碱激发矿渣基地质聚合物固化铬渣的实验研究

摘要

铬渣是生产金属铬或铬盐所排放的工业废渣，因其含有毒性高的六价铬而被列为国家危险废弃物，在资源化利用前需要对铬渣进行无害化处理。地质聚合物是一种具有优越性能的无机高分子聚合物材料，对重金属离子具有良好的固化效果。利用高炉矿渣制备地质聚合物固化铬渣，不仅能减少高炉矿渣堆存产生的环境问题，还能有效阻止铬渣中铬离子的浸出行为。本论文以高炉矿渣为原材料，在碱激发剂的作用下制备了地质聚合物，并对铬渣进行了有效固化，为铬渣的处理方式进行了探索。
　　论文用XRF、XRD分析了高炉矿渣的物化组成，表明矿渣中含有CaO、SiO2、Al2O3等大量潜在活性物质，有利于地质聚合物的制备。对高炉矿渣的粉磨性能研究表明，12小时的粉磨时间能从物理和化学联合方式上活化矿渣，使其具有更高的活性。同时以抗压强度为指标，通过激发剂的优选、矿渣粒度的选取和正交试验得到了碱矿渣基地质聚合物的最优参数：矿渣粒度为0.053mm~0.075mm，矿渣掺入量为90wt％，水玻璃/氢氧化钠质量比为7:3，液固比为0.25，此条件下的碱矿渣基地质聚合物28天的抗压强度为50.4MPa。
　　用铬渣等量替代矿渣的方法制备地质聚合物固化体，从力学性能上来看，铬渣掺量为10%~70%制备的固化体都能满足用于地质填埋或建筑材料的强度要求；从固化体破碎颗粒的浸出浓度来看，铬渣掺量在60%以下时，固化体六价铬浸出浓度都低于GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中规定的限值5.0mg/L。这都表明碱矿渣地质聚合物对铬渣具有较好的固化效果，综合考虑固化体力学性能和浸出浓度，在固化效果较好的情况下可以尽量多固化铬渣的铬渣掺量为60%。
　　通过XRD图谱分析表明碱矿渣地质聚合物和铬渣固化体的反应产物都主要是无定形态的玻璃相物质，而铬离子可能以某种非晶态形式被固封在地质聚合物固化体中；SEM分析显示碱矿渣地质聚合物与铬渣固化体内部结构都呈致密的状态，通过SEM-EDS分析表明碱矿渣地质聚合物通过水化反应生成了水化硅酸钙和铝酸钙等CSH矿物相和通过地聚合反应形成了钠沸石等沸石相，而固化体中这两项无定形产物中都固化有铬离子；IR对比分析表明固化体中的铬离子有可能参与了地质聚合物的反应过程，在反应中直接参与了平衡电荷，使Si-Al的结构发生重组，从而有效地被固定在固化体体系中。因此，明确了碱矿渣基地质聚合物固化铬渣中铬离子的固化机理为地质聚合物中无定形产物的物理固封、吸附机制和离子交换的共同作用。

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目录

1绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究目的、内容和技术路线

2实验原材料、仪器及实验方法

2.1主要实验材料制备及物化特性

2.2实验药剂

2.3实验设备及仪器

2.4分析实验方法

3碱激发矿渣制备地质聚合物的实验研究

3.1实验目的及内容

3.2实验原理

3.3实验材料及设备

3.4实验操作步骤

3.5激发剂种类及复合激发剂对地质聚合物抗压强度的影响

3.6矿渣粒度对地质聚合物抗压强度的影响

3.7正交试验设计

3.8实验结果及分析

3.9本章小结

4地质聚合物固化铬渣实验及机制研究

4.1地质聚合物固化铬渣实验

4.2铬渣固化体稳定化研究

4.3地质聚合物固化铬渣的机制研究

4.4本章小结

5结论与建议

5.1研究结论

5.2建议

致谢

参考文献

附录

A. 攻读硕士期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录