純水設(shè)備之電鍍污泥基膠凝材料的制備及性質(zhì)分析
【南通純水設(shè)備 http://www.xqccs.cn】電鍍是三大污染產(chǎn)業(yè)之一。電鍍污泥是指電鍍廢水經(jīng)適當(dāng)處理后產(chǎn)生的固體廢物。這是一種典型的危險(xiǎn)廢物。2014年，江蘇省電鍍污泥生產(chǎn)企業(yè)1532家，電鍍污泥產(chǎn)生量從2009年不足8萬噸/年增加到2014年近16萬噸/年。電鍍行業(yè)為江蘇省經(jīng)濟(jì)的快速增長做出了重要貢獻(xiàn)，但也帶來了電鍍污泥處置等突出的環(huán)境問題。江蘇省電鍍企業(yè)數(shù)量多，分布分散，產(chǎn)品種類繁多，監(jiān)管難度大，存在滲漏、滲漏等各種問題。同時(shí)產(chǎn)生的污泥重金屬含量較高，主要由鉻、鎳、銅等重金屬氫氧化物組成南通純水設(shè)備，對(duì)環(huán)境的危害較大。目前電鍍污泥毒性較強(qiáng)，主要通過焚燒和填埋處理，資源利用案例較少。工業(yè)固體廢物處理問題一直制約著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。如何實(shí)現(xiàn)電鍍污泥的回收和無害化處理，實(shí)現(xiàn)“廢物控制”尤為重要。
水泥與電鍍污泥混合可制得復(fù)合膠凝材料。本研究將電鍍污泥作為混合材料摻入水泥中，部分替代水泥熟料制備電鍍污泥基膠凝材料，并探討電鍍污泥對(duì)水泥各項(xiàng)性能的影響。水泥的固化效果在電鍍重金屬污泥在水泥從電鍍污泥重金屬固化效果的前提下電鍍污泥混合水泥熟料制備膠凝材料可以實(shí)現(xiàn)電鍍污泥的無害和資源化,盡管電鍍污泥用量不大,但長期的角度和工業(yè)化生產(chǎn),具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)了污泥的無害化處理和資源化利用，開辟了電鍍污泥的新途徑。同時(shí)，為解決水泥行業(yè)碳減排問題提供了新的思路，并對(duì)電鍍行業(yè)污泥處理問題進(jìn)行了初步探索。
測(cè)試材料及方法
1. 測(cè)試材料
類型水泥江南水泥Ⅱ硅酸鹽水泥;電鍍污泥取自江蘇省蘇州市某工業(yè)園區(qū)危險(xiǎn)廢物處置中心。電鍍污泥和水泥的成分分析如表1所示。
2. 膠結(jié)材料的制備
電鍍污泥105℃烘干12h后粉碎。初步勘探試驗(yàn)表明，當(dāng)電鍍污泥含量超過3.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)時(shí)，膠結(jié)材料試樣成型后無法順利取出。因此，本試驗(yàn)提出的電鍍污泥摻量分別為0、0.5%、1.5%和2.5%。根據(jù)上述混合方案，將水泥和電鍍污泥分別稱重，混合后再與質(zhì)量相同的混合球混合，在球磨機(jī)上混合12h，保證充分混合。混合均勻后制備膠凝材料樣品，并對(duì)四種樣品的物理和微觀性能進(jìn)行了測(cè)試。
3.性能測(cè)試方法
參照《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間和穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》(GB/ t1346-2011)測(cè)定水泥膠凝材料樣品的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間。水泥膠凝材料強(qiáng)度試驗(yàn)參照《水泥膠凝砂強(qiáng)度試驗(yàn)方法》(GB/ t17671-1999)進(jìn)行。參照《水泥膠砂流動(dòng)性測(cè)定方法》(GB/ t2419-2005)進(jìn)行膠砂流動(dòng)性試驗(yàn)。
微觀性能測(cè)試水化熱測(cè)試：使用TAMAir８通道水泥水化熱測(cè)定儀測(cè)定各試樣至少70h的膠凝材料水化放熱行為。
累積孔體積測(cè)定利用PoreMasterGT60壓汞儀對(duì)膠凝材料試樣水化3d的累積孔體積進(jìn)行測(cè)試。
重金屬浸出毒性 檢測(cè)根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（GB/T299-2007）對(duì)各膠凝材料進(jìn)行重金屬浸出南通純水設(shè)備，采用PE5300DV電感耦合等離子直讀光譜儀測(cè)定浸出液的重金屬濃度。
二、結(jié)果與討論
１、膠凝材料的物理性能
各試樣的物理性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。由表2可知，摻入電鍍污泥增大了膠凝材料的標(biāo)準(zhǔn)稠度 用水量。當(dāng)電鍍污泥摻量增加到2.5％時(shí)，膠凝材料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量相比摻量為0時(shí)增加了22.29％。電鍍污泥的加入，使得混料中的礦物組分變得更復(fù)雜，試樣的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量變大。膠凝材 料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與水泥熟料里含有的礦物組成及混料的種類有很大的關(guān)系。HASSANI等研究水泥固化含有重金屬的土壤時(shí)發(fā)現(xiàn)，含有重金屬的土壤顯著降低了水泥的早期強(qiáng)度，水化28d后的強(qiáng)度僅為45.0MPa。
