CN114428149A - 一种基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法 - Google Patents
一种基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法，包括以下步骤：添加活性氧化镁对含锌冶炼渣进行固化/稳定化处理，养护；配置饱和CO2水，测定pH并对活性氧化镁处理后及未处理的含锌冶炼渣进行加速碳酸化连续浸提，测定浸提液的pH、电导率、镁离子和锌离子的浓度；基于浸提液中pH、电导率和镁离子的变化规律，确定加速碳酸化浸提次数；基于累计浸出液锌的平均浓度与累计碳酸暴露之间对应关系，评估修复后渣体对碳酸的耐受能力。本发明设计了加速碳酸化暴露试验，考虑了影响活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣中锌释放行为的关键环境因子，系统评估了固化/稳定化修复后冶炼渣中锌的长期活化风险。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物无害化处理研究领域，尤其是涉及一种基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法。
背景技术
我国是世界上锌精矿的主要生产国，锌矿在高温冶炼过程中由所排放的熔渣经水淬急冷会产生大量含锌冶炼渣，主要以玻璃相形式存在且具有潜在水硬活性。随着锌冶金行业的迅猛发展，我国含锌冶炼渣的产生量巨大且利用率相对较低，因此许多场合下存在含锌冶炼渣的无序堆存，其中锌等重金属的释放导致较高的环境风险。
固化/稳定化技术能有效降低冶炼渣中重金属的浸出风险，且具有施工方便、成本较低等优势，在冶炼废渣的处置中得到了广泛应用。活性氧化镁是一种极具潜力的固化/稳定化修复材料之一。与传统的普通硅酸盐水泥，又称波特兰水泥(生产温度达1450℃ )相比，活性氧化镁的生产过程能耗更低(通常650-800℃)。波特兰水泥的生产会导致大量二氧化碳的释放(人类活动排放的二氧化碳约5-7％来自水泥生产)，而活性氧化镁的生产释放的二氧化碳要低得多。研究证明氧化镁系绿色水泥不仅有低碳廉价的潜力，而且对酸雨和硫酸盐侵蚀等环境影响具有较强的抵抗性。
由于含锌冶炼渣中硅铝酸盐的含量较高，其自身就具有胶凝属性，目前已有研究通过活性激发制备冶炼渣基地质聚合物，不仅能大大提高含锌冶炼渣的利用率，还能有效阻止废渣中重金属离子的浸出行为，减少含锌渣堆存产生的环境问题。如CN 112723831A利用一定比例的盐湖工业副产物钙基固废(水氯钙石)、镁基固废(水氯镁石)、氧化镁和少量水泥(不超过10％)作激发剂协同激发铅锌渣制备高性能胶凝材料； CN 105565691A将铅锌冶炼渣和粉煤灰分别进行干燥、粉磨，然后再与硫酸盐激发剂和铝酸盐激发剂混合均匀后共同粉磨，得到球磨混合料并加入复合碱激发剂溶液，搅拌均匀，成型，养护，制得铅锌冶炼渣基地聚合物胶凝材料。CN 109824287 A利用水玻璃- 氢氧化钠复合碱激发剂与铅锌冶炼渣混合、常温养护得到性能优良的铅锌冶炼渣基地质聚合物，同时还能利用其自胶凝特性使铅锌冶炼渣中的重金属离子得到有效固化。
虽然固化/稳定化技术能够在短时间内稳定重金属，但该技术并没有减少重金属的总量，只是将重金属转化为稳定化学形态或阻止其在环境中迁移。当固化/稳定化处理后的铅锌冶炼渣置于自然环境中时，由于环境条件的不断变化，冶炼渣中铅和锌的赋存形态可能会发生变化，从而影响它们的浸出风险。酸雨中酸性物质是影响废渣中重金属释放的重要因素之一。固化/稳定化处理后的含锌冶炼渣在长期酸雨浸沥刺激下，重金属可能被重新活化，造成二次污染风险。全球大气二氧化碳浓度的急剧增加引发人类对气候变暖的担忧，如何减少二氧化碳的排放或抑制二氧化碳浓度的升高值得人类不断进行科学研究。矿物碳化封存是一种重要的二氧化碳隔离方法，通常是指二氧化碳与富含钙/镁矿物(如镁橄榄石、蛇纹石、硅灰石等)或工业固废(高炉渣、钢渣、废石膏、粉煤灰等)之间的碳化反应形成稳定碳酸盐的一种隔离方法。但是长期二氧化碳碳化作用可能会对含锌冶炼渣中重金属的释放性能产生影响。二氧化碳碳化能够通过改变水泥水化反应产物的矿物学结构，进而降低重金属浸出并增加固化体的抗压强度；但是二氧化碳碳化也容易导致固化体缓冲能力的降低和矿物学的改变，从长远来看可能加速重金属的释放。准确预测及评价含锌冶炼渣固化 /稳定化修复效果的长期稳定性，会直接影响到修复方案参数的选择和修复后冶炼废渣的安全处置。现有的长效性评估方法通常采用的是长年定期取样监测相关指标的策略。但是长期监测方法费时费力，且受到冶炼渣修复后处置场景的制约，许多情况下无法进行实地监测。加速暴露试验是快速模拟重金属长期释放能力的一种有效手段，通常在实验室尺度上通过人为促进，研究一些重要环境因子刺激对重金属长期释放能力的影响。
