赤泥在砷渣的水泥固定/稳定化中应用研究

吕伟业

（中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院 北京 100083）

赤泥在砷渣的水泥固定/稳定化中应用研究

吕伟业

（中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院 北京 100083）

采用水泥、赤泥固定/稳定化处理含砷废渣，研究了水泥用量、赤泥掺加比例对处理效果的影响，确定了最佳的工艺条件。结果表明：固化体的As浸出浓度随水泥用量的增加而降低，最佳水泥用量为0.5 g·g-1，此时浸出浓度为2.08mg·L-1，满足安全填埋标准；As浸出浓度随赤泥掺加量的增加而升高，抗压强度则随之降低，最佳的赤泥掺加量为30%，此时浸出浓度为2.05mg·L-1。

砷渣；水泥；赤泥；固定/稳定化；浸出浓度

砷是一种毒害作用很强的致癌、致畸物质，对人体健康危害极大。由于合理处置方法的缺乏，使得一些有色金属冶金企业将冶炼产生的含砷废渣随意堆置。经过雨水的冲刷，废渣中的砷会浸入土壤，严重污染周边环境，对居民健康造成威胁。目前，国内外普遍采用固定/稳定化处理技术对有毒废渣进行处理，其中水泥固定稳定化技术由于具有材料廉价易得、处理效果好的特点，在砷渣的稳定化中得到广泛的应用[1,2]。

赤泥是氧化铝工业排放的红色粉泥状废料，是生产氧化铝时产生的一种副产品[3]。赤泥中含有大量的Ca、Fe、Al等的氧化物，具较好的吸附性能，可以有效吸附去除重金属离子。张书武、Altundogan[4,5]等人的研究表明，改性赤泥吸附剂对As(V)具有强烈的吸附能力，可有效去除溶液中的As。鉴于赤泥对砷较好的吸附效果，考虑到如果能对其加以利用，则可实现工业废渣的资源再利用，降低治理成本。

本实验以此为目的，在砷渣的水泥固化/稳定化体系中掺入赤泥，对处理效果进行了研究，确定了最佳的工艺条件。

1 材料与方法

1.1 实验材料

水泥采用市售425号普通硅酸盐水泥；赤泥取自山东某铝业公司副产品堆置场，主要化学成分为CaO(30.66%)、SiO2(12.45%)、Fe2O3(10.63%)、Al2O3(8.05%)、MgO(1.37%)、Ti2O(12.84%)、Na2O (5.35%)、K2O(0.38%)，烧失量15.41%，将其用去离子水洗涤干净，除去过量的碱后烘干待用。

实验所用砷渣取自广西某冶炼厂，按照国家环境保护行业标准《工业固体废物采样制样技术规范》(HJ/T20-1998)对其进行采样，剔除石块和杂物，自然风干备用。

1.2 固化体试块制作方法

将实验原料倒入搅拌机内搅拌均匀，按0.4液固比加入适当去离子水，开机搅拌360±5s，将搅拌好的浆料装入模具，将模具放到实台上振动120±5s后停车。振动完毕后，用刮刀将浆体刮平，养护约一天，之后将试体从模具中取出，在恒温恒湿养护箱内继续养护至7天。采用《固体废物浸出毒性浸出方法-水平震荡法》（GB 5086.2-1997）进行浸出浓度测定。

为评价对砷渣的固定稳定化处理效果，分别调整水泥的使用量、赤泥的掺加比例，通过测定固化体的As浸出浓度来进行评价。

1.3 水泥使用量的影响

在砷渣只加入水泥，调整水泥用量分别为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 g·g-1（m水泥：m总固体），按成型步骤制作试体并进行养护，对固定/稳定化处理效果进行比较。

1.3.2 赤泥掺加比例的影响

以水泥用量为0.5，分别调整赤泥的掺加比例为10%、20%、30%、40%、50%（m赤泥：m水泥+赤泥），对砷渣进行固定/稳定化处理。

2 实验结果与讨论

2.1 砷渣的浸出毒性鉴别

按照《固体废物浸出毒性浸出方法-水平震荡法》（GB 5086.2-1997）对样品主要重金属浸出浓度进行分析，结果如表1所示。可以看出，砷渣中As的浸出浓度远超《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）规定标准值，属于危险废物，需要将其进一步处理，满足《危险废物填埋标准》（GB 18598-2001）规定要求后才能进行处置填埋。

