碱矿渣胶凝材料固化铅锌冶炼渣实验研究

摘要

本文以铅锌冶炼渣为研究对象，利用碱矿渣胶凝材料对其进行了固化/稳定化处理，探讨了铅锌冶炼渣固化体的安全性，同时添加膨润土强化了碱矿渣胶凝材料的力学性能并提高了碱矿渣胶凝材料对铅锌冶炼渣的固化效率。通过实验室实验，取得了如下成果：　　①通过单因素实验和正交实验优化了碱矿渣胶凝材料的制备参数，实验表明，在水玻璃模数为1.4、液固比为0.26和养护温度为25 ℃的条件下制备的碱矿渣胶凝材料抗压强度可达92.89 MPa。此外，在碱矿渣胶凝材料中添加膨润土作为强化实验以提高碱矿渣胶凝材料的力学性能。实验表明4%的膨润土添加量可使碱矿渣胶凝材料的抗压强度提高至94.57 MPa。　　②铅锌冶炼渣的浸出毒性实验结果表明，Pb2+的浸出浓度超过TCLP毒性特性溶出程序溶出标准，Zn2+和Mn2+的浸出浓度较高（Zn2+:368.60 mg/L; Mn2+:71.83 mg/L）。将铅锌冶炼渣部分替代高炉矿渣制备固化体，随着铅锌冶炼渣（高达70%）的增加，固化体的抗压强度降低，但仍然超过60 MPa，可满足地质填埋和建筑材料中对抗压强度的要求（≥10 MPa）；对铅锌冶炼渣固化体进行浸出毒性实验，结果表明，铅锌冶炼渣固化体中重金属离子的浸出浓度显著减小，并且添加了膨润土的固化体中重金属离子的浸出浓度小于未添加膨润土的固化体；重金属的形态分析结果表明，铅锌冶炼渣经固化后，重金属由相对不稳定状态（可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态）向相对稳定状态（有机物和硫化物结合态和残渣态）迁移，含膨润土的固化体中迁移得更多，表明碱矿渣胶凝材料对铅锌冶炼渣的固化/稳定化效果良好。　　③对铅锌冶炼渣固化体进行X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）分析，结果表明碱矿渣胶凝材料对铅锌冶炼渣的固化机理包括物理包封和化学固定作用。在碱矿渣胶凝材料中添加膨润土对铅锌冶炼渣固化时，膨润土与部分重金属离子发生离子交换作用使重金属更稳定，同时又有碱矿渣胶凝材料对重金属的物理包裹和化学固定作用，其双重效应提高了碱矿渣胶凝材料对铅锌冶炼渣的固化/稳定化效果。

目录

1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1铅锌冶炼渣的处理现状

1.2.2碱矿渣胶凝材料的研究现状

1.2.3碱激发胶凝材料固化危险废弃物的研究现状

1.2.4 以膨润土为辅助添加剂基于碱激发胶凝材料固化危险废弃物的研究现状

1.3.1研究目的

1.3.2研究内容

1.3.3技术路线

2 实验材料及方法

2.1.1高炉矿渣

2.1.2铅锌冶炼渣

2.1.3膨润土

2.2实验试剂

2.3实验仪器

2.4.1制备方法

2.4.2分析测试方法

3 碱激发矿渣制备胶凝材料的研究

3.1引言

3.2.1单因素实验结果及分析

3.2.2正交实验结果及分析

3.3以膨润土为辅助添加剂制备碱矿渣胶凝材料的制备及抗压强度结果分析

3.4本章小结

4 碱矿渣胶凝材料固化铅锌冶炼渣的实验及研究

4.1引言

4.2.1铅锌冶炼渣固化体的制备

4.2.2铅锌冶炼渣固化体的性能研究

4.3.1重金属形态分析

4.3.2XRD分析

4.3.3FTIR分析

4.3.4SEM分析

4.4碱矿渣胶凝材料固化铅锌冶炼渣的机理分析

4.5本章小结

5 结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

参考文献

附录

A．作者在攻读硕士期间发表的论文

B．学位论文数据集

致谢