复合地质聚合物固化/稳定化铬渣及其强化技术研究
发布时间：2022-10-10 15:01
铬渣是生产金属铬和铬盐所产生的工业废渣,因其含有可溶性六价铬而被列为具有强烈毒性的危险废弃物,在填埋处置或资源化利用之前需要进行无害化处理。论文以重庆某化工厂无钙焙烧工艺产生的铬渣为研究对象,在铬渣基本特性分析的基础上,分别考察了3种不同复合地质聚合物和普通硅酸盐水泥对铬渣的固化/稳定化效果,并采取强化技术更有效地降低铬渣的环境危害性,通过系列分析手段对固化体的结构、形貌和性能进行表征,探讨了铬渣的固化/稳定化机理。实验所用铬渣多为大小不一的黑色颗粒,粒径主要集中分布在20~70μm。铬渣中多为晶态矿物相,主要包括铬铁矿、铬铁酸镁尖晶石和铝铁酸镁尖晶石,这些结晶相为铬盐生产过程中的残留物。铬渣是具有浸出毒性特征的危险废物,采用硫酸硝酸法和TCLP法测出铬渣中六价铬和总铬的浸出浓度均远远超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》标准和TCLP毒性特性溶出程序溶出标准。矿渣-偏高岭土、粉煤灰-偏高岭土和矿渣-粉煤灰-偏高岭土3种不同体系的复合地质聚合物中,由于粉煤灰的“火山灰效应”和“微集料效应”带来的超叠加作用,矿渣-粉煤灰-偏高岭土体系具有最高的抗压强度,其结构密实性最好。通过3种复合地质聚...
【文章页数】：205 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 铬渣的来源与危害
1.3 国内外研究现状
1.3.1 铬渣处置方法研究现状
1.3.2 地质聚合物研究现状
1.3.3 地质聚合物固化/稳定化含铬废物研究现状
1.4 课题研究目的、意义和内容
1.4.1 研究目的和意义
1.4.2 研究内容
1.5 论文创新点及技术路线
1.5.1 论文创新点
1.5.2 技术路线
2 实验材料与方法
2.1 实验试剂
2.2 实验仪器
2.3 分析测试方法
2.4 活性矿物材料及碱激发剂
2.4.1 矿渣
2.4.2 粉煤灰
2.4.3 偏高岭土
2.4.4 普通硅酸盐水泥
2.4.5 碱激发剂
2.5 实验方法
2.5.1 复合地质聚合物制备方法
2.5.2 铬渣固化体制备方法
2.5.3 纳米零价铁还原铬渣中六价铬
2.5.4 还原铬渣固化体制备方法
2.5.5 超声波联合纳米零价铁还原铬渣中六价铬
2.5.6 超声波强化复合地质聚合物
2.5.7 超声-还原铬渣固化体制备方法
3 铬渣的基本特性
3.1 引言
3.2 铬渣的物化特性分析
3.2.1 铬渣物理性质分析
3.2.2 铬渣化学组成分析
3.2.3 铬渣物相分析
3.2.4 铬渣微观形貌分析
3.3 铬渣中重金属铬污染特性分析
3.3.1 铬渣中重金属铬全量分析
3.3.2 铬渣中重金属铬形态分析
3.3.3 铬渣中重金属铬浸出毒性分析
3.4 本章小结
4 复合地质聚合物的制备及表征
4.1 引言
4.2 矿渣-偏高岭土基地质聚合物的制备及性能研究
4.2.1 偏高岭土掺量的影响
4.2.2 水玻璃模数的影响
4.2.3 液固比的影响
4.2.4 优化正交实验
4.3 粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物的制备及性能研究
4.3.1 偏高岭土掺量的影响
4.3.2 水玻璃模数的影响
4.3.3 液固比的影响
4.4 矿渣-粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物的制备及性能研究
4.4.1 矿渣-粉煤灰掺比的影响
4.4.2 水玻璃模数的影响
4.4.3 液固比的影响
4.5 复合地质聚合物表征与分析
4.5.1 孔结构分析
4.5.2 X射线衍射(XRD)分析
4.5.3 综合热分析(TG-DSC)
4.5.4 扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析
4.5.5 傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析
4.5.6 核磁共振(NMR)分析
4.6 复合地质聚合物反应机理分析
4.7 本章小结
5 复合地质聚合物固化/稳定化铬渣及机理分析
5.1 引言
5.2 矿物材料对六价铬的还原、吸附作用
5.2.1 矿物材料的还原性测试
5.2.2 矿物材料对六价铬的还原吸附实验
5.3 铬渣固化体的制备及性能测试
5.3.1 铬渣固化体抗压强度测试
5.3.2 铬渣固化体颗粒浸出毒性测试