電鍍污泥的摻入對(duì)膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間存在明顯影響。由表2可見，試樣的初凝、終凝時(shí)間隨著電 鍍污泥摻量的增加逐漸增加。當(dāng)電鍍污泥摻量達(dá)到2.5％時(shí)，其初凝、終凝時(shí)間分別為292、365min，均達(dá)到最大值，但此時(shí)依然滿足《通用硅酸鹽水泥》（ GB175-2007）中規(guī)定的初凝時(shí)間不小于45min，終凝時(shí)間不大于390min的要求。電鍍污泥和硅酸 鹽水泥復(fù)配，初凝、終凝時(shí)間隨著電鍍污泥摻量的增 加逐漸增加，這說明了電鍍污泥的加入使得早期水 化相互排斥。GB175—2007明確指出，對(duì)復(fù)合硅酸鹽水泥的 強(qiáng)度而言：水化3ｄ≥19.0MPa，水化２８ｄ≥42.5MPa時(shí)，水泥的強(qiáng)度等級(jí)為42.5R級(jí)；水化3d≥23.0MPa，水化28d≥52.5MPa時(shí)，水泥的強(qiáng)度等 級(jí)為52.5級(jí)。本試驗(yàn)中各膠凝材料的膠砂強(qiáng)度如表3所示。
由表3可知，電鍍污泥摻量為0.5％時(shí)，膠凝材料試樣強(qiáng)度符合GB175-2007中規(guī)定的52.5R級(jí)水泥標(biāo)準(zhǔn)；電鍍污泥摻量為1.5%、2.5％時(shí)，膠凝材料試樣強(qiáng)度符合GB175-2007中規(guī)定的42.5R級(jí)水泥標(biāo)準(zhǔn)。從相同齡期的強(qiáng)度來看，隨著電鍍污泥摻量的不斷增加，其強(qiáng)度大體呈降低趨勢(shì)，但降低后仍可達(dá)到42.5R的強(qiáng)度等級(jí)。
２、膠凝材料的微觀分析
水化熱分析 圖1、圖2分別為摻入不同摻量電鍍污泥的膠 凝材料72ｈ內(nèi)的水化放熱速率及累積放熱量。圖１的早期水化溶解峰主要是鈣礬石、游離氧化鈣、硫酸鹽沉淀引起的放熱。放熱主峰主要是由水泥中硅酸三鈣的水化放熱引起的南通純水設(shè)備。由圖２可以看出，摻量為０時(shí)72ｈ內(nèi)的累積放熱量為275.4J/g，而摻量為2.5％時(shí)的放熱量則降低到255.7J/g，體系的累積放熱量隨著電鍍污泥的摻量增加而減小。電鍍污泥的加入會(huì)降低膠凝材料試樣的放熱總量。
累積孔體積分析圖3為膠凝材料試樣的累積孔體積分布曲線。由圖3可知，隨著電鍍污泥摻量的增加，膠凝材料試樣的累積孔體積逐漸增加。當(dāng)電鍍污泥摻量為2.5％時(shí)，膠凝材料試樣的累積孔體積相比摻量為0時(shí)增加了86.7％。電鍍污泥加入增加了試樣內(nèi)孔體積，而這些孔的存在不利于試樣強(qiáng)度的增加，這與強(qiáng)度測(cè)試所得的趨勢(shì)是一致的。
重金屬浸出毒性分析 污泥中的重金屬元素能否固化在水泥中是污泥能否用來制備膠凝材料的決定性因素之一，如果污泥中含有的重金屬元素不能固化在水泥中，在自然環(huán)境下易被浸出，將會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害，并且對(duì)人類健康帶來威脅，這將對(duì)利用電鍍污泥制備膠凝材料產(chǎn)生極大限制。
對(duì)電鍍污泥摻量為2.5％的膠凝材料水化28d后的試樣和污泥原樣進(jìn)行浸出分析，重金屬浸出結(jié)果如表4所示。由表4可知，電鍍污泥摻量達(dá)到 2.5％時(shí)的膠凝材料其重金屬浸出濃度均滿足GB5085.3-2007的要求。由于電鍍污泥摻量較小且 膠凝材料對(duì)電鍍污泥中重金屬起到一定固化作用，在摻量相對(duì)較低的情況下，此膠凝材料中的重金屬在實(shí)際應(yīng)用中不易被浸出。
三、主要結(jié)論與建議
１、物理測(cè)試結(jié)果表明，膠凝材料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間隨著電鍍污泥摻量的增加而增加。摻量為2.5％時(shí)，膠凝材料的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量相比 摻量為０時(shí)增加了22.29％，凝結(jié)時(shí)間達(dá)到最大，初凝時(shí)間為292min，終凝時(shí)間為365min。強(qiáng)度隨著 電鍍污泥摻量的增加而大致呈降低趨勢(shì)。摻量為2.5％時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最小值。
２、水化熱分析表明，隨著電鍍污泥摻量的增加，累積放熱量降低。累積孔體積測(cè)試表明，電鍍污 泥的摻入增大了膠凝材料試樣內(nèi)孔體積。
３、重金屬浸出毒性分析表明，電鍍污泥摻量 達(dá)到2.5％時(shí)制備的膠凝材料其重金屬浸出濃度均 滿足GB5085.3-2007要求。
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