本文選題：鉛鋅冶煉渣 + 煙化渣��； 參考：《北京科技大學(xué)》2018年博士論文

【摘要】：鉛冶煉煙化渣和鋅冶煉揮發(fā)窯渣分別是原生鉛和鋅冶煉過程中的兩種產(chǎn)量大、處理困難的重金屬危固。這兩種冶煉渣已被列入《國家危險(xiǎn)廢物名錄》。固化后安全填埋,目前是這兩種渣的唯一處置途徑,但安全填埋的成本很高,填埋后還需長期監(jiān)測。因此,開發(fā)新的再利用方法,解決鉛鋅冶煉渣的處理問題極為必要。煙化渣和揮發(fā)窯渣的成分相似,其中Ca、Si、A1和Fe等無害元素總量很高,Pb、Cd等有害重金屬元素的含量很低,但有溶出風(fēng)險(xiǎn)。鉛鋅冶煉渣的二次利用的難點(diǎn)在于渣中的有害重金屬元素的固定/穩(wěn)定化(簡稱固化)和無害元素的合理利用。通過文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn),微晶玻璃固化法和地質(zhì)聚合物固化法具備同時(shí)解決這兩個(gè)問題的潛力。鉛鋅冶煉渣中Ca、Si和A1的含量較高,具備制備微晶玻璃和地質(zhì)聚合物的成分條件,微晶玻璃和地質(zhì)聚合物都有較為廣泛的應(yīng)用前景。通過文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前還沒有文獻(xiàn)系統(tǒng)對比過兩種固化方法的優(yōu)缺點(diǎn)。因此,本研究開發(fā)了鉛鋅冶煉渣制備微晶玻璃和地質(zhì)聚合物的工藝方法,較為系統(tǒng)的闡明了冶煉渣中的超標(biāo)元素Pb和Cd在微晶玻璃及地質(zhì)聚合物中的固化機(jī)理。本研究通過對微晶玻璃的成分配方和熱處理制度的優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)鉛鋅冶煉渣適合制備普通輝石微晶玻璃。適宜的熱處理制度為:一步法熱處理,850℃條件下保溫2h。煙化渣制備微晶玻璃的配方為:煙化渣46wt%,粉煤灰46wt%,不銹鋼渣8wt%。優(yōu)化后的煙化渣微晶玻璃的抗彎強(qiáng)度、耐酸度和耐堿度分別為146.26MPa,≥99%和≥99%,均高于JC/工2097-2011《工業(yè)用微晶板材》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗彎強(qiáng)度≥70MPa,耐酸度≥96%和耐堿度≥98%的要求。該微晶玻璃的Pb和Cd的浸出濃度分別為1.342mg·L-1和0.021mg·L-1,均低于工CLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 Pb≤5mg·L-1,Cd≤1mg·L-1的要求。揮發(fā)窯渣制備微晶玻璃的配方為:揮發(fā)窯渣36wt%,粉煤灰52wt%,不銹鋼渣12wt%。該微晶玻璃的抗彎強(qiáng)度、耐酸度和耐堿度分別為128.31MPa、≥99%和≥99%,Pb和Cd的浸出濃度分別為1.087mg·L-1和0.032mg·L-1,各項(xiàng)指標(biāo)同樣能達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過對地質(zhì)聚合物的原料配比和養(yǎng)護(hù)制度的優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)煙化渣和揮發(fā)窯渣都可與粉煤灰配合制備地質(zhì)聚合物。地質(zhì)聚合物能有效固化兩種廢渣中的重金屬。煙化渣和揮發(fā)窯渣制備的地質(zhì)聚合物的7d抗壓強(qiáng)度分別可達(dá)82.81MPa和60.39MPa。本研究在開發(fā)出鉛鋅冶煉渣制備微晶玻璃和地質(zhì)聚合物工藝方法的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探究了浸毒性超標(biāo)元素Pb和Cd的固化機(jī)理。本研究以PbO和CdO等物質(zhì)模擬了冶煉渣中的重金屬污染物,研究了 Pb和Cd在微晶玻璃和地質(zhì)聚合物中的固化形態(tài)。微晶玻璃中Pb的可固化量約為2wt%,當(dāng)微晶玻璃中的Pb含量低于該值時(shí),Pb在微晶玻璃固化體中同時(shí)進(jìn)入殘余玻璃相和普通輝石微晶相。Pb通過替代價(jià)態(tài)相同半徑接近的Ca,進(jìn)入普通輝石微晶相中,形成置換型固溶體。Cd在殘余玻璃相中的溶解度可能較低。微晶玻璃中Cd的可固化量約為1wt%,當(dāng)微晶玻璃中的Cd含量低于該值時(shí),大部分Cd同樣通過替代價(jià)態(tài)相同半徑接近的Ca,進(jìn)入微晶相中,形成置換型固溶體。Pb在地質(zhì)聚合物中的固化機(jī)理與Pb的化學(xué)形態(tài)有關(guān)。堿性可溶含Pb污染物能參與地質(zhì)聚合反應(yīng),通過形成Pb-O-Si或Pb-O-Al鍵進(jìn)入到地質(zhì)聚合物膠凝相中。地質(zhì)聚合物對這類含Pb污染物既能起到物理包覆的作用,又能起到化學(xué)穩(wěn)定化的作用。堿性不可溶Pb不參與地質(zhì)聚合反應(yīng),地質(zhì)聚合物對該類污染物僅能起到物理包覆的作用。CdO在堿性溶液中不發(fā)生溶解,缺乏參與形成地質(zhì)聚合物的先決條件。地質(zhì)聚合物對CdO僅能起到物理包覆的作用。對比PbO與CdO在微晶玻璃和地質(zhì)聚合物中的固化效果,發(fā)現(xiàn):微晶玻璃對PbO的固化效果接近地質(zhì)聚合物對PbO的固化效果,PbO在兩種固化材料中的可固化量約為2wt%。微晶玻璃中CdO的可固化量約為1wt%,由于地質(zhì)聚合物對CdO僅能起到物理包覆的作用,地質(zhì)聚合物中CdO的可固化量遠(yuǎn)低于微晶玻璃。微晶玻璃更適合處理CdO含量較高的危廢。
[Abstract]:Smelting slag of lead smelting and smelting slag from zinc smelting are two kinds of heavy metals in primary lead and zinc smelting process, which are difficult to deal with. These two kinds of slag have been listed in the national hazardous waste list >. After solidifying, safe landfill is the only disposal path of these two kinds of slag, but the cost of safety landfill is very high, and it is still needed after landfill. Therefore, it is very necessary to develop a new reutilization method to solve the problem of treatment of lead and zinc smelting slag. The composition of the slag and the volatile kiln slag is similar. The total amount of harmless elements, such as Ca, Si, A1 and Fe, is very high, and the content of Pb, Cd and other harmful heavy metals is very low, but it has the risk of dissolution. The difficulty of the two utilization of lead and zinc smelting slag lies in the slag. It is found that microcrystalline glass solidification and Geopolymer solidification have the potential to solve these two problems at the same time. The content of Ca, Si and A1 in lead-zinc smelting slag is higher, with the composition of the preparation of microcrystalline glass and geopolymer. Conditions, glass ceramics and geopolymers have wide application prospects. Through literature investigation, it is found that there are no advantages and disadvantages of two kinds of curing methods compared with the literature system. Therefore, this study developed the process method of making glass ceramics and geopolymers from lead-zinc smelting slag, and systematically clarified the excess of smelting slag. The curing mechanism of the standard elements Pb and Cd in microcrystalline