利用富含Ni、Fe的电镀污泥制备防辐射集料的研究

摘要

富含重金属的污泥是电镀业潜在危害性极大的固体废弃物，根据重金属污泥中所含重金属元素可以将电镀污泥分为富含锌铬类、富含镍铁类、富含铜锌类等类型污泥，该类污泥具有重金属浸出毒性，存在污染环境的风险。电镀污泥的处置技术包括填海与堆放、生物法、回收重金属、铁氧体法等。利用重金属对γ射线优良的屏蔽性能，将电镀污泥烧制防辐射功能集料，用于制备防辐射混凝土，是一种无害化和资源化处置电镀污泥的有效途径。本文依托国家自然科学基金项目(51272192)，开展了富含镍、铁电镀污泥烧制防辐射功能集料的研究。论文主要研究成果如下：
　　1、以富含Ni、Fe重金属污泥和页岩为原料，研究了污泥掺量对防辐射集料的焙烧温度、矿物组成及性能的影响规律。当污泥掺量为10％～90%时，随着污泥掺量的增加，集料的焙烧温度降低，烧成范围变窄，集料的抗压强度以及抗辐射屏蔽性能呈现先增大后减小的趋势。污泥的适宜掺量范围为40%~60%，焙烧温度为1075℃~1125℃；集料的主要矿物组成为石英（ SiO2）、蓝晶石（Al2SiO5）、磁铁矿石（Fe3O4）以及镍铁尖晶石（NiFe2O4）等矿物。
　　2、研究了烧成制度对富含Ni、Fe电镀污泥防辐射集料的防辐射性能以及力学性能的影响规律，探讨了利用富含重金属Fe、Ni的电镀污泥制备人工集料的烧成机理。随焙烧温度上升，集料高温下的液相量增加，液相粘度下降，发气反应过程中气体膨胀阻力减小，集料更易膨胀，集料的抗压强度与线性衰弱系数先升高后降低；随升温速率增大，集料生料球在产生液相时，发气组分挥发不完全，在高温焙烧时，易在集料焙烧时造成更多的连通孔和封闭孔，屏蔽性能、力学性能降低；随着焙烧温度和时间的延长，集料的玻璃相增加，体积密度和力学性能先增大后减小，对γ射线的屏蔽性能先提高后降低，适宜的煅烧温度为1075℃~1125℃，煅烧时间25~35min；随冷却速率增加，集料表面液相会迅速玻化，高温下的膨胀状态被保留，故强度降低，屏蔽性能减小。
　　3、确定了含Ni、Fe电镀污泥制备防辐射功能集料的生产工艺参数。以含Ni、Fe的电镀污泥作为主要原料，以页岩为校正原料，生料n值为3.6~5.7，硅铝比2.75~2.80，在烧成制度为300~500℃预烧30min，以5~10℃/min升温速率升至1075~1125℃煅烧25~35min，可生产出抗压强度达25.2MPa、体积密度在2.4~3.0×103kg·cm-3之间、24小时饱和吸水率小于1.43%，对0.662MeV的γ射线线衰弱系数高达0.20cm-1的防辐射功能集料，与高密度铁矿石屏蔽性能相近。
　　4、按照HJT299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》规定，研究了pH分别为3.2、7、12.6时的重金属离子浸出规律。在pH为3.2时，集料的Ni离子浸出浓度最高，为0.602mg/L，符合国家GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准》，对重金属离子的固化率在99.9%以上。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2污泥简介

1.3污泥的处理及应用

1.4防辐射功能集料的研究进展

1.5利用污泥煅烧防辐射集料的社会效益

1.6课题研究内容及目的

第2章 防辐射集料原材料及试验方法分析

2.1原材料分析

2.2试验方法及测试分析

2.3本章小结

第3章 污泥掺量对防辐射功能集料的焙烧温度、矿物组成的影响

3.1污泥掺量对集料焙烧温度的影响

3.2 污泥掺量对集料矿物组成的影响

3.3 污泥掺量对集料物理力学与屏蔽性能的影响

3.4 本章小结

第4章 烧成制度对防辐射功能集料的性能影响

4.1烧成制度设计

4.2 烧成制度对集料物理力学与屏蔽性能的影响机理

4.3本章小结

第5章 含Ni、Fe电镀污泥生产防辐射集料工艺及重金属离子浸出特性

5.1防辐射集料生产工艺

5.2 污泥生料的重金属离子浓度浸出试验

5.3 本章小结

第6章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文及专利情况