添加黄土对含镉冶炼废渣水泥固化效果的影响.pdf

2 0 1 5 年第1 1 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 鹃n ．1 0 0 7 ‘7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．11 ．0 1 9 添加黄土对含镉冶炼废渣水泥固化效果的影响 韦岩松，周爱素，林光德 河池学院，广西宜州5 4 6 3 0 0 摘要以黄土和石灰为添加剂研究了含镉废渣填埋用水泥固化的工艺规律，通过毒性浸出试验考察了不 同固化条件对固化效果的影响。结果表明，在水泥用量一定的情况下，用低于物料总量2 5 ％的黄土部 分替代水泥后固化效果变化不大；加入一定量石灰能有效增大固化能力；提高养护温度、延长养护时间 有利于增强固化效果。试验条件下固化块的适宜配比为废渣4 0 ％、水泥3 5 ％、黄土1 8 ％、石灰7 ％，所 制得固化块的镉离子毒性浸出浓度小于o ．1 1 86m g ／L ，可实现安全填埋。 关键词含镉废渣；黄土；水泥固化；毒性 中图分类号X 7 5 8 文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 1 1 0 0 7 5 一0 4 E f f e c to fL o e s sA d d i t i o no nC e m e n tS o l i d i f i c a t i o no fC a d m i u m b e a r i n g W a s t eR e s i d u e W E IY a n s o n g ，Z H O UA i s u ，L I NG u a n g d e H e c h iU n i v e r s i t y ，Y i z h o u5 4 6 3 0 0 ，G u a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t T e c h n o l o g i c a ll a wo fc e m e n ts o l i d i f i c a t i o no fc a d m i u m - b e a r i n gw a s t er e s i d u ef o rl a n d f i l lw a s s t u d i e dw i t hl o e s sa n dl i m ea sa d d i t i v e s ．T h ee f f e c to fd i f f e r e n ts o l i d i f i c a t i o nc o n d i t i o n so nc u r i n g e f f e c t w a si n v e s t i g a t e db yl e a c h i n gt o x i c i t ye x p e r i m e n t ．T h er e s u l t ss h o wt h a tl o e s sa d d i t i o no fl e s st h a n2 5 ％o f t o t a lm a t e r i a lc a np a r t l yr e p l a c ec e m e n tw i t h o u tc h a n g i n gc u r i n ge f f e c ti nt h ec a s eo fc e r t a i na m o d n to f c e m e n t ． C u r i n ga b i l i t yc a nb ee f f e c t i v e l ye n h a n c e db ya d d i n gc e r t a i na m o u n to f1 i m e ．I n c r e a s i n gc u r i n g t e m p e r a t u r ea n dp r o l o n g i n gc u r i n gt i m ec a ne n h a n c ec u r i n ge f f e c t ． T h et o x i c i t y1 e a c h i n gc o n c e n t r a t i o no f c a d m i u mo fc u r i n gb l o c k si sO ．1 186 m g ／Lb e l o ww i t hs a f el a n d f i l l i n gu n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s i n c l u d i n gw a s t es l a go f4 0 ％，c e m e n to f3 5 ％，1 0 e s so f1 8 ％，a n dl i m eo f7 ％． K e yw o r d s c a d m i u m - b e a r i n gw a s t er e s i d u e ；l o e s s ；c e m e n ts 0 1 i d i f i c a t i o n ；t o x i c i t y 锌铟冶炼过程所产生的废渣中常含镉、砷等有 毒重金属元素[ 1 ] 。