glass and geological polymers is found. By optimizing the composition and heat treatment system of the glass ceramics, it is found that the lead and zinc smelting slag is suitable for the preparation of ordinary pyroxene glass ceramics. The suitable heat treatment system is the one-step heat treatment and the preparation of 2h. glass ceramics at 850 degrees centigrade to prepare the glass ceramics. The formula is: the flexural strength of smoke chemical slag 46wt%, fly ash 46wt%, stainless steel slag 8wt%. optimized by 8wt%., the acid resistance and alkali resistance are 146.26MPa, > 99% and > 99% respectively, which are higher than that of JC/ workers in 2097-2011< industrial microcrystal plate > industry standard, with the bending strength of more than 70MPa, acid resistance more than 96% and alkali resistance of 98%. The leaching concentration of Pb and Cd in this glass ceramics is 1.342mg. L-1 and 0.021mg. L-1 respectively, which are lower than that of industrial CLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure). The flexural strength of glass ceramics, acid resistance and alkali resistance are 128.31MPa, > 99% and > 99% respectively. The leaching concentration of Pb and Cd are 1.087mg. L-1 and 0.032mg L-1 respectively. Each index can meet the requirements of the above standard. Through the optimization of the raw material ratio and curing system of geopolymer, it is found that both the slag and the volatilization kiln slag can be used with powder. The geological polymer can effectively solidify the heavy metals in the two kinds of waste residue. The 7d compressive strength of the geological polymers prepared by the slag and the volatilization kiln slag can be 82.81MPa and 60.39MPa., respectively, on the basis of the development of the technology for the preparation of the microcrystalline glass and the geological polymer by the development of the lead and zinc smelting slag. The curing mechanism of Pb and Cd was investigated. The heavy metal pollutants in the slag were simulated by PbO and CdO, and the curing forms of Pb and Cd in glass ceramics and Geopolymer were studied. The curable amount of Pb in the glass ceramics was about 2wt%. When the Pb content in the glass ceramics was lower than that, the Pb was in the glass ceramics. The residual glass phase and the common pyroxene microcrystalline phase.Pb are entered into the ordinary pyroxene microcrystalline phase by replacing the Ca of the common pyroxene microcrystalline phase at the same time. The dissolubility of the permutation solid solution.Cd in the residual glass phase may be lower. The curable amount of Cd in the glass ceramics is about 1wt%, when the Cd content in the glass ceramics is lower than that of this value. Most Cd also enters the microcrystalline phase by replacing the Ca with the same radius of the same radius. The solidification mechanism of the displacement solid solution.Pb in the geological polymer is related to the chemical form of the Pb. The alkaline soluble Pb contaminants can participate in the geological polymerization and enter into the geopolymer gelation phase by forming the Pb-O-Si or Pb-O-Al bonds. The polymer has the effect of both physical coating and chemical stabilization on this kind of Pb containing pollutants. The alkaline insoluble Pb does not participate in the geological polymerization. The geological polymer can only play a physical coating on this kind of pollutants..CdO does not dissolve in the alkaline solution and lacks a prerequisite for the formation of Geopolymer. Geopolymer can only act as a physical coating on CdO. Comparing the curing effect of PbO and CdO in microcrystalline glass and geopolymer, it is found that the curing effect of glass ceramics to PbO is close to the curing effect of geopolymer on PbO. The curing amount of PbO in the two kinds of solidified materials is about the curable amount of CdO in 2wt%. glass glass. For 1wt%, because geopolymer can only act as a physical coating to CdO, the curable amount of CdO in geopolymer is much lower than that of glass ceramics. The glass ceramics are more suitable for treating the hazardous waste with higher CdO content.
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ171.733

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本文編號：2028981