重金属离子在水泥熟料中的固化行为研究

发布时间：2019-11-29 23:01

【摘要】：利用水泥窑协同处置含重金属的废弃物会不可避免的将一些重金属元素带入到熟料中。重金属在熟料形成过程中的迁移固化行为及在随后使用过程中的环境安全性是人们关注的焦点。本文是在973课题“水泥生产替代原燃料中的重金属离子迁移及控制机制研究”的基础上进行的，主要针对Cu、Zn、Pb、Cr和Cd五种重金属在熟料烧成过程中的迁移及固化特性进行了研究。在实验室的条件下，用重金属化合物的化学试剂代替废弃物中重金属，结合XRD、岩相分析、EMPA、IR、Rietveld结构精修等多种现代分析手段对重金属在熟料中的固化行为、存在形式、分布及重金属的助熔矿化作用等进行了分析,取得如下结论： 1、熟料中掺杂重金属（2%以下）能够降低碳酸盐的分解温度，降低固相反应的温度，有利于A矿的形成，，同时能够降低各温度下熟料中f-CaO含量；但掺量过高（10%）将会对熟料烧成产生不利的影响。 2、在1450℃煅烧的熟料中，随着重金属掺量的增加，中间相含量明显的增多，A矿晶体尺寸增大。 3、熟料中重金属掺量为2%时，五种重金属Cu、Zn、Cd、Cr、Pb的固化率为30-50%。随着重金属掺量的增加，五种重金属的固化率都降低。 4、熟料对重金属的固化具有选择性：Cu、Zn、Cr、Cd和Pb离子在所有矿物中均有分布， Cd在硅酸盐相中固化的多些； Cu、Zn在中间相中固化较多，是硅酸盐相中含量的6倍以上；Cr和Pb在中间相中固化的多些。 5、1600℃下，Cr~(3+)离子在C_3S的最大固溶量为0.9%，0.9%以下会使得C_3S晶型从T1改变为T2型，超过0.9%会造成C_3S分解。
【图文】：

显微照片,熟料,重金属,显微照片

c)、复掺 5%重金属熟料 d)、复掺 7%重金属熟料图 3-3（a、b、c、d）不同重金属掺量熟料的显微照片Fig 3-3 Optical microscope pictures of clinkers with different heavy metals contents3.4 重金属离子助熔矿化作用的探讨水泥熟料的烧成过程是一个复杂的物理化学反应过程。熟料的形成需要较高的反应温度，而且反应进程较慢，从而影响熟料的产量。而一些微量元素的加入，能够起到降低煅烧温度，改善生料的易烧性，促进熟料的煅烧的效果，从而达到降低能耗的目的。掺加矿化剂或助熔剂对熟料的烧成有多方面的作用：促进碳酸盐的分解过程；加速碱性长石、云母的分解过程；加强碱的氧化物的挥发；促进结晶氧化硅(石英、隧石)的 Si-O 键断裂，有利于固相反应；降低熟料形成时的液相形成温度，降低液相粘度，增加液相量；有利于 C3S 形成等。本文研究了生料中重金属掺量为 2%时，对熟料形成影响，从而对重金属的

重金属分布,电子探针

图 5-2 重金属分布的电子探针结果Fig 5-2 The EMPA results of heavy metals distribution in clinker图中明亮的点状物质即为重金属集中分布的地方。可见五种重金属在熟料中都有分布，其中 Cr、Cu 和 Zn 分布的多些，Pb 和 Cd 分布的少些，这可能是由于重金属 Pb 和 Cd 在 1450℃下容易挥发，固化的较少。在一些区域重金属分布存在聚集现象，Cd 离子在硅酸盐矿物中有聚集，Zn、Cu 离子在中间相中分布相对集中，存在聚集的现象，在硅酸盐矿物也有较多分布；Cr 离子在各种矿物中均有较多分布，分布较均匀；Pb 离子固化的含量较少，在中间相中有聚集现象。5.2 重金属离子在熟料中的固化机制的探讨在熟料的形成过程中，重金属离子可以通过置换取代、间隙固溶等形式固化在熟料矿物中，杂质离子在熟料中的置换取代及间隙固溶，主要与离子的半径、价态、离子极性、离子配位数，离子电负性以及所形成的化学键的强度有关[40]。
【学位授予单位】：中国建筑材料科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ172.1

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