在废渣的堆存或处理过程中，由 于溶解、渗流作用[ 2 ‘3 ] ，部分重金属会向周围的土壤、 水体迁移释放，形成重金属污染。国内外对冶炼废 渣处理的主要方法包括综合回收、固化填埋和资源 化利用[ 4 ] 。由于废渣物相结构复杂、有价金属含量 偏低，综合回收和资源化利用的技术难度较大，成本 偏高，故安全填埋仍是含重金属冶炼废渣的处置方 收稿日期2 0 1 5 一0 5 一0 7 基金项目广西自然科学基金项目 2 0 1 3 G X N S F A A 0 1 9 2 8 9 作者简介韦岩松 1 9 6 4 一 ，男，广西环江人，硕士，副教授． 法之一L 5 j 。 实现安全填埋的条件是对废渣进行固化一稳定 化处理。水泥固化法是一种较为成熟的有害废物处 理方法[ 6 ] ，通过将废渣与无机胶结材料水泥进行混 合，利用水泥的水化作用和水硬胶凝作用，将污染物 包裹固定在低渗透性的基材中，形成具有一定形状 和强度的固化块[ 7 ] ，既方便堆码填埋又可降低废渣 中各种重金属的浸出。 万方数据 7 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第1 1 期 研究发现，水泥固化块若使用纯水泥或高比例 水泥固化方案，能获得很高的抗压强度和很好的固 定稳定化效果邛] ，但处理成本较高，固化填埋的技 术经济指标不合理，因而有必要寻找廉价易得的添 加材料和简单可行的替代方案。 黄土是一种天然粉质黏土，在我国分布广泛，蕴 量丰富[ 9 ] 。黄土的主要成分为碳酸盐，构成黄土颗 粒表面包裹物和胶结物的黏土矿物拥有较高的分散 性和较大的表面积，使黄土具有显著的黏着性和吸 附性口0 | ，同时黄土中还含有许多高分散活性、强亲 水性的有机物质，可与黏土矿物形成有机质复合体， 参与黏土物质的胶结作用[ 1 卜1 2 ] 。 为探明以黄土部分替代水泥用于冶炼废渣填埋 固化以降低成本的可行性，本文在常规水泥固化方 案中添加不同剂量的黄土和石灰进行试验，研究固 化体在不同添加量和不同养护条件下重金属镉的毒 性浸出规律，寻找适合直接填埋的添加黄土水泥固 化新方案。 1 材料与方法 1 ．1 试验原料 为最大限度了解固化效果，选用含镉量相对较 高的锌冶炼一段铜镉渣为试验原料，取自广西河池 南丹某冶炼厂废渣堆场，经干燥、破碎、研磨，过 o ．1 7 5m m 筛，其主要金属含量为 ％ 锌4 2 ．2 6 、铅 1 ．9 4 、砷o ．1 3 、锑o ．0 2 、铜o ．2 6 、镉4 ．7 1 。 试验使用的水泥为广西鱼峰水泥厂生产的 4 2 ．5M P aR 早强水泥。黄土取自广西河池宜州市 郊区某丘陵，以梅花采样法从距离地表5 0c m 处采 集，样品经干燥、除杂、破碎、研磨等处理，过o ．1 7 5 m m 筛。黄土的主要化学成分 ％ S i 0 。5 8 ．8 5 、 A 1 2 0 31 4 ．6 5 、F 0 2 0 34 ．3 4 、C a O5 ．1 3 、M g O1 ．1 3 。 1 ．2 试验设备 A E 2 4 0 S 分析天平；H z Q C 型空气浴振荡器； P H S _ 3 C 精密酸度计；S H Z D ㈣循环水多用真空泵； 3 L A M B D A7 5 0 S 5 U V V I S8 4 5 3 紫外／可见／ 近红外分光光度计等。 1 ．3 试验方法 1 ．3 ．1 固化成型 准确称取2 0g 废渣于烧杯中，按配料比分别加 入水泥、黄土或石灰，搅拌至均匀，加适量水快速拌 匀，然后压块装模。固化体2 4h 后脱模，在阴暗干 燥的环境中养护，在第1 天、7 天、2 8 天时分别取样 进行毒性浸出试验。 1 ．3 ．2 固化体毒性浸出 将试样块破碎磨细，根据H J5 5 7 2 0 1 0 和H J ／ T 2 9 9 2 0 0 7 国家标准的操作步骤，以质量比为2 1 的浓硫酸和浓硝酸配制p H 一3 ．2 0 o ．0 5 的混合溶 液为浸提剂，按液固比一1 0 1 L ／k g 将试样与浸 提剂混合，于锥形瓶中置恒温振荡器中旋转震荡 1 8 2 h ，取下后用压力过滤和滤膜过滤得到浸出 液，采用紫外分光光度法测定浸出液中镉含量，以判 定固化体的固化效果。 2 结果与分析 2 ．1 水泥一废渣比对固化效果的影响 选择不同的水泥一废渣比，在水灰比为o ．3 5 下 制作水泥一废渣固化块，养护1 天后按固化体毒性 浸出试验方法测定浸出液中镉的浓度，结果见表1 。 表1 水泥一废渣比的影响 T a b l elE f f e c to fr a t i oo fc e m e n tt os l a g 序号 1 2 3 4 5 6 7 水泥／％铜镉渣／％ 镉浓度／ m g L 一1 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 可见，随着水泥比例的减小，固化块镉离子的浸 出浓度逐渐升高，固化效果降低。