5.3.3 铬渣固化体表面浸出毒性测试
5.4 铬渣固化体表征与分析
5.4.1 铬渣固化体中重金属铬形态分析
5.4.2 X射线光电子能谱(XPS)分析
5.4.3 孔结构分析
5.4.4 X射线衍射(XRD)分析
5.4.5 扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析
5.4.6 傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析
5.4.7 核磁共振(NMR)分析
5.5 复合地质聚合物固化/稳定化铬渣的机理分析
5.6 本章小结
6 纳米零价铁强化复合地质聚合物固化/稳定化铬渣的研究
6.1 引言
6.2 纳米零价铁的基本性质及表征
6.3 纳米零价铁还原处理铬渣
6.3.1 溶液初始pH的影响
6.3.2 纳米零价铁投加量的影响
6.3.3 还原后铬渣表征与分析
6.4 还原铬渣固化体的制备及性能测试
6.4.1 还原铬渣固化体抗压强度测试
6.4.2 还原铬渣固化体颗粒浸出毒性测试
6.4.3 还原铬渣固化体表面浸出毒性测试
6.5 还原铬渣固化体表征与分析
6.5.1 还原铬渣固化体中重金属铬形态分析
6.5.2 孔结构分析
6.5.3 X射线衍射(XRD)分析
6.5.4 扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析
6.5.5 傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析
6.5.6 核磁共振(NMR)分析
6.6 纳米零价铁强化复合地质聚合物固化/稳定化铬渣的机理分析
6.7 本章小结
7 超声波联合纳米零价铁双向强化复合地质聚合物固化/稳定化铬渣的研究
7.1 引言
7.2 超声波联合纳米零价铁还原处理铬渣
7.2.1 超声功率的影响
7.2.2 溶液初始pH的影响
7.2.3 纳米零价铁投加量的影响
7.2.4 超声-还原后铬渣表征与分析
7.3 超声波强化复合地质聚合物性能研究
7.3.1 超声作用下矿物材料的活性溶出
7.3.2 超声作用下合成复合地质聚合物的抗压强度测试
7.3.3 超声作用下合成复合地质聚合物表征与分析
7.4 超声-还原铬渣固化体的制备及性能测试
7.4.1 超声-还原铬渣固化体抗压强度测试
7.4.2 超声-还原铬渣固化体颗粒浸出毒性测试
7.4.3 超声-还原铬渣固化体表面浸出毒性测试
7.5 超声-还原铬渣固化体表征与分析
7.5.1 超声-还原铬渣固化体中重金属铬形态分析
7.5.2 孔结构分析
7.5.3 X射线衍射(XRD)分析
7.5.4 扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析
7.5.5 傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析
7.5.6 核磁共振(NMR)分析
7.6 超声波-纳米零价铁双向强化地质聚合物固化/稳定化铬渣的机理分析
7.7 本章小结
8 结论与展望
8.1 研究结论
8.2 展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]铬铁矿无钙焙烧渣的SO2还原解毒[J]. 吴俊,全学军,李纲,鹿存房,罗华政. 化工学报. 2018(04)
[2]地质聚合物的研究进展与应用[J]. 吴小缓,张杨,袁鹏,廖述聪. 硅酸盐通报. 2016(12)
[3]地质聚合物的土木工程耐久性能的研究进展[J]. 赵建伟,崔潮,戈娅萍,肖斌,彭晖,张建仁. 硅酸盐通报. 2016(09)
[4]铬渣处理技术专利技术综述[J]. 方晖,赵锐敏. 科技创新与应用. 2016(18)
[5]粉煤灰基地质聚合物固化重金属离子的研究进展[J]. 张媛,刘泽,王栋民. 硅酸盐通报. 2016(06)
[6]铬渣的环境危害及其治理技术研究[J]. 韩露,谭建红,刘思琪. 广州化工. 2016(06)
[7]石灰和粉煤灰固化修复六价铬污染土试验研究[J]. 刘玲,刘海卿,张颖,吴佳欢,薛淋丹,金群林,王袁. 硅酸盐通报. 2015(11)
[8]铬盐行业不同工艺废渣的产生特性和污染特性比较[J]. 王兴润,颜湘华,赵涛,王琪. 环境工程. 2015(S1)
[9]铬污染土壤治理组合技术应用[J]. 林云青,王廷涛,郭贝,韩清洁,张海秀,李威. 安徽农业科学. 2015(24)
[10]矿物聚合物的合成及其对Cr（Ⅵ）的解毒与固化[J]. 陈方明,陈洁渝. 过程工程学报. 2015(02)
