【摘要】：有色金屬礦物的采、選、冶過程產(chǎn)生的含砷廢渣在堆存過程中易受降水、風(fēng)力等自然力作用而重新溶出進(jìn)入環(huán)境,造成嚴(yán)重的二次環(huán)境污染。固化/穩(wěn)定化技術(shù)是國際上處理有毒有害固體廢物的主要方法之一,傳統(tǒng)水泥基材料因其工藝簡單、成本較低被廣泛采用,但其存在耐久性差、固化容量低等缺陷。鑒于此,本研究根據(jù)不同含砷廢渣(砷鈣渣和砷鐵渣)的理化特性,利用礦渣-粉煤灰基堿激發(fā)膠凝材料和銅渣基草酸鹽酸堿水泥分別對其進(jìn)行固化處理,以期在解決含砷廢渣固化穩(wěn)定化的同時(shí),實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”、“以廢治污”。采用礦渣-粉煤灰基堿激發(fā)膠凝材料為基體材料,對砷鈣渣進(jìn)行固化處理。研究并獲得了較佳的固化工藝條件:礦渣與粉煤灰質(zhì)量比為2:1、激發(fā)劑模數(shù)為0.84、激發(fā)劑用量為4.0%、水灰比為0.30,采用常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)24h,砷鈣渣固容量最高可達(dá)40%,固化體抗壓強(qiáng)度為27.19MPa,砷毒性浸出濃度為1.36mg/L,遠(yuǎn)低于砷毒性浸出國家標(biāo)準(zhǔn)要求限值5mg/L。采用SEM/EDS、FTIR和XRD等對砷鈣渣固化體結(jié)構(gòu)及物相組成進(jìn)行表征,并以偏高嶺土代替礦渣和粉煤灰、以砷酸鈉代替砷鈣渣,采用水熱法模擬固化體系反應(yīng)條件,合成并分析了含砷鋁硅酸鹽固態(tài)物。通過表征及模擬,本論文首次提出堿激發(fā)化學(xué)鍵合材料固化砷鈣渣的固化機(jī)理為物理包裹、吸附作用、高溶解性含砷礦物向更加穩(wěn)定的礦物相轉(zhuǎn)變、AsO_4~(3-)部分取代SiO_4~(4-)進(jìn)入硅鋁氧長鏈等協(xié)同作用的結(jié)果。利用富含鐵元素的冶煉銅渣與草酸在常溫下反應(yīng),制備了快凝、力學(xué)性能高的銅渣基草酸鹽酸堿水泥。通過考察各因素對酸堿水泥性能的影響,得出較佳的制備條件為:銅渣粒度為80目篩余小于5%、草酸用量為14%、硼砂8.0%,此時(shí)所得酸堿水泥初凝時(shí)間為45min,自然養(yǎng)護(hù)7d,試塊抗壓強(qiáng)度為39.6MPa。對其耐水性測試表明,酸堿水泥在水養(yǎng)過程強(qiáng)度倒縮不明顯,體積膨脹率較小。通過XRD、FTIR分析認(rèn)為,銅渣基草酸鹽酸堿水泥的固化機(jī)理為:草酸提供的H~+促使銅渣中Fe~(2+)溶出,而溶出的Fe~(2+)與C_2O_4~(2-)通過配位鍵形成穩(wěn)定的5員螯環(huán),最終形成鏈狀結(jié)構(gòu)的FeC_2O_4·2H_2O化學(xué)鍵合材料大分子。除此之外,草酸鹽酸堿水泥固化體中尚存在未完全反應(yīng)的鐵橄欖石(Fe_2SiO_4)及鐵硅氧化物(Fe_(2.95)Si_(0.05)O_4),可對固化體發(fā)揮一定的骨料作用。利用銅渣基草酸鹽酸堿水泥對砷鐵渣進(jìn)行固化處理,其固容量最高可達(dá)50%,初凝時(shí)間為34min,自然養(yǎng)護(hù)3d,砷渣固化體抗壓強(qiáng)度為15.56MPa,砷毒性浸出濃度為4.12mg/L,滿足危險(xiǎn)廢棄物安全堆存國家標(biāo)準(zhǔn)要求。研究認(rèn)為無定形砷是導(dǎo)致砷鐵渣砷毒性浸出高的主要原因,通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析,首次提出銅渣基草酸鹽酸堿水泥對砷鐵渣的固化穩(wěn)定化過程是無定形砷轉(zhuǎn)化為毒鐵石、游離砷與體系中豐富含量的鐵形成毒鐵石、固化過程產(chǎn)生的FeC_2O_4·2H_2O及膠凝相硅酸對含砷廢渣產(chǎn)生物理包裹并對游離砷產(chǎn)生吸附等共同作用的結(jié)果。在此三重固封下,銅渣基草酸鹽酸堿水泥對砷鐵渣實(shí)現(xiàn)了良好固化。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X758
【圖文】：

