论文部分内容阅读
铬污染土壤总量大、分布广、毒性强,对环境危害极大。水泥窑炉的燃烧温度高、作用时间长,对多种有毒有害的危险废物均有很好的处置效果,是当前研究和实践的热点。本文对铬污染土壤(CCS)部分替代硅质原料烧制水泥熟料进行研究和试验,旨在探索水泥窑协同处置CCS的可行性,为CCS及其他含铬固体废弃物的综合治理提供理论指导或参考。通过化学分析、强度测试、浸提试验及XRD/SEM分析,研究了CrO3和CCS对熟料烧成、水化、强度和铬浸出浓度的影响,以及辅助性胶凝材料和还原剂对水泥中Cr(Ⅵ)的解毒作用,并对相关机制进行了探讨。结果表明：(1)Cr掺量低于0.5%时,能促进硅酸盐矿物形成和熟料水化,对提高熟料强度有利；Cr掺量超过1%时,上述一系列性能都向反方向发展。随Cr掺量增加,熟料Cr(Ⅵ)和∑Cr浸出浓度增大；随养护龄期延长,Cr(Ⅵ)浸出浓度减小且3d浸出毒性越强、90d减小效果越显著。(2)CCS部分取代页岩直到15%,对熟料烧成无不良影响,且熟料矿物发育更完整、水化活性更好,强度略有提高。CCS掺量越高,熟料的Cr(Ⅵ)和∑Cr浸出浓度越大；随龄期延长,各试样的Cr(Ⅵ)和∑Cr浸出浓度减小。CCS取代量低于8%时,Cr(Ⅵ)和∑Cr浸出浓度分别低于0.05mg/L和0.15mg/L,符合《HJ/T301铬渣污染治理环境保护技术规范》污染控制指标限值要求。(3)矿渣、钢渣、粉煤灰等工业废料均能有效降低水泥产品的Cr(Ⅵ)浸出浓度,且掺量越大效果越好,其中钢渣最好、矿渣次之、粉煤灰最差；随养护龄期延长,Cr(Ⅵ)浓度进一步减小。FeSO4和Fe(NH4)2(SO4)2对水泥中Cr(Ⅵ)具有良好的还原作用,随用量增加,产品的Cr(Ⅵ)浸出浓度显著降低；但随养护龄期延长,Cr(Ⅵ)浸出浓度呈现反弹趋势。辅助性胶凝材料与亚铁类还原剂复合使用时,水泥中Cr(Ⅵ)浸出浓度降低明显并且反弹很小。(4)CCS替代硅质原料烧制熟料,对铬离子起到良好的固定效果,可归因于铬在熟料烧成和水泥水化过程中的双重固化机制：熟料烧成过程中,绝大多数铬能够固溶于C2S、C3S等熟料矿物；水泥水化过程中,铬随之进入C-S-H、AFt等水化产物,大量水化产物能将其严密包裹,同时封堵其溶出通道。钢渣、矿渣等辅助性胶凝材料能降低水泥中Cr(Ⅵ)的浸出浓度,一方面是由于本身含有亚铁等还原性物质,可以持续还原Cr(Ⅵ)；另一方面,这些材料具有潜在的水硬性,整体结构随龄期延长而更趋致密,阻隔了Cr(Ⅵ)溶出。上述研究表明,以铬污染土壤替代硅质原料烧制水泥熟料,不仅可以使铬污染土壤得到无害化处置,而且是一种资源化利用的方法,值得深入研究。