmental Impact of Phosphogypsum on the Ecotoxicity of A. salina, D. magna, O. latipes, and S. capricornutum // Journal of Soil and Groundwater Environment. 2016. Vol. 21. Issue 2. Pp. 15–21. DOI: 10.7857/ jsge.2016.21.2.015