圖 1.1 砷的循環(huán)[5]Fig.1.1 The cycle of arsenic砷在地殼中相對穩(wěn)定，但在火山噴發(fā)、溫泉上溢水等自然因素以及人為因素（如開采、金屬冶煉、化工生產(chǎn)及含砷化學(xué)品使用）作用下[6]，均會使含砷化合物溶出，從而嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境(如圖 1.1)。據(jù)資料顯示，我國是砷害最嚴(yán)重的國一，1980 年新疆發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了第一起由地下水引起的砷中毒事件，隨后在我國

疆、內(nèi)蒙古、山西、湖南、貴州、廣西、云南等省份相繼發(fā)生砷中毒事我國約有 1960 萬人處于高砷環(huán)境中[10]，地方性砷中毒事件時(shí)有發(fā)生。有色冶金產(chǎn)業(yè)砷害源分析與自然力相比，工業(yè)生產(chǎn)以及含砷化學(xué)品的使用等人為因素是引起砷害，其中 80%的含砷廢物源于有色冶金行業(yè)，圖 1.2 為有色冶金行業(yè)砷害意圖。由圖 1.2 可以看出，有色金屬冶煉的過程會產(chǎn)生含砷廢石、含砷爐渣、含砷煙塵等固態(tài)含砷廢渣，除此之外，該過程還伴有大量含砷廢這些含砷廢水通常具有較高的砷濃度，因此在排放前，必須先進(jìn)行脫形成大量含砷廢渣�；瘜W(xué)沉淀法是當(dāng)前較為常用的含砷廢水處置技術(shù)，砷廢水中添加沉砷劑，使 AsO43-形成沉淀，達(dá)到脫除水中砷的目的。根種類及含砷沉渣的化學(xué)組成不同，可將含砷沉渣分為砷鈣渣、砷鐵渣、同含砷廢渣。

【參考文獻(xiàn)】

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1 張廣積;劉小娟;李媛媛;楊超;;含砷廢物的無害化處理[J];工程研究-跨學(xué)科視野中的工程;2015年04期

2 汪宏濤;丁建華;張時(shí)豪;齊召慶;;磷酸鎂水泥水化熱的影響因素研究[J];功能材料;2015年22期

3 王健;張樂文;馮嘯;趙少龍;王洪波;;堿激發(fā)地聚合物雙液注漿材料試驗(yàn)與應(yīng)用研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年S2期

4 吳萬富;徐艷;史德強(qiáng);楊項(xiàng)軍;王世雄;;我國河流湖泊砷污染現(xiàn)狀及除砷技術(shù)研究進(jìn)展[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2015年S1期

5 羅中秋;周新濤;賈慶明;周元康;劉守慶;張召述;;磷渣基地聚物材料固化砷鈣渣的機(jī)理[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2015年05期

6 柴立元;趙宗文;梁彥杰;閔小波;史美清;周波生;;CaO對鈉鐵硼磷玻璃體系結(jié)構(gòu)及固砷效果影響[J];有色金屬科學(xué)與工程;2015年01期

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8 簡家成;劉崢;賴麗燕;楊宏斌;黃紅霞;;偏高嶺土地聚物制備條件及其水化過程[J];桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào);2014年03期

9 簡家成;劉崢;楊宏斌;劉麗榮;虞愛平;;地聚物膠凝材料制備及應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J];礦產(chǎn)綜合利用;2014年03期

10 張潔;王興潤;;MgO對含砷廢渣燒結(jié)過程砷的形態(tài)及釋放特性影響[J];新疆環(huán)境保護(hù);2014年02期

本文編號：2740903