兼顾成本和效果， 选取水泥用量为6 0 ％、铜镉渣为4 0 ％作为试验的基 础比例。 2 ．2 黄土用量对固化效果的影响 废渣比例固定为4 0 ％，用黄土部分取代水泥， 保持黄土、水泥总量为6 0 ％，按以上试验成形方法 做出固化块，在自然条件下放置1 天，做毒性浸出试 验。结果如表2 所示。 表2 黄土加入量的影响 T a b l e2E f f e c to fd o s a g eo f l o e s s 序号水泥／％黄土／％镉浓度／ m g L 一1 万方数据 2 0 1 5 年第1 1 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 7 由表2 可知，当水泥用量一定时，可以加入适量 的黄土以替代部分水泥，固化块的固化效果下降不 多。随着黄土取代水泥量的增加，浸出液镉离子浓 度逐渐增大。虽然黄土也具有一定的胶结和吸附作 用，但其对固化效果的贡献不足以弥补因水泥用量 的减少而导致固化效果的降低，故镉离子的浸出浓 度仍逐渐增大；当黄土用量超过水泥量时，镉离子浸 出浓度开始大幅上升，固化块的硬度、抗压强度明显 下降。可见黄土取代水泥的比例不宜过大，黄土加 入量应低于总量的2 5 ％。本试验取适宜配比为铜 镉渣4 0 ％、水泥3 5 ％、黄土2 5 ％。 2 ．3 石灰用量对固化块毒性浸出的影响 在上述适宜配比下，保持废渣4 0 ％、水泥3 5 ％ 不变，用部分石灰替代黄土，两者总量为2 5 ％，考查 石灰加入量对固化块固化效果的调整作用，结果见 表3 。 表3 石灰添加量的影响 T a b l e3E f f e c to fd o s a g eo fl i m e 序号黄土／％石灰／％镉浓度／ m g L1 表3 数据显示，加入一定量的石灰能有效地减 少固化块镉离子的浸出浓度。这是由于在有水条件 下石灰能与黏土发生系列物理化学作用[ 13 ’1 4 ] ，使黄 土的塑性、膨胀性降低，水稳性、密实性和强度增大， 从而增强固化块的固化能力。当石灰加入量为总量 的7 ％时固化效果最佳，之后再加入石灰，镉离子的 浸出率反而会缓慢升高，其原因在于过量的石灰沉 积在黄土颗粒间的空隙中以自由灰的形式存在[ 1 5 | ， 导致料块强度的下降及塑性的增大。故石灰的适宜 添加量为7 ％～8 ％。 2 ．4 养护温度对固化效果的影响 由于处理后的废渣固化块将进行填埋或直接堆 放，主要受季节变化及浅层地表温度的影响，因此， 试验取1 0 、2 0 、3 0 、4 0 ℃共4 个养护温度条件，在废 渣4 0 ％、水泥3 5 ％、黄土1 8 ％、石灰7 ％的配比下制 作固化块，恒温养护3 天后进行毒性浸出试验。在 上述4 个养护温度下，镉浓度分别为o ．1 0 6o 、O ．0 9 6 2 、o ．0 9 02 、o ．0 8 64m g ／L 。可见，当养护温度升高 时，固化效果有所提高，夏季更有利于固化作业。 2 ．5 养护时间对固化效果的影响 为了分析养护时间对固化效果的影响，在室温 下对上述适宜配比的固化块分别养护1 、3 、7 、1 5 、2 8 天，通过毒性浸出试验测定隔离子浸出浓度。在上 述养护时间下，镉浓度分别为0 ．1 1 86 、o ．0 9 62 、 o ．0 8 03 、o ．0 7 4o 、o ．0 5 8 8m g ／L 。可知，随着养护 时间的增加，镉离子浸出浓度呈减小趋势，延长养护 时间有利于固化效果的增大。固化后镉离子最大浸 出浓度低于G B 5 0 8 5 ．3 2 0 0 7 危险废物鉴别标准中 规定的固体废物危险特性技术指标中镉浓度的限 值，固化块毒性浸出安全指标符合填埋要求。 3结论 1 在对废渣进行填埋固化处理时，随着水泥用 量的减少，固化块的固化效果逐渐降低。 2 当水泥用量一定时，加入适量的黄土替代部 分水泥以降低成本，但黄土加入量应低于总料量的 2 5 ％，加入一定量的石灰能有效减少固化块镉离子 的浸出浓度，增大固化能力。 3 提高养护温度、延长养护时间有利于增强固 化效果。 4 固化块的最适宜配比为废渣4 0 ％、水泥 3 5 ％、黄土1 8 ％、石灰7 ％，制得固化块的镉离子毒 性浸出浓度小于o ．1 1 86m g ／L ，低于G B5 0 8 5 ．3 2 0 0 7 中规定的限值，可以实现安全填埋。 参考文献 [ 1 ] 韦岩松，吕雪丽，王振峰，等．锌铟冶炼过程中镉砷的流 向及在废渣中的分布[ J ] ．湿法冶金，2 0 1 4 ，3 3 3 2 1 9 2 2 1 ． [ 2 ] L E IL i a n g q i ，S O N GC i a n ，X I EX i a n g 一1 i ，e ta 1 ． A c i d m i n ed r a i n a g ea n dh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o ni ng r o u n d w a t e ro fm e t a ls u I f i d em i n ea ta r i dt e r r i t o r y B Sm i n e ， w e s t e r nA u s t r a l i a [ J ] ．