鋼渣堆積過程中重金屬浸出物研究

孔志云，黃緯斌，杜亞杰，王 迪，狄 然

（1. 省部共建分離膜與膜過程國家重點實驗室（天津工業大學），天津 300387 ；2. 天津工業大學環境與化學工程學院，天津 300387）

鋼渣是伴隨煉鋼過程產生的一種工業廢棄物，占到粗鋼產量的10%-15%，目前我國鋼渣綜合利用率不超過30%，其中內蒙古僅包鋼年產生鋼渣超過600 萬噸以上、堆積鋼渣超過3000 萬噸[1]。大量的鋼渣堆積不僅占用了大面積的土地，而且由于雨水的沖刷等環境因素使得鋼渣中含有的重金屬隨水進入地表，造成周圍環境的重金屬污染[2]。因此，研究鋼渣中重金屬元素的浸出行為，對于防止二次污染具有重要意義。

目前，固體廢物重金屬浸出測試方法有硫酸硝酸法、乙酸緩沖溶液法、水平振蕩法等。鋼渣的種類及浸出測定方法對鋼渣中重金屬的評價影響較大，有研究表明[3]唐鋼和東鋼鋼渣樣品中金屬元素浸出量均滿足固體危險廢物鑒別標準要求，可作為路基路面材料應用于道路工程建設。但馬馳等[4]研究表明電爐精煉渣樣品Ba 元素超出國家污水重金屬排放標準，Ni、V 元素超出生活飲用水衛生標準，在綜合利用時需加以重視。本文針對包鋼堆積的鋼渣進行評價，選取去離子水、硫酸硝酸溶液、pH4.7和pH5.6 的模擬內蒙古地區酸雨溶液作為浸出劑，對鋼渣在堆積過程中可能出現的重金屬滲出進行分析，為鋼渣在道路、建材等方面的應用提供安全性依據。

1 材料與方法

1.1 樣品與試劑

樣品來源：包鋼堆放粉碎后的不同粒度的鋼渣，粒徑分別為1 號：0~10 目，2 號：5~10 目，3 號：15~20 目，4 號：10~30 目。

試劑：硫酸、硝酸、氫氧化鈉均為優級純，購自天津市光復精細化工研究所；鉛、鎘、鉻、汞、砷、鋅、鈷、鎳、銅標液均購自中國標準物質中心。

1.2 實驗方法

1.2.1 溶液配制

硫酸硝酸溶液：將質量比為2:1 的濃硫酸和濃硝酸混合液加入到試劑水中，調節pH 為3.2。

模擬酸雨溶液：依據內蒙古地區的酸雨構成，采用濃H2SO4和濃HNO3配制體積比為8 ：1 的模擬酸雨。用NaOH 溶液調pH值至重酸雨pH4.7 和輕酸雨區pH5.6。

1.2.2 鋼渣中重金屬元素的浸出

采用國家標準HJ/T 229-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，將樣品在干燥箱以1 0 5℃的溫度下烘干2 4 h，取100 g鋼渣于2L聚乙烯瓶中，加入1L溶液，蓋緊瓶蓋固定在振蕩機上，室溫下振蕩18 h，過濾，收集全部濾液即浸出液，供分析用。

1.2.3 酸雨溶液中鋼渣重金屬元素的含量測定

選取重金屬離子錳、鋰、鎘、鎳、銅、鉻、砷等測定重金屬離子濃度，用電感耦合等離子質譜（ICP-MS，美國Thermo 公司）進行金屬離子測定。

2 結果與討論

2.1 在水中的浸出

采用二次水作為鋼渣浸出溶劑進行測定，四種粒度的鋼渣測定結果見表1。

表1 水中鋼渣浸出金屬離子含量（mg/L）

由表中數據可以看出，雖然鋼渣中含一定量重金屬元素，且隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小，但四種粒度的鋼渣檢測到的重金屬含量均很低，說明鋼渣中重金屬元素短期較難浸出。

2.2 在酸中的浸出行為

采用硫酸硝酸溶液作為鋼渣浸出溶劑進行測定，四種粒度的鋼渣測定結果見表2。

表2 酸中鋼渣浸出金屬離子含量（mg/L）

由表中數據可以看出，雖然鋼渣中含一定量重金屬元素，且隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小， 但四種粒度的鋼渣檢測到的重金屬含量均很低， 但是比在水中的浸出濃度高，原因是在酸性溶液中，金屬離子更容易發生溶解。

2.3 在pH=4.7 酸雨中的浸出行為

采用pH=4.7 酸雨溶液作為鋼渣浸出溶劑進行測定，四種粒度的鋼渣測定結果見表3。

表3 pH=4.7 酸雨中鋼渣浸出金屬離子含量（mg/L）

由表中數據可以看出，隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小，四種粒度的鋼渣檢測到的重金屬含量均很低，尤其是鋅和汞離子未檢出，這是由于隨著pH 的增高，金屬離子在溶液中的溶解度變小，因此浸出物濃度較酸性溶液高。

2.4 在pH=5.6 酸雨中的浸出行為

采用pH=5.6 酸雨溶液作為鋼渣浸出溶劑進行測定，四種粒度的鋼渣測定結果見表4。

表4 pH=5.6 酸雨中鋼渣浸出金屬離子含量（mg/L）

由表中數據可以看出，四種粒度的鋼渣檢測到的重金屬含量均很低，且隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小，尤其是鋅、鎳和汞離子未檢出，這是由于酸雨溶液是由硫酸鈉和硝酸鈉組成，在一定的離子濃度，金屬離子容易發生沉淀反應，因而浸出物濃度較水中偏低。

2.5 重金屬浸出對環境影響的分析

將鋼渣浸出液中最高值與我國《危險廢物鑒別標準- 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）進行比較，如表5 所示。由表可看出，四種粒徑的鋼渣樣品金屬元素浸出量均滿足固體危險廢物鑒別標準要求。

表5 重金屬鑒別毒性標準值（mg/L）

3 結論

本文通過采用不同的浸出液對鋼渣中重金屬離子浸出進行了研究，結果表明包鋼鋼渣公司堆積的鋼渣，在硫酸硝酸浸出液中各離子含量均最高；各金屬浸出量低于堆存標準限值，堆存風險較小，可以粉碎處理后進行后續的資源化利用。