重金屬磷灰石礦物的合成與穩(wěn)定行為研究.pdf

1、環(huán)境中的重金屬類危險廢物污染物，在進(jìn)入填埋場之前若處置不當(dāng)，會很容易通過土壤滲入到地下水中，污染周圍環(huán)境并威脅人類健康。如何安全有效地處理重金屬類危險廢物污染物成為目前急需解決的環(huán)境和社會問題。美國RCRA(資源保護(hù)與回收法)中的危險廢物填埋禁令和我國《國家危險廢物名錄》中都明確規(guī)定：進(jìn)入填埋場的危險廢物，必須通過預(yù)處理滿足污染物進(jìn)入填埋場的浸出液控制限值的最低要求。 目前對重金屬類危險廢物污染物的預(yù)處理主要采用固化穩(wěn)定化的方

2、法。水泥固化作為現(xiàn)行的重金屬類污染物無機(jī)穩(wěn)定固化預(yù)處理的基本方法，具有投資少、處理技術(shù)成熟以及處理范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但其在處理過程中同時具有原料消耗大，引起較高的增容比、兩性重金屬在水泥高堿性環(huán)境中的不穩(wěn)定性等缺陷。為了有效地處理重金屬類危險廢物污染物，提高其沉淀物的pH穩(wěn)定性和低增容比，本文主要探索研究了一種新的重金屬類污染物穩(wěn)定固化預(yù)處理方法：利用PO<,4><'3->作為穩(wěn)定劑，在污染物體系中通過誘導(dǎo)形成低溶解度、高化學(xué)穩(wěn)定的磷酸鹽

3、類礦物相，將重金屬污染物自穩(wěn)定束縛在磷酸鹽類礦物相的晶格中，實現(xiàn)重金屬污染物的自凈化與可忽略的低增容。 本研究利用常溫下液相共沉淀的方法，研究了PO<,4><'3->與不同種類、不同比例重金屬離子之間的化學(xué)反應(yīng)條件，并通過X射線衍射分析(XRD)，傅里葉紅外光譜分析(FT-IR)，場發(fā)射高分辨掃描電子顯微鏡(FE-SEM)，熱分析(TG-DTG-DSC-MS)和美國EPA的浸出毒性實驗(TCLP)等方法對產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、

4、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了探討。同時在此理論研究的基礎(chǔ)上，將可溶性磷酸鹽用于飛灰等危險廢物污染物體系中重金屬的固化穩(wěn)定化的探索性試驗。結(jié)果表明： (1)pH為10的條件最有利于羥基磷灰石的生成，所得產(chǎn)物為含有微量碳酸根的缺鈣的羥基磷灰石，它在600℃以下可穩(wěn)定存在；由美國EPA的標(biāo)準(zhǔn)TCLP毒性浸出程序可判定，產(chǎn)物羥基磷灰石具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，Ca<'2+>的最高浸出濃度為7.08mg/L。 (2)pH為10的條件

5、下，不同鋅摩爾含量X<,Zn>的產(chǎn)物，隨著X<,Zn>的增加依次為CaZnHap，CaZn<,2>(PO<,4>)<,2>·2H<,2>O和Zn<,3>(PO<,4>)<,2>·4H<,2>O，并且它們均可在600℃以下穩(wěn)定存在；用液相共沉淀的方法能夠有效地將Zn<'2+>穩(wěn)定固化在磷酸鹽礦物的晶格內(nèi)部，束縛率高達(dá)99.99％。(3)pH為10的條件下，不同鎘摩爾含量X<,Cd>的產(chǎn)物，隨著X<,Cd>的增加依次為Ca<,3.9>(Ca

6、<,4.7>Cd<,0.7>)(PO<,4>)<,6>(OH)<,1.8>，Ca<,3.8>(Ca<,4.1>Cd<,0.37>)(PO<,4>)<,6>(OH)<,1.8>，Ca<,3.6>(Ca<,4.5>Ca<,0.76>)-(PO<,4>)<,6>(OH)<,1.6>和Cd<,5>(PO<,4>)<,3>OH；它們在500℃以下均可穩(wěn)定存在，其熱穩(wěn)定性隨著X<,Cd>的增加明顯提高；Cd<'2+>雖然能夠進(jìn)入到羥基磷灰石的晶格中

7、，但產(chǎn)物的化學(xué)穩(wěn)定性不高；在標(biāo)準(zhǔn)TCLP浸取液中Cd<'2+>的浸出濃度均高于固體廢棄物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)中Cd的閾值0.3mg/L。 (4)pH為10的條件下，不同鉛摩爾含量X<,Pb>的產(chǎn)物，隨著X<,Pb>的增加依次為Ca<,8>Pb<,2>(PO<,4>)<,6>(OH)<,8>，Ca<,5.5>Pb<,4.5>(PO<,4>)<,6>(OH)<,2>，Ca<,2.12>Pb<,2.22>(PO<,4>)<,3>(OH)

8、<,0.67>，Ca<,2>Pb<,8>-(PO<,4>)<,6>(OH)<,2>和Pb<,10>(PO<,4>)<,6>(OH)<,2>，它們均具有較好的熱穩(wěn)定性，在400℃以下可穩(wěn)定存在；用液相共沉淀的方法能夠有效地將pb<'2+>穩(wěn)定固化在羥基磷灰石的晶格內(nèi)部，束縛率高達(dá)99.99％。 (5)不同pH值條件下的產(chǎn)物氯磷鉛礦中含有微量的HPO<,4><'2->和CO<,3><'2->，其在600℃以下可穩(wěn)定存在；化學(xué)穩(wěn)定性

9、實驗表明產(chǎn)物氯磷鉛礦具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，在標(biāo)準(zhǔn)TCLP浸取液中pb<'2+>的浸出濃度最高為1.74mg/L。 (6)利用磷酸鹽對垃圾焚燒飛灰進(jìn)行穩(wěn)定化預(yù)處理，當(dāng)磷酸鈉的投加量為0.35％時，飛灰中Zn<'2+>、Cd<'2+>、pb<'2+>的TCLP浸出濃度為1.023mg/L，1.161mg/L，0.625mg/L，比未投加磷酸鹽時體系的浸出分別降低了97.64％、49.78％、95.95％；當(dāng)磷酸鈉的投加量為2％時，

10、Cd<'2+>的浸出濃度為0.369mg/L，固化率達(dá)到84.03％；說明磷酸鹽對飛灰中的重金屬具有很好的固化穩(wěn)定化效果。 (7)養(yǎng)護(hù)時間對磷酸鹽．飛灰固化體系中重金屬的浸出濃度影響不大，在養(yǎng)護(hù)時間為1天時Zn<'2+>、Cd<'2+>、pb<'2+>的浸出濃度就分別降低為0.105mg/L，0.126mg/L，005mg/L。此后基本維持在同一水平，此結(jié)果表明磷酸鹽與重金屬之間的固化反應(yīng)在一天內(nèi)即可完成。 (8)對