T r a n s a c t i o n so fN o n f e r r o u s M e t a l sS o c i e t yo fC h i n a ，2 0 1 0 ，2 0 8 1 4 8 8 1 4 9 3 ． [ 3 ] B a u m a n nT ，F r u h s t o r f e rP ，K l i e nT ，e ta 1 ． c o u o i da n d h e a v ym e t a lt r a n s p o r ta t1 a n d f i l ls i t e si nd i r e c tc o n t a c t w i t hg r o u n d w a t e r [ J ] ．w a t e rR e s e a r c h ，2 0 0 6 ，4 0 1 4 2 7 7 6 2 7 8 6 ． [ 4 ] 谢毅，郝海松．试析我国危险废物处置技术研究进展 [ J ] ．化学工程与装备，2 0 0 8 1 2 1 1 5 1 1 8 ． [ 5 ] 高艳玲．固体废物处理处置与工程实例[ M ] ．北京中国 万方数据 7 8 有色金属 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c i n a t e dC h i n e s el o e s s [ J ] ．J o u r n a lo fH a z a r d o u sM a t e r i a l s ，2 0 0 9 ，1 6 1 2 ／3 8 2 4 8 3 4 ． [ 1 2 ] 查甫生，刘晶晶，崔可锐，等．水泥固化稳定重金属污染 土的工程性质试验研究[ J ] ．工业建筑，2 0 1 2 ，4 2 1 1 7 4 7 7 ．1 1 0 ． [ 1 3 ] 汪文莉，曾宪伟，索旭方．生石灰改良粘性土的作用机 理[ J ] ．山西交通科技，2 0 0 3 5 1 6 1 7 ． [ 1 4 ] 徐实，杨有海，耿煊，等．石灰改性黄土的强度特性试验 研究[ J ] ．兰州交通大学学报自然科学版，2 0 0 6 ，2 5 6 9 7 1 0 0 ． [ 1 5 ] 王建华，高玉琴，唐剑潇．路基填料石灰改良土弹性波 速与压缩强度的相关性[ J ] ．天津大学学报，2 0 0 7 ，4 0 4 3 9 9 4 0 4 ． 上接第6 8 页 [ 5 ] 梁俊宁，李文慧，葛毅，等．铅锌冶炼厂不同工艺铅元素 粒径分布特征[ J ] ．环境科学，2 0 1 4 ，3 5 8 2 8 8 3 2 8 8 9 ． [ 6 ] 李文慧，刘杰，常鹏利，等．某铅锌冶炼厂开放源颗粒物 及重金属粒径分布特征[ J ] ．科学技术与工程，2 0 1 4 ，1 4 1 5 1 1 4 一1 2 8 ． [ 7 ] 刘勇，王成军，刘华，等．铅锌冶炼厂周边重金属的空间 分布及生态风险评价[ J ] ．环境工程学报，2 0 1 5 ，9 1 4 7 7 4 8 4 ． [ 8 ] 刘勇，王成军，冯涛，等．重金属在铅锌冶炼厂内的空问 分布及污染评价[ J ] ．西北大学学报自然科学版，2 0 1 4 ， 4 4 1 1 3 3 1 4 0 ． [ 9 ] 贾小梅，何磊，舒艳，等．铜冶炼企业重金属污染物粒径 分布特征研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 5 8 6 7 7 2 ． [ 1 0 ] 李韧，陈谦，等．高斯反推模式在铜冶炼企业无组织大 气污染源重金属排放量估算中的应用[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 1 1 9 1 1 ． 有色金属 冶炼部分 人选2 0 1 4 年版 中文核心期刊要目总览 中文核心期刊评选是依据文献计量学的原理和方法，由国家图书馆、中国科学院图书馆、北京地区十几 所高校图书馆、中国社会科学院文献信息中心、中国人民大学书报资料中心、中国学术期刊 光盘版 电子杂 志社、中国科学技术信息研究所、北京万方数据股份有限公司等相关单位参与，运用科学方法对各种刊物在 一定时期所刊载论文的学术水平和学术影响力进行综合评价的科研活动。2 0 1 4 年中文核心期刊要目总 览采用被索量、被摘量、被引量、他引量、被摘率、影响因子、他引影响因子、被重要检索系统收录、基金论文 比、W e b 下载量、论文被引指数、互引等1 2 个评价指标，选作评价指标的统计源的数据库及文摘刊物达5 0 余种，统计到的文献数量共计6 5 亿余篇次，涉及7 4 个学科期刊1 4 7 2 8 种，参加评审的学科专家达3 7 0 0 多 位，经过定量筛选和专家定性评审，从我国正在出版的中文期刊中评选出1 9 8 3 种核心期刊作为核心期刊。 有色金属 冶炼部分 入选2 0 1 4 年版中文核心期刊要目总览。 万方数据