基于铅锌冶炼渣碱激发材料固化铬渣的实验研究

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我国铅、锌储量丰富,铅锌冶炼行业发展迅速并产生大量冶炼渣,占用了土地资源,且冶炼渣中重金属迁移会对环境造成危害。因此,铅锌冶炼渣的处理和资源化利用应引起重视。铅锌冶炼渣含有大量SiO2,CaO,Al2O3等活性成分,具有制备碱激发材料固化危险废物的潜力。铬渣是一种含有高毒性六价铬的工业副产物,需无害化处理后填埋或资源化利用。本文以铅锌冶炼渣为原料制备碱激发材料,并利用碱激发铅锌冶炼渣固化铬渣。基于实验分析,获得如下结论:(1)铅锌冶炼渣含水率为1.97%,pH为8.38,主要成分为SiO2,Fe2O3,CaO,Al2O3;经球磨后冶炼渣平均粒径66.17μm;含有无定形相,以及锌铁铝氧化物、氧化锌、方铁矿等晶相;重金属浸出浓度均未超过限值(EPA标准和GB5085.3-2007)。铬渣含水率为20.21%,pH为11.64,主要成分为Fe2O3,Al2O3,MgO,Cr2O3;原样粒径较小,粒径分布较为集中,平均粒径为56.00μm;含有镁铬铁矿、镁铝铁氧化物、镁铬氧化物等结晶相;Cr(Ⅵ)的浸出浓度为44.96 mg/L(TCLP法),80.16 mg/L(硫酸硝酸法),属于危险废物;微观形貌为大小不一颗粒,并有部分针状、层状结晶结构。(2)以铅锌冶炼渣为原料,水玻璃和氢氧化钠为激发剂制备碱激发材料。经单因素及正交实验得出最佳条件:碱含量为2.5%,水玻璃模数为1.5,液固比为0.19,初始养护温度为35℃时,冶炼渣固化体28天强度高达84.49 MPa。冶炼渣固化体对Zn的固化效率分别达到67.66%和94.91%(TCLP法和硫酸硝酸法),且Zn从迁移能力强的形态(酸可提取态,可还原态,可氧化态)向更稳定的形态(残渣态)迁移。铅锌冶炼渣与碱激发剂反应生成C/N-A-S-H凝胶形成致密结构为固化体提供强度,而Zn通过生成结晶相、物理包裹和化学键合等方式被有效固定。(3)利用碱激发铅锌冶炼渣固化掺量为0~40%的铬渣。铬渣掺量为30%时,强度降至26.37 MPa;掺量为40%时,强度降至1.42 MPa。所有铬渣固化体重金属浸出浓度低于限值(EPA标准和GB5085.3-2007)。少量铬渣(10%)掺入可以改善碱激发铅锌冶炼渣孔结构(总孔隙下降8.19%)导致浸出浓度降低。过量铬渣掺入会破坏碱激发铅锌冶炼渣的致密结构,导致强度降低,重金属浸出浓度升高。结合孔结构、XRD、FTIR、ESEM-EDS分析发现,冶炼渣和铬渣中重金属通过吸附、还原、沉淀、生成结晶相、物理包裹、离子交换等作用被有效固定。
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