赤泥在砷渣的水泥固定/穩定化中應用研究

呂偉業

（中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院 北京 100083）

赤泥在砷渣的水泥固定/穩定化中應用研究

呂偉業

（中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院 北京 100083）

采用水泥、赤泥固定/穩定化處理含砷廢渣，研究了水泥用量、赤泥摻加比例對處理效果的影響，確定了最佳的工藝條件。結果表明：固化體的As浸出濃度隨水泥用量的增加而降低，最佳水泥用量為0.5 g·g-1，此時浸出濃度為2.08mg·L-1，滿足安全填埋標準；As浸出濃度隨赤泥摻加量的增加而升高，抗壓強度則隨之降低，最佳的赤泥摻加量為30%，此時浸出濃度為2.05mg·L-1。

砷渣；水泥；赤泥；固定/穩定化；浸出濃度

砷是一種毒害作用很強的致癌、致畸物質，對人體健康危害極大。由于合理處置方法的缺乏，使得一些有色金屬冶金企業將冶煉產生的含砷廢渣隨意堆置。經過雨水的沖刷，廢渣中的砷會浸入土壤，嚴重污染周邊環境，對居民健康造成威脅。目前，國內外普遍采用固定/穩定化處理技術對有毒廢渣進行處理，其中水泥固定穩定化技術由于具有材料廉價易得、處理效果好的特點，在砷渣的穩定化中得到廣泛的應用[1,2]。

赤泥是氧化鋁工業排放的紅色粉泥狀廢料，是生產氧化鋁時產生的一種副產品[3]。赤泥中含有大量的Ca、Fe、Al等的氧化物，具較好的吸附性能，可以有效吸附去除重金屬離子。張書武、Altundogan[4,5]等人的研究表明，改性赤泥吸附劑對As(V)具有強烈的吸附能力，可有效去除溶液中的As。鑒于赤泥對砷較好的吸附效果，考慮到如果能對其加以利用，則可實現工業廢渣的資源再利用，降低治理成本。

本實驗以此為目的，在砷渣的水泥固化/穩定化體系中摻入赤泥，對處理效果進行了研究，確定了最佳的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

水泥采用市售425號普通硅酸鹽水泥；赤泥取自山東某鋁業公司副產品堆置場，主要化學成分為CaO(30.66%)、SiO2(12.45%)、Fe2O3(10.63%)、Al2O3(8.05%)、MgO(1.37%)、Ti2O(12.84%)、Na2O (5.35%)、K2O(0.38%)，燒失量15.41%，將其用去離子水洗滌干凈，除去過量的堿后烘干待用。

實驗所用砷渣取自廣西某冶煉廠，按照國家環境保護行業標準《工業固體廢物采樣制樣技術規范》(HJ/T20-1998)對其進行采樣，剔除石塊和雜物，自然風干備用。

1.2 固化體試塊制作方法

將實驗原料倒入攪拌機內攪拌均勻，按0.4液固比加入適當去離子水，開機攪拌360±5s，將攪拌好的漿料裝入模具，將模具放到實臺上振動120±5s后停車。振動完畢后，用刮刀將漿體刮平，養護約一天，之后將試體從模具中取出，在恒溫恒濕養護箱內繼續養護至7天。采用《固體廢物浸出毒性浸出方法-水平震蕩法》（GB 5086.2-1997）進行浸出濃度測定。

為評價對砷渣的固定穩定化處理效果，分別調整水泥的使用量、赤泥的摻加比例，通過測定固化體的As浸出濃度來進行評價。

1.3 水泥使用量的影響

在砷渣只加入水泥，調整水泥用量分別為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 g·g-1（m水泥：m總固體），按成型步驟制作試體并進行養護，對固定/穩定化處理效果進行比較。

1.3.2 赤泥摻加比例的影響

以水泥用量為0.5，分別調整赤泥的摻加比例為10%、20%、30%、40%、50%（m赤泥：m水泥+赤泥），對砷渣進行固定/穩定化處理。

2 實驗結果與討論

2.1 砷渣的浸出毒性鑒別

按照《固體廢物浸出毒性浸出方法-水平震蕩法》（GB 5086.2-1997）對樣品主要重金屬浸出濃度進行分析，結果如表1所示。可以看出，砷渣中As的浸出濃度遠超《危險廢物鑒別標準-浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）規定標準值，屬于危險廢物，需要將其進一步處理，滿足《危險廢物填埋標準》（GB 18598-2001）規定要求后才能進行處置填埋。

表1 砷渣中As浸出濃度與危險廢物鑒別標準

2.2 水泥用量對固定/穩定化效果的影響

按照1.2.1的方法，獲得水泥的用量對砷渣固定/穩定化處理效果的影響，結果圖1所示。

圖1 水泥用量對固化效果的影響

由圖1可以看出，固化體的浸出濃度隨水泥用量的增加而降低，用量為0.3～0.4 g·g-1時浸出濃度變化比較明顯，在0.4～0.6 g·g-1之間時變化相對平緩，且在用量為0.5時浸出濃度為2.08mg/L，可以達到填埋標準要求(2.5mg/L)，用量為0.6～0.7g·g-1時浸出濃度低于檢出限。因此從處理成本方面考慮，選擇0.5的水泥用量即可。

