電鍍污泥基膠凝材料的制備及性質(zhì)分析

水處理網(wǎng)訊:電鍍業(yè)是當(dāng)今三大污染行業(yè)之一。電鍍污泥是指電鍍企業(yè)的廢水經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后所產(chǎn)生的固體廢棄物，是典型的危險(xiǎn)廢物。2014年，江蘇省共有產(chǎn)電鍍污泥的企業(yè)1532家，電鍍污泥產(chǎn)生量從2009年的不到８萬(wàn)t/a增長(zhǎng)到2014年的近16萬(wàn)t/a。電鍍行業(yè)為江蘇省經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)作出了重要貢獻(xiàn)，同時(shí)也帶來(lái)了突出的環(huán)境問(wèn)題，如電鍍污泥處置問(wèn)題。江蘇省范圍內(nèi)的電鍍企業(yè)呈現(xiàn)數(shù)量多、分布散、產(chǎn)品雜的特點(diǎn)，監(jiān)管難度大，存在偷排漏排等各類問(wèn)題。同時(shí)其產(chǎn)生的污泥重金屬含量高，其主要成分為鉻、鎳、銅等重金屬的氫氧化物，對(duì)環(huán)境容易造成巨大危害。毒性較強(qiáng)的電鍍污泥，現(xiàn)階段的處置方法主要為焚燒加填埋對(duì)其進(jìn)行最終處置，資源化利用的案例較少。工業(yè)固體廢物處置方面的難題一直制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境的保護(hù)， 如何實(shí)現(xiàn)電鍍污泥的資源化與無(wú)害化處置，實(shí)現(xiàn)“以 廢治廢”，顯得尤為重要。

水泥與電鍍污泥進(jìn)行混合，可以制備出復(fù)合型膠凝材料。本研究將電鍍污泥作為混合材料摻到水泥中，部分取代水泥熟料制備電鍍污泥基膠凝材料，探究電鍍污泥對(duì)水泥各項(xiàng)性能的影響。水泥可以對(duì)電鍍污泥中的重金屬起到固化作用，在水泥對(duì)電鍍污泥中重金屬起到固化作用的前提下，將電鍍污泥與水泥熟料混合制備膠凝材料可以實(shí)現(xiàn)電鍍污泥的無(wú)害化和資源化，雖然電鍍污泥的摻量不大，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度和工業(yè)化生產(chǎn)角度分析，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(wú)害化處置和資源化利用，開辟了電鍍污泥資源化的新途徑。同時(shí)，為水泥工業(yè)碳減排問(wèn)題的解決提供新的思路，為解決電鍍行業(yè)污泥處置難題進(jìn)行了初步探索。

一、 試驗(yàn)材料與方法

1、試驗(yàn)原料

水泥為江南水泥廠提供的Ⅱ型硅酸鹽水泥；電鍍污泥取自江蘇省蘇州市某工業(yè)園區(qū)危廢處置中心。電鍍污泥與水泥的成分分析見表１。

２、膠凝材料制備

將電鍍污泥在105℃下烘干12h后粉碎，過(guò)100目篩。由前期探索試驗(yàn)得知，當(dāng)電鍍污泥的摻量超過(guò)3.0％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）時(shí)，膠凝材料試樣成型后不能順利拆模。所以本試驗(yàn)擬定電鍍污泥的摻量為0、0.5％、1.5％、2.5％。按以上的混料方案分別稱取水泥與電鍍污泥，混合后加入等質(zhì)量的混料球，在棍磨機(jī)上混12ｈ，保證充分混勻。混合均勻后制成膠凝材料試樣，并對(duì)4種試樣進(jìn)行物理性能和微觀性能測(cè)試。

３、性能檢測(cè)方法

物理性能測(cè)試膠凝材料試樣的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間測(cè)定參照《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢 驗(yàn)方法》（GB/T1346-2011）進(jìn)行。膠凝材料的膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)參照《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法》（GB/T17671-1999）進(jìn)行。膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)參照《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》（GB/T2419-2005）進(jìn)行。

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，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(shuō)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(lái)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。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(lái)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(lái)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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技術(shù) | 電鍍污泥——危廢中的金礦

原標(biāo)題:電鍍污泥基膠凝材料的制備及性質(zhì)分析