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水泥窑共处置产品的环境安全性问题日益引起国内外的关注,产品中重金属的释放机制是废物水泥窑共处置产品环境安全性评价的前提和基础,而重金属在水泥产品中的存在形态是决定其释放的主要因素。因此,对危险废物水泥窑共处置产品中重金属的形态开展深入研究对揭示共处置产品中重金属的释放机理具有重要意义。本文通过模拟煅烧添加重金属化学试剂的水泥生料,制取水泥熟料及水泥净浆,并根据实验要求制备了相应的实验样品。首先采取修正的Tessier连续提取法对水泥熟料和水化产物中重金属的表观化学形态差异进行了分析,并且利用同步辐射X射线吸收光谱方法(SR-XAS)和电子探针分析技术(EPMA)手段分别研究了水泥熟料和水化产物中重金属的形态。结果表明:(1)各重金属元素在水泥熟料矿物相中的主要化合价为:Cr,+6;As,+5;Pb,+4, +2;Cd:+2;Ni:+2,+3。水化过程中并没有新的化合价生成;(2)熟料中Cr以酸性醋酸钠提取态为主(71%),主要分布于硅酸二钙(C2S)和硅酸三钙(C3S)中。Cr可能主要以铬酸钙化合物的形式混和在熟料中,由于铬酸钙和C2S、C3S结构相近,故在煅烧过程中容易积聚在一起,此外少部分Cr元素也会以取代C2S和C3S中硅原子的形式而固溶于其中。水化产物中Cr主要分布于水化硅酸钙凝胶(C-S-H)中。铬酸钙在水化过程中可能主要吸附于C-S-H凝胶颗粒表面或存在于颗粒间隙间,替代C2S和C3S中硅原子进入其中的Cr主要随C2S和C3S的水化作用进入C-S-H中;(3)熟料中As以酸性双氧水提取态和酸性醋酸钠提取态为主(51.8%、35.1%),主要分布于C2S和C3S中。在煅烧过程中As可能主要以取代C2S和C3S中硅原子的形式而进入其晶格内部,部分As可能形成与C2S和C3S结构相似的砷酸钙而与C2S和C3S混和在一起。水化产物中As主要分布于C-S-H中。替代C2S和C3S中硅原子进入其中的As在水化过程中可能主要随C2S和C3S的水化作用进入C-S-H中,一部分砷酸钙可能被结合在C-S-H中,一部分吸附于其表面或存在于颗粒间隙间;(4)熟料中Pb以酸性双氧水提取态为主(72.7%),分布较为均匀。Pb可能主要以PbSO4和PbO形式随机混和在熟料矿物中。在水化产物中Pb可能仍以相同化合物分布于水化产物中,受水化作用影响,分布较熟料中分散;(5)熟料中Cd的主要表观化学形态是酸性醋酸钠提取态(95.1%),主要分布于CaO等钙含量较高的矿物相中。Cd可能以取代CaO等钙含量较高的矿物相中的钙而固溶于这些矿物相中,或者以CdO化合物形式与CaO混合在一起。在水化产物中Cd主要存在于水化氢氧化钙晶体(CH)中。固溶于CaO中的Cd可能主要随着游离氧化钙的水化而进入其水化产物CH相中,与CaO混和在一起的CdO可能在水化过程中吸附在水化氢氧化钙晶体表面或进入CH相颗粒间隙中,部分Cd在水化过程中也可能替代水化产物CH晶体中的钙而进入其晶格内部。(6)熟料中Ni以酸性盐酸羟胺溶液提取态和残渣态为主(65.6%、20.3%)。Ni主要形成了化学式可能为MgNiO2的Ni-Mg化合物随机分布于熟料中。可能该化合物惰性较强,没有参与水化反应,在水化产物中Ni也主要以该化合物存在。