典型重金属离子对碱矿渣水泥水化及结构形成的影响

摘要

随着我国经济的迅猛发展，环境污染问题日渐严重，给社会带来了很大压力，重金属废弃物的处置也越来越受到重视。目前水泥固化法是处理重金属废弃物的重要方法之一。传统硅酸盐水泥基材料固化重金属废弃物存在固化体增容比大、重金属浸出浓度高、耐久性欠佳、抗酸和抗硫酸盐性能差等明显的缺陷。碱矿渣水泥的水化产物主要是低钙硅比的 C-S-H凝胶，能更有效固封有毒重金属离子，是一种环境效益和经济效益显著的新型低碳型胶凝材料。研究重金属离子对碱矿渣水泥水化及结构形成的影响，为深入认识碱矿渣水泥石固结重金属离子的机理提供技术基础，对促进其应用具有重要社会意义。
　　本文采用水胶比0.3，碱当量5％（以 Na2O当量计）的配比来研究Cr6+/Pb2+/Zn2+/Cd2+四种重金属离子对碱矿渣水泥水化放热特性、凝结、硬化及强度等性能影响，结合孔结构测试、XRD、FT-IR、SEM等微观测试手段，分析了重金属离子的加入对其水化产物结构的影响。研究结果表明：
　　1）Cr6+掺量低于2%条件下，水玻璃为碱组分时，随着掺量的增加，碱矿渣水泥的水化进程延迟，水化热降低，凝结时间延长，抗压强度先增加后降低。微观测试表明水玻璃为碱组分时，Cr6+的掺入使得碱矿渣水泥石中没有发现新的晶体生成，其小孔径孔增多，孔隙增加，孔结构细化，且水化产物结构部分区域松散不够致密，对水化产物的结构有一定的影响。
　　2）Pb2+掺量低于2%条件下，同Cr6+一样，水玻璃为碱组分时，随着掺量的增加，碱矿渣水泥的水化进程延迟，水化热降低，凝结时间延长，抗压强度先增加后降低。微观测试表明水玻璃作为碱组分时 Pb2+的掺入对碱矿渣水泥的孔隙影响不大，水化产物结构裂缝增多变宽，对水化产物的结构有一定的影响。
　　3）Zn2+掺量低于1%条件下，不同碱组分时，随着掺量的增加，碱矿渣水泥的水化进程延迟，水化热降低，凝结时间明显延长，抗压强度逐渐降低。但是当水玻璃模数为2.48时，掺量过高会使碱矿渣水泥出现速凝现象。微观测试表明水玻璃为碱组分时掺入 Zn2+的碱矿渣水泥没有发现新的晶体生成，但其孔隙减少，且其水化产物结构部分区域松散不够致密。
　　4）Cd2+掺量低于2%条件下，NaOH为碱组分时，随着掺量的增加，碱矿渣水泥的水化进程延迟，水化热降低，凝结时间延长。模数1.5的水玻璃为碱组分时，Cd2+具有促凝作用，模数2.48的水玻璃为碱组分时，掺量越大，碱矿渣水泥的初凝时间先略微增加后减少，终凝时间越长。Cd2+对碱矿渣水泥石的抗压强度的影响不大；水玻璃作为碱组分时掺入 Cd2+的碱矿渣水泥没有发现新的晶体生成，其孔隙减少，水化产物结构疏松不够致密。

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1 绪 论

1.1 重金属的污染危害

1.2 碱矿渣水泥的研究现状

1.3 重金属废弃物的固化技术研究

1.4 本课题的提出

2 原材料及实验方法

2.1 原材料

2.2 实验方法

3 铬盐对碱矿渣水泥水化的影响研究

3.1 铬盐对碱矿渣水泥水化凝结时间影响研究

3.2 铬盐对碱矿渣水泥力学性能及水化程度的影响研究

3.3 铬盐对碱矿渣水泥水化放热行为影响研究

3.4 铬盐对碱矿渣水泥微观结构影响研究

3.5 本章小结

4 铅盐对碱矿渣水泥水化的影响研究

4.1 铅盐对碱矿渣水泥水化凝结时间影响研究

4.2 铅盐对碱矿渣水泥力学性能及水化程度的影响研究

4.3 铅盐对碱矿渣水泥水化放热行为影响研究

4.4 铅盐对碱矿渣水泥微观结构影响研究

4.5 本章小结

5 锌盐对碱矿渣水泥水化的影响研究

5.1 锌盐对碱矿渣水泥水化凝结时间影响研究

5.2 锌盐对碱矿渣水泥力学性能及水化程度的影响研究

5.3 锌盐对碱矿渣水泥水化放热行为影响研究

5.4 锌盐对碱矿渣水泥微观结构影响研究

5.5 本章小结

6 镉盐对碱矿渣水泥水化的影响研究

6.1 镉盐对碱矿渣水泥水化凝结时间影响研究

6.2 镉盐对碱矿渣水泥力学性能及水化程度的影响研究

6.3 镉盐对碱矿渣水泥水化放热行为影响研究

6.4 镉盐对碱矿渣水泥微观结构影响研究

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献