目前，全球每年的疏浚量超过20亿吨，而中国的年疏浚量已超过10亿立方米，并且由于水利工程、港口扩建和生态疏浚的需求而持续增加[1]。疏浚污泥具有高含水量、低渗透性和较差的承载力[2],[3]，这使得自然沉降变得困难。因此，安全处置和资源化利用疏浚污泥变得十分紧迫[4],[5]。填埋不仅占用大量土地资源，还会使污泥中的铅、铬和镉等重金属随雨水渗出，污染地下水[6],[7]。常见的疏浚污泥大规模处理方法包括物理脱水[8],[9]和化学固化[10],[11],[12]。物理方法耗时较长，且生成的滤饼承载力较低，不适合大规模机械施工。相比之下，化学方法通过污泥与固化剂之间的反应形成水泥质结构并增强晶体，从而提高固化土壤的承载力。基于水泥的固化是一种传统的工业技术，可以快速提高污泥的承载力。然而，水泥生产能耗高且碳排放量大，这与“减少碳排放”的战略严重冲突。因此，寻找低碳和环保的材料来替代水泥至关重要[13],[14]。
工业固体废物中的化学成分可以类似于水泥的方式促进污泥的水化反应[15],[16],[17]，使其成为完全替代水泥的最有前景的材料[18],[19],[20]。Niraula等人[21]研究了废石粉和水泥的联合使用，以提高高塑性污泥的工程性能。结果表明，添加废石粉显著改善了污泥的塑性和压实特性，90天时的无约束抗压强度提高了19.4倍以上。Maierda等人[22]研究了半水化磷石膏（HPG）、磨碎的高炉矿渣（GGBFS）和波特兰水泥（PC）联合使用对废弃河泥（WRS）的固化/稳定效果。结果表明，随着GGBFS含量的增加，固化砖的力学性能得到提升，而PC/GGBFS比例降低时，抗酸/碱腐蚀性和抗冻融性也有所提高。已有研究探讨了各种工业固体废物（如粉煤灰、煤矸石、冶炼渣和氟石膏（FG）对污泥的固化效果[23],[24],[25]。然而，这些材料大多作为水泥的辅助成分使用，而不是单独的固化剂。
氟石膏是氢氟酸生产的副产品，主要由无水硫酸钙组成。由于其水化活性低和水化速率极慢，氟石膏不能直接用作水泥质材料[26],[27]。传统的物理活化方法（如球磨和研磨）不仅繁琐，而且能耗高且成本高昂。此外，物理活化无法中和酸性环境（pH约2.3），这可能导致氟石膏中的F⁻离子渗出，进而引起泛碱现象和强度下降。因此，需要活化剂来提高其水化活性和硬化性能。近年来，低碳排放的碱性金属氧化物和氢氧化物（如碳化钙渣和纯碱）因其低成本和优异的固化效果而受到研究关注[13],[28],[29]。特别是碳化钙渣含有Ca(OH)₂，可以中和氟石膏的强酸性环境，将系统pH值提高到10~12，为氟石膏的溶解创造有利条件。此外，氟石膏中的可溶性氟可以吸附在二水石膏表面，减弱晶体间的静电吸引力，从而增加孔隙率[30]。碳化钙渣提供的Ca²⁺离子与F⁻离子结合形成惰性的CaF₂固溶体，从而降低渗滤液中的F⁻离子浓度。然而，碳化钙渣中的硫在酸性条件下会产生难闻的有毒H₂S气体，并可能含有重金属元素，这限制了其应用范围。同时，贝壳废弃物在分解过程中会产生难闻的气味，其资源利用率低于20%。经过高温煅烧后，贝壳粉主要含有氧化钙（CaO），也可以作为氟石膏的碱性活化剂[31]。贝壳粉还在稳定固化沉积物的力学强度方面发挥了重要作用[32]。
本研究使用贝壳粉作为工业固体废物氟石膏的活化剂，并将其应用于疏浚污泥的固化，实现了三种固体废物的资源化利用。系统研究了固化剂用量、环境温度和养护时间对固化过程中化学成分和水分类型变化的影响。阐明了贝壳粉-氟石膏复合固化剂对污泥的作用机制，并考察了放大试验和水饱和试验中力学性能和微观结构的变化。此外，还测量了固化土壤渗滤液中腐蚀性离子（如H⁺、Ca²⁺和Cl⁻）以及重金属离子和F⁻离子的浓度，为该技术的长期使用性和环保性提供了数据支持。这些发现为使用贝壳粉-氟石膏复合固化剂处理污泥的不同应用场景提供了科学依据。