综上，利用活性氧化镁作为唯一添加剂，通过水泥固化作用及活性激发自胶结作用固化/稳定含锌冶炼废渣，并快速评估修复后重金属在加速碳酸化暴露刺激下的浸出风险，对实现固体废弃物资源化、无害化处理具有重要意义。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法。
技术方案：本发明所公开的基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法，包括以下步骤：
S1、添加活性氧化镁对含锌冶炼渣进行固化/稳定化处理，养护；设置未处理的含锌冶炼渣对照组；
S2、配置饱和CO2水，测定pH；
S3、利用饱和CO2水对活性氧化镁处理后含锌冶炼渣及未处理的含锌冶炼渣进行加速碳酸化连续浸提，测定浸提液的pH、电导率、镁离子和锌离子的浓度；基于浸提液中pH、电导率和镁离子的变化规律，确定加速碳酸化浸提次数；
S4、基于S3中累计浸出液锌的平均浓度与累计碳酸暴露之间对应关系，评估修复后渣体对碳酸的耐受能力。
其中，S1中所述活性氧化镁为激发剂，氧化镁含量≥80％；所述含锌冶炼渣为锌矿冶炼过程中由所排放的熔渣经水淬急冷而得。
进一步的，S1中对含锌冶炼渣进行固化/稳定化处理时，活性氧化镁添加质量≤10％含锌冶炼渣。
进一步的，S2中向去离子水中充入高纯度CO2气至溶液的pH恒定为3.85。
进一步的，S3中用配制的饱和CO2水与冶炼渣混合，采用往复式水平振荡法震荡，离心后固液分离，残渣置于烘箱中干燥直至恒重，完成一个批次浸提，继续添加饱和 CO2水进行下一个批次的浸提，该过程持续进行直到处理后渣的浸提液pH接近未处理渣的浸提液pH。
进一步的，S4中随着加速碳酸化暴露试验中浸提步骤的增加，将所添加碳酸浸提剂中累计CO2量作为横坐标，将浸提液混合并计算累计浸提液中锌的平均浓度作为纵坐标，结合锌的排放限值，确定排放限值处对应的累计CO2量，评估活性氧化镁固化/稳定化修复后冶炼渣在酸雨和二氧化碳的刺激下的耐受程度。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：
首先，设计了加速碳酸化暴露试验，重点考虑了影响活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣中锌释放行为的关键环境因子，即酸雨和二氧化碳碳化，通过人为促进，系统评估了固化/稳定化修复后冶炼渣中锌的长期活化风险。本方法原理简单，使用方便，操作时间短，可重复性强，具有广泛的实用性；
其次，只以含锌冶炼渣和活性氧化镁为原料，采用免锻烧、常温工艺制备地聚合物胶凝材料，工艺简单、能耗低、无温室气体排放，环境友好性强；
活性氧化镁比表面积大，物理吸附能力强；且其水化反应生成的氢氧根与重金属阳离子反应生成氢氧化物沉淀。另外，饱和沉淀析出的氢氧化镁具有层状结构且表面疏松多孔，可吸附或内封重金属。氢氧化镁还能进一步与二氧化碳和水反应，生成各种水合碳酸镁，如碳镁石、三水碳镁石、球碳镁石、水碳镁石、五水碳镁石和纤水菱镁石等。一方面，这些水合碳酸镁具有突出的胶凝结合强度；另一方面，锌能够与碳酸根离子发生反应生成碳酸盐沉淀，降低其浸出性能；
活性氧化镁作为碱激发剂，可有效激发含锌冶炼渣的火山灰活性，通过水化反应生成硅酸钙凝胶、硅酸镁凝胶等，实现冶炼渣中重金属的固化稳定。
附图说明
图1为本发明实施例中二氧化碳水pH随充气时间的变化图；
图2为本发明实施例中加速碳酸化暴露试验流程图；
图3为本发明实施例中加速碳酸化暴露试验中pH、电导率、镁和锌的变化规律图；
图4为本发明实施例中累计浸出液锌平均浓度与累计碳酸(CO2)暴露之间对应关系及碳酸(CO2)的耐受能力。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
一种基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法，包括以下步骤：
S1、添加活性氧化镁对含锌冶炼渣进行固化/稳定化处理，养护；设置未处理的含锌冶炼渣对照组；所述活性氧化镁为激发剂，氧化镁含量≥80％；所述含锌冶炼渣为锌矿冶炼过程中由所排放的熔渣经水淬急冷而得，对含锌冶炼渣进行固化/稳定化处理时，活性氧化镁添加质量≤10％含锌冶炼渣。