2.3 赤泥摻加比例對固定/穩定化效果的影響

按1.2.2的方法，用赤泥替代部分水泥對砷渣進行固定/穩定化處理，結果如圖2所示。

圖2 赤泥摻加比例對固化效果的影響

由圖2可知，固化體的浸出濃度隨赤泥摻加比例的增加而升高。

赤泥摻加比例在10%、20%、30%時，固化體浸出濃度分別為0.68、0.75、2.05mg/L，比僅用水泥處理的固化體浸出濃度（2.08mg/L）分別降低52.23%、63.94%、1.44%，當摻加比例為40%、50%時，浸出濃度為3.18、3.77mg/L，高于僅用水泥處理的浸出濃度。可以看出，少量的赤泥摻加有助于提高穩定處理效果，降低As浸出濃度。因此選擇可30%為最佳替代比例。

3 結語

3.1 根據《危險廢物鑒別標準-浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007），實驗所用砷渣為具有浸出毒性的危險廢物，需要進行處理后才能滿足安全填埋處置標準。

3.2 固化體的浸出濃度隨水泥用量的增加而降低，最佳水泥用量為0.5 g·g-1，此時浸出濃度為2.08mg·L-1，可滿足安全填埋標準。

3.3 摻加少量赤泥有助于強化固定穩定化處理效果，降低固化體的As浸出濃度。最佳的摻加比例為30%，此時固化體的浸出濃度為2.05mg·L-1，可滿足填埋標準要求。

[1]李柏林,李曄,汪海濤,等.含砷廢渣的固化處理[J].化工環保, 2008,28(2):153-157.

[2]Tony Sarvinder Singh,K.K.Pant.Solidification/stabilization of arsenic containing solid wastes using portland cement,fly ash and polymeric materials[J].JournalofHazardousMaterials,B131(2006):29-36.

[3]南相莉,張廷安,劉燕,等.我國主要赤泥種類及其對環境的影響[J].過程工程學報,2009,9(S1):459-464.

[4]Lombi,E.,Zhao,F.,Wieshammer,G.,Zhang,G.,McGrath,S.P., 2002a.In situ fixation ofmetals in soilsusing bauxite residue:biologicaleffects.EnvironmentalPollution 118(3),445-452.

[5]Garau,G.,Castaldi,P.,Santona,L.,Deiana,P.,Melis,P.,2007.Influence of red mud,zeolite and lime on heavy metal immobilization, culturable heterotrophicmicrobial populations and enzyme activities in a contaminated soil.Geoderma 142(1-2),47-57.

圖1 沉積物中Cr的形態分布

圖2 沉積物中Cd的形態分布

圖3 沉積物中Cu的形態分布

3 結語

通過對十字河長江師范學院段采樣點1～4的底泥沉積物中重金屬的總量和形態分布的分析，得到如下結論：

3.1 沉積物中Pb、Cr、Cd、Zn、Cu含量明顯超標，而其中Pb本來已經嚴重超標，在加上由于周圍環境的汽車污染有增無減，其含量在將來一段時間內不斷累加，是最值得警惕的重金屬危害。

3.2 在沉積物重金屬形態分布上，Cr、Cd和Cu三種金屬都主要是以不穩定的可交換態存在，容易釋放析出對水體產生新的污染，這其中以Cr最為明顯（可交換態含量高達50%～70%）。而易穩定存在的殘渣態的含量有限，最多也只在20%左右。

通過對形態分布進行分析可知，在本段河流之中沉積物中重金屬由土壤本身所含的量比較少，主要是由于外部污染的排入而形成的累積。在沉積物累積過程中，重金屬主要以不穩定的形態存在，沉積物中的重金屬易于從新釋放析出對水體環境造成新的污染，尤其是由于水體中含有大量有機質，由于這些有機質的作用又使得水體酸性程度加大，更易于沉積物中重金屬的析出。因此，應重視沉積物中重金屬的從新析出以及有機污染物的排放對水體重金屬的影響。

參考文獻

[1]金相燦.沉積物污染化學 [M].北京：中國環境科學出版社, 1992：147-208.

[2]奚旦立,孫裕生，劉秀英，等.環境監測[M].北京：高等教育出版社，2010：135-136.

[3]中國標準出版社第二編輯室.環境監測方法標準匯編[M].北京：中國標準出版社.2006：18-23.

[4]劉恩峰，沈吉，朱育新.重金屬元素BCR提取法及在太湖沉積物研究中的應用[J].環境科學研究.2005，18（2）：57-60.

徐中華（1992—），女，重慶涪陵(408100),學生，長江師范學院，化學化工學院。

時建偉（1979—），男，河北人，碩士，工程師，化學化工實驗教學中心主任，主要從事化工教學與研究工作。