含砷废渣的稳定化/固化处理研究

摘要

近十年来我国硫酸生产的原料结构发生了重大调整，而冶金工业硫酸生产工艺中所产生的砷渣含有大量的As、Cd、Cu、Pb、Zn、Cr、Hg、F等重金属类有毒有害物质。由于其化学成分复杂且含有多种有毒有害物质，长期堆放不仅侵占土地，而且会严重污染地下水、土壤和农田，影响人体的健康和生态环境。本论文所研究的砷渣含有多种有毒有害物质，同时其含有大量的化学石膏等具有胶凝性的物质，可与粉煤灰和矿渣等配料化合，以及在添加剂的作用下实现对其稳定化固化处理，从而达到砷渣安全填埋、防治污染的目的。 本论文充分分析砷渣、水泥、粉煤灰、矿渣和碎石在组成和潜在活性方面的特性，探索其稳定化固化途径，具有重要的现实意义。以特定的工业废渣粉煤灰和矿渣为主要原材料，以浇注成型、压制成型、煅烧浇注成型三种成型方式，从研究其性质入手，根据胶凝材料学的原理，选择添加剂作为激发剂充分激发活性材料的水化活性，同时，其中含有的化学石膏又是粉煤灰和矿渣活性的强力激发剂。 本论文通过实验确定了胶凝材料的组成体系和最佳配合比为砷渣：水泥：粉煤灰：矿渣：碎石=l：0.4：0.2：0.2：0.2，水灰比0.4。早强剂三乙醇胺的用量为水泥总质量的0.05％，801胶用量为5ml/kg，氯化铁用量为总质量的1％。探讨了影响胶凝材料性能的主要工艺参数，借助XRD，SEM等现代测试手段对砷渣固化体的水化过程、水化产物、硬化机理和硬化体的微观结构进行了分析。 本论文对砷渣固化体进行了多种预处理方式实验和养护方式实验，其最佳养护条件为固化体成型后先在室温下自然养护24h，待拆模后试体再放入24℃水泥(砼)试体养护箱养护15天，最后取出在室温下自然养护至28天。在最佳配比和最佳养护条件下砷渣与水泥、矿渣、粉煤灰、碎石等作用，形成的固化体在实验室条件下抗压强度可达10Mpa左右，工业化大试体应用可达7Mpa左右，足够达到相关填埋标准。各种重金属离子的浸出率均低于《中华人民共和国国家标准一危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-1996)中规定的浸出毒性标准值，采用该方法处理砷渣量大，而且几乎不产生二次污染。本课题经济、有效，能真正实现对砷渣等危险固体废物的最终安全处置，并为该法的工业化应用提供可靠的依据和指导，为大冶公司的工艺改进提供参考，其成果具有重大的社会、经济和环境效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1砷渣来源及其危害性

1.1.1国内外硫酸生产工业的发展

1.1.2硫酸生产废渣的产生及危害

1.2含砷废渣的处理技术研究进展

1.2.1稳定化固化处理

1.2.2资源化利用技术

1.2.3国内外砷渣处理几种具体技术研究简介

1.3本课题来源、研究内容、技术路线及解决的关键问题

1.4本研究的技术路线和采取的技术手段

1.4.1技术路线

1.4.2技术手段

1.4.3技术特点

第2章实验研究部分

2.1实验原材料

2.1.1砷渣

2.1.2矿渣

2.1.3粉煤灰

2.1.4水泥以及水泥熟料

2.1.5碎石

2.1.6添加剂

2.2实验方法

2.2.1实验工艺流程

2.2.2试体成型方法

2.2.3物理性能测试

2.2.4固化体浸出液测试

2.3实验仪器和设备

2.3.1成型实验仪器

2.3.2浸出实验仪器

2.3.3测试仪器设备

第3章结果与讨论

3.1浇注成型实验结果及讨论

3.1.1单一材料对固化体抗压强度影响试验

3.1.2确定最佳配料体系试验

3.1.3粉煤灰活性激发试验

3.1.4确定最佳水灰比试验

3.1.5确定添加剂种类及用量试验

3.1.6确定最佳球磨方式试验

3.1.7确定最佳搅拌时间

3.1.8确定最佳振动时间

3.1.9确定最佳养护条件试验

3.1.10确定水泥种类及标号

3.1.11验证最佳工艺条件

3.1.12其它浇注成型实验结果及讨论

3.2压制成型实验结果及讨论

3.2.1确定最佳外掺料体系试验

3.2.2确定添加剂的成分和配比

3.2.3确定最佳水灰比试验

3.2.4确定最佳压制压力

3.2.5确定最佳养护条件试验

3.2.6确定水泥种类

3.2.7验证最佳工艺条件

3.2.8其它压制成型实验结果及讨论

3.3煅烧浇注成型实验结果及讨论

3.3.1砷渣中二水石膏含量的确定

3.3.2经高温煅烧后砷渣的物质成分分析

3.3.3确定最佳煅烧温度和时间

3.3.4验证最佳工艺条件

3.4小结

第4章稳定化/固化机理的探讨

4.1砷在固化体中的作用机制

4.2砷渣固化体分析测试结果比较

4.2.1砷渣固化体扫描电镜结果比较

4.2.2砷渣固化体X衍射结果比较

4.3普通硅酸盐水泥的水化反应及机理

4.3.1硅酸三钙的水化

4.3.2硅酸二钙的水化

4.3.3铝酸三钙的水化

4.4粉煤灰活性激发机理

4.5矿渣活性激发机理

第5章结论

参考文献

致谢