S2、向去离子水中充入高纯度CO2气至溶液的pH恒定，配置饱和CO2水。
S3、利用饱和CO2水对活性氧化镁处理后含锌冶炼渣及未处理的含锌冶炼渣进行加速碳酸化连续浸提，测定浸提液的pH、电导率、镁离子和锌离子的浓度；基于浸提液中pH、电导率和镁离子的变化规律，确定加速碳酸化浸提次数；用配制的饱和CO2水与冶炼渣混合，采用往复式水平振荡法震荡，离心后固液分离，残渣置于烘箱中干燥直至恒重，完成一个批次浸提，继续添加饱和CO2水进行下一个批次的浸提，该过程持续进行直到处理后渣的浸提液pH接近未处理渣的浸提液pH。
S4、基于S3中累计浸出液锌的平均浓度与累计碳酸暴露之间对应关系，评估修复后渣体对碳酸的耐受能力，随着加速碳酸化暴露试验中浸提步骤的增加，将所添加碳酸浸提剂中累计CO2量(mol/kg冶炼渣)作为横坐标，将浸提液混合并计算累计浸提液中锌的平均浓度(mg/L)作为纵坐标，结合我国《铅、锌工业污染物排放标准(GB 25466-2010)》中锌的排放限值(2mg/L)，确定排放限值处对应的累计CO2量，评估活性氧化镁固化/稳定化修复后冶炼渣在酸雨和二氧化碳的刺激下的耐受程度。
本发明实例中含锌冶炼渣采自广西某关停铅锌矿冶炼厂区域，采集后带回实验室，将铅锌渣干燥、研磨，得到细化后的含锌渣粉末。活性氧化镁为商业化产品，MgO含量84％；反应时间130s；烧失量2.1％；细度：80μm；方孔筛筛余3％；初凝和终凝时间分别为186min和247min。
实施例1
按质量份计，将100份铅锌渣、2份活性氧化镁、66份水搅拌混合均匀，制得胶凝材料浆体。将材料置于养护箱(温度20℃,相对湿度≥95％)进行养护14天和100天，制得胶结固化的含锌渣基胶凝材料。
实施例2
按质量份计，将100份铅锌渣、5份活性氧化镁、66份水搅拌混合均匀，制得胶凝材料浆体。将材料置于养护箱(温度20℃,相对湿度≥95％)进行养护14天和100天，制得胶结固化的含锌渣基胶凝材料。
实施例3
按质量份计，将100份铅锌渣、10份活性氧化镁、66份水搅拌混合均匀，制得胶凝材料浆体。将材料置于养护箱(温度20℃,相对湿度≥95％)进行养护14天和100 天，制得胶结固化的含锌渣基胶凝材料。
对比例
按质量份计，将100份铅锌渣、66份水搅拌混合均匀，制得材料浆体。将材料置于养护箱(温度20℃,相对湿度≥95％)进行养护14天和100天，制得胶结固化的含锌渣基胶凝材料。
实施例和对比例中使用碳酸溶液的制备：向去离子水中通入纯二氧化碳气体，如图 1所示，通气过程中连续监测溶液的pH，持续通气至溶液pH稳定(约3.85)。由于制备的碳酸溶液中溶解的二氧化碳极易随着存放时间和环境温度的变化而释放，因此必须要现配现用。
如图2所示，利用制备的碳酸溶液按照固液比1:10对固化/稳定化后的锌冶炼渣进行浸提，浸提方式为往复式水平振荡(频率为100±10次/min)，控制环境温度为25℃，单次浸提的振荡时间为24h。随后进行固液分离，残余渣体置于烘箱(40℃)烘24h，完成一个批次，故单批次周期为48h。继续加饱和二氧化碳水浸提、固液分离、烘干，完成第二个批次以此类推。该过程持续进行直到浸提液pH接近未处理渣的浸提液pH。每步得到的浸提液用0.45μm水系滤膜过滤并收集上清液，并及时于当天测定浸提液的 pH、电导率、镁离子和锌的浓度，如图3所示。
根据加速碳酸化浸提液pH、电导率和镁离子浓度，确定实施例和对比例中饱和CO2水的浸提次数，最多为10次。
如图4所示，根据本发明实施例中累计浸出液锌平均浓度与累计碳酸(CO2)暴露之间对应关系，确定锌平均浓度突破标准限值时的碳酸(即CO2)的耐受能力分别为：实例1分别为0.90mol/(kg冶炼渣)(养护14天)和0.63mol/(kg冶炼渣)(养护100天)、实例2分别为2.1mol/(kg冶炼渣)(养护14天)和1.9mol/(kg冶炼渣)(养护100天)、实例3分别为4.4mol/(kg冶炼渣)(养护14天)和3.9mol/(kg冶炼渣)(养护100天)。
Claims (6)
1.一种基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、添加活性氧化镁对含锌冶炼渣进行固化/稳定化处理，养护；设置未处理的含锌冶炼渣对照组；
S2、配置饱和CO2水，测定pH；
S3、利用饱和CO2水对活性氧化镁处理后含锌冶炼渣及未处理的含锌冶炼渣进行加速碳酸化连续浸提，测定浸提液的pH、电导率、镁离子和锌离子的浓度；基于浸提液中pH、电导率和镁离子的变化规律，确定加速碳酸化浸提次数；
