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水泥基复合材料对铬污染土壤的固化/稳定化研究

徐小希  
【摘要】:铬及其化合物在工业生产的各个领域广泛应用,由此产生了大量的铬污染土壤。铬污染土壤含有Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ),尤其是Cr(Ⅵ),对环境危害极大,对铬污染土壤的治理,是环境保护的重大课题。在铬污染土壤处置的各种方法中,固化/稳定化方法是该领域的研究热点之一 本文通过无侧限抗压强度与毒性检测试验,研究了硅酸盐水泥胶凝材料、辅助性胶凝材料及还原剂对铬污染土壤的固化或稳定化效果,并结合XRD、XPS、SEM、DTA等微观分析,探讨了相应的固化/稳定化机制。结果表明: ①硅酸盐水泥熟料和高铝水泥熟料对铬污染土壤均有明显的固化效果,随熟料掺量增加,固化体强度提高,总铬和Cr(Ⅵ)浸出浓度降低。高铝熟料的固化效果比硅酸盐熟料略差; ②土壤中单掺矿渣、铜渣和钢渣等辅助性胶凝材料,总铬和Cr(Ⅵ)浸出浓度降低;与单掺硅酸盐熟料相比,以适量的矿渣、铜渣和钢渣等量取代硅酸盐熟料,固化体强度有所降低,但幅度不大,而总铬和Cr(Ⅵ)浸出浓度,在低掺量时基本与单掺硅酸盐熟料一致,而高掺量时有所提高,三种辅助性胶凝材料钢渣优于铜渣,铜渣优于矿渣。说明在一定量下,可以用矿渣、铜渣和钢渣等辅助性胶凝材料取代硅酸盐熟料使用,从而降低处理成本; ③亚硫酸盐、硫化盐等还原剂对铬污染土壤中Cr(Ⅵ)的还原效果差,但亚铁盐效果良好。亚铁盐虽然显著降低Cr(Ⅵ)的浸出浓度,但随着养护龄期增长,其存在反弹现象; ④将亚铁盐与胶凝材料复掺使用,不仅可以获得较高的固化体强度,而且总铬和Cr(Ⅵ)浸出浓度很低,不随时间反弹。例如:复掺0.0075molFeCl2与30%熟料时,7d和28d的强度分别为16.2MPa和17.8MPa,7天Cr(Ⅵ)浓度为0.41mg/l,总铬为0.46mg/l,28天时Cr(Ⅵ)浓度为0.45mg/l,总铬为0.48mg/l,从7天到28天Cr(Ⅵ)浓度增加0.04mg/l,Cr(Ⅲ)降低0.02mg/l。复掺强度与单掺硅酸盐熟料相比保持一致,而总铬和Cr(Ⅵ)浸出浓度不仅低于1.5mg/l和0.5mg/l,且基本上不存在反弹; ⑤固化/稳定化作用主要取决于两个方面:一是其胶凝性,即其熟料水化产物对土壤颗粒的包裹和对孔隙的填充,从而阻止铬离子的渗出;二是其还原性,亚铁盐或辅助性胶凝材料中含有亚铁等还原性物质,使Cr(Ⅵ)被还原为不易移动的Cr(Ⅲ),降低Cr(Ⅵ)浸出浓度。 通过本文的研究表明,利用胶凝材料、辅助性胶凝材料和还原剂复合,对铬污染土壤具有良好的效固化/稳定化效果,是一种具有潜力的资源化利用的途径。


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