表1 砷渣中As浸出浓度与危险废物鉴别标准

2.2 水泥用量对固定/稳定化效果的影响

按照1.2.1的方法，获得水泥的用量对砷渣固定/稳定化处理效果的影响，结果图1所示。

图1 水泥用量对固化效果的影响

由图1可以看出，固化体的浸出浓度随水泥用量的增加而降低，用量为0.3～0.4 g·g-1时浸出浓度变化比较明显，在0.4～0.6 g·g-1之间时变化相对平缓，且在用量为0.5时浸出浓度为2.08mg/L，可以达到填埋标准要求(2.5mg/L)，用量为0.6～0.7g·g-1时浸出浓度低于检出限。因此从处理成本方面考虑，选择0.5的水泥用量即可。

2.3 赤泥掺加比例对固定/稳定化效果的影响

按1.2.2的方法，用赤泥替代部分水泥对砷渣进行固定/稳定化处理，结果如图2所示。

图2 赤泥掺加比例对固化效果的影响

由图2可知，固化体的浸出浓度随赤泥掺加比例的增加而升高。

赤泥掺加比例在10%、20%、30%时，固化体浸出浓度分别为0.68、0.75、2.05mg/L，比仅用水泥处理的固化体浸出浓度（2.08mg/L）分别降低52.23%、63.94%、1.44%，当掺加比例为40%、50%时，浸出浓度为3.18、3.77mg/L，高于仅用水泥处理的浸出浓度。可以看出，少量的赤泥掺加有助于提高稳定处理效果，降低As浸出浓度。因此选择可30%为最佳替代比例。

3 结语

3.1 根据《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007），实验所用砷渣为具有浸出毒性的危险废物，需要进行处理后才能满足安全填埋处置标准。

3.2 固化体的浸出浓度随水泥用量的增加而降低，最佳水泥用量为0.5 g·g-1，此时浸出浓度为2.08mg·L-1，可满足安全填埋标准。

3.3 掺加少量赤泥有助于强化固定稳定化处理效果，降低固化体的As浸出浓度。最佳的掺加比例为30%，此时固化体的浸出浓度为2.05mg·L-1，可满足填埋标准要求。

[1]李柏林,李晔,汪海涛,等.含砷废渣的固化处理[J].化工环保, 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,张廷安,刘燕,等.我国主要赤泥种类及其对环境的影响[J].过程工程学报,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.

图1 沉积物中Cr的形态分布

图2 沉积物中Cd的形态分布

图3 沉积物中Cu的形态分布

3 结语

通过对十字河长江师范学院段采样点1～4的底泥沉积物中重金属的总量和形态分布的分析，得到如下结论：

3.1 沉积物中Pb、Cr、Cd、Zn、Cu含量明显超标，而其中Pb本来已经严重超标，在加上由于周围环境的汽车污染有增无减，其含量在将来一段时间内不断累加，是最值得警惕的重金属危害。

3.2 在沉积物重金属形态分布上，Cr、Cd和Cu三种金属都主要是以不稳定的可交换态存在，容易释放析出对水体产生新的污染，这其中以Cr最为明显（可交换态含量高达50%～70%）。而易稳定存在的残渣态的含量有限，最多也只在20%左右。

通过对形态分布进行分析可知，在本段河流之中沉积物中重金属由土壤本身所含的量比较少，主要是由于外部污染的排入而形成的累积。在沉积物累积过程中，重金属主要以不稳定的形态存在，沉积物中的重金属易于从新释放析出对水体环境造成新的污染，尤其是由于水体中含有大量有机质，由于这些有机质的作用又使得水体酸性程度加大，更易于沉积物中重金属的析出。因此，应重视沉积物中重金属的从新析出以及有机污染物的排放对水体重金属的影响。

参考文献

[1]金相灿.沉积物污染化学 [M].北京：中国环境科学出版社, 1992：147-208.

[2]奚旦立,孙裕生，刘秀英，等.环境监测[M].北京：高等教育出版社，2010：135-136.

[3]中国标准出版社第二编辑室.环境监测方法标准汇编[M].北京：中国标准出版社.2006：18-23.

[4]刘恩峰，沈吉，朱育新.重金属元素BCR提取法及在太湖沉积物研究中的应用[J].环境科学研究.2005，18（2）：57-60.

徐中华（1992—），女，重庆涪陵(408100),学生，长江师范学院，化学化工学院。

时建伟（1979—），男，河北人，硕士，工程师，化学化工实验教学中心主任，主要从事化工教学与研究工作。