S4、基于S3中累计浸出液锌的平均浓度与累计碳酸暴露之间对应关系，评估修复后渣体对碳酸的耐受能力。
2.根据权利要求1所述的基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法，其特征在于：S1中所述活性氧化镁为激发剂，氧化镁含量≥80％；所述含锌冶炼渣为锌矿冶炼过程中由所排放的熔渣经水淬急冷而得。
3.根据权利要求1所述的基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法，其特征在于：S1中对含锌冶炼渣进行固化/稳定化处理时，活性氧化镁添加质量≤10％含锌冶炼渣。
4.根据权利要求1所述的基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法，其特征在于：S2中向去离子水中充入高纯度CO2气至溶液的pH恒定。
5.根据权利要求1所述的基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法，其特征在于：S3中用配制的饱和CO2水与冶炼渣混合，采用往复式水平振荡法震荡，离心后固液分离，残渣置于烘箱中干燥直至恒重，完成一个批次浸提，继续添加饱和CO2水进行下一个批次的浸提，该过程持续进行直到处理后渣的浸提液pH接近未处理渣的浸提液pH。
6.根据权利要求1所述的基于碳酸化加速暴露的活性氧化镁固化/稳定含锌冶炼渣的长效评估方法，其特征在于：S4中随着加速碳酸化暴露试验中浸提步骤的增加，将所添加碳酸浸提剂中累计CO2量作为横坐标，将浸提液混合并计算累计浸提液中锌的平均浓度作为纵坐标，结合锌的排放限值，确定排放限值处对应的累计CO2量，评估活性氧化镁固化/稳定化修复后冶炼渣在酸雨和二氧化碳的刺激下的耐受程度。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN106318400A (zh) * | 2016-08-04 | 2017-01-11 | 北京高能时代环境技术股份有限公司 | 修复含As固废和As污染土壤的稳定化药剂及方法 |
| CN107903903A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-13 | 四川长虹格润再生资源有限责任公司 | 一种用于修复铍污染土壤和沉积物的固化稳定化药剂 |
| CN112723831A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-04-30 | 西安建筑科技大学 | 一种胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106318400A (zh) * | 2016-08-04 | 2017-01-11 | 北京高能时代环境技术股份有限公司 | 修复含As固废和As污染土壤的稳定化药剂及方法 |
| CN107903903A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-13 | 四川长虹格润再生资源有限责任公司 | 一种用于修复铍污染土壤和沉积物的固化稳定化药剂 |
| CN112723831A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-04-30 | 西安建筑科技大学 | 一种胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 伍浩良;刘兆鹏;杜延军;薛强;魏明俐;李春萍;: "酸雨作用下含磷固化剂处理铅锌镉复合污染土的半动态浸出试验研究", 岩土工程学报, vol. 39, no. 06, 30 June 2017 (2017-06-30), pages 1058 - 1064 * |
| 王哲;丁耀堃;许四法;熊壮;周红利;吴雪辉;: "酸雨环境下磷酸镁水泥固化锌污染土溶出特性研究", 岩土工程学报, vol. 39, no. 04, 15 April 2017 (2017-04-15), pages 697 - 704 * |
| 甄树聪;杨建明;董晓慧;朱坚豪;: "磷酸钾镁胶结材料固化/稳定化重金属污染土壤的研究", 安徽农业科学, vol. 39, no. 35, 10 December 2011 (2011-12-10), pages 21722 - 21725 * |
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