博士论文
[1]铬渣堆场渗滤液对土壤—地下水系统污染规律研究[D]. 李喜林.辽宁工程技术大学 2012
[2]Na-粉煤灰地质聚合物制备与性能研究[D]. 贾屹海.中国矿业大学（北京） 2009
[3]碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究[D]. 姜奉华.西安建筑科技大学 2008
[4]Leucobacter sp. CRB1菌还原铬（VI）的机理及其在铬渣解毒中的应用[D]. 朱文杰.中南大学 2008
硕士论文
[1]碱激发矿渣改性及其在模拟海洋环境下的性能初步研究[D]. 邓晨皓.东南大学 2016
[2]地聚物基泡沫材料的制备及其性能研究[D]. 李娜.济南大学 2015
[3]铬盐无钙焙烧工艺中钒、铬的分离富集研究[D]. 杨得军.昆明理工大学 2013
[4]冶金高温窑炉共处置含铬废弃物的基础研究[D]. 潘聪超.钢铁研究总院 2013
[5]铬盐生产场地铬污染规律及含水层铬迁移转化研究[D]. 王友平.中国地质大学（北京） 2013
[6]用高岭土及钢渣制备地质聚合物的研究[D]. 何甜辉.武汉科技大学 2012
[7]超声波处理染料废水及其强化途径的研究[D]. 赵利云.东华大学 2009
[8]铬渣治理及综合利用途径探讨[D]. 谭建红.重庆大学 2005
本文编号：3689841
【文章页数】：205 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 铬渣的来源与危害
1.3 国内外研究现状
1.3.1 铬渣处置方法研究现状
1.3.2 地质聚合物研究现状
1.3.3 地质聚合物固化/稳定化含铬废物研究现状
1.4 课题研究目的、意义和内容
1.4.1 研究目的和意义
1.4.2 研究内容
1.5 论文创新点及技术路线
1.5.1 论文创新点
1.5.2 技术路线
2 实验材料与方法
2.1 实验试剂
2.2 实验仪器
2.3 分析测试方法
2.4 活性矿物材料及碱激发剂
2.4.1 矿渣
2.4.2 粉煤灰
2.4.3 偏高岭土
2.4.4 普通硅酸盐水泥
2.4.5 碱激发剂
2.5 实验方法
2.5.1 复合地质聚合物制备方法
2.5.2 铬渣固化体制备方法
2.5.3 纳米零价铁还原铬渣中六价铬
2.5.4 还原铬渣固化体制备方法
2.5.5 超声波联合纳米零价铁还原铬渣中六价铬
2.5.6 超声波强化复合地质聚合物
2.5.7 超声-还原铬渣固化体制备方法
3 铬渣的基本特性
3.1 引言
3.2 铬渣的物化特性分析
3.2.1 铬渣物理性质分析
3.2.2 铬渣化学组成分析
3.2.3 铬渣物相分析
3.2.4 铬渣微观形貌分析
3.3 铬渣中重金属铬污染特性分析
3.3.1 铬渣中重金属铬全量分析
3.3.2 铬渣中重金属铬形态分析
3.3.3 铬渣中重金属铬浸出毒性分析
3.4 本章小结
4 复合地质聚合物的制备及表征
4.1 引言
4.2 矿渣-偏高岭土基地质聚合物的制备及性能研究
4.2.1 偏高岭土掺量的影响
4.2.2 水玻璃模数的影响
4.2.3 液固比的影响
4.2.4 优化正交实验
4.3 粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物的制备及性能研究
4.3.1 偏高岭土掺量的影响
4.3.2 水玻璃模数的影响
4.3.3 液固比的影响
4.4 矿渣-粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物的制备及性能研究
4.4.1 矿渣-粉煤灰掺比的影响
4.4.2 水玻璃模数的影响
4.4.3 液固比的影响
4.5 复合地质聚合物表征与分析
4.5.1 孔结构分析
4.5.2 X射线衍射(XRD)分析
4.5.3 综合热分析(TG-DSC)
4.5.4 扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析
4.5.5 傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析
4.5.6 核磁共振(NMR)分析
4.6 复合地质聚合物反应机理分析
4.7 本章小结
5 复合地质聚合物固化/稳定化铬渣及机理分析
5.1 引言
5.2 矿物材料对六价铬的还原、吸附作用
5.2.1 矿物材料的还原性测试
5.2.2 矿物材料对六价铬的还原吸附实验
5.3 铬渣固化体的制备及性能测试
5.3.1 铬渣固化体抗压强度测试
5.3.2 铬渣固化体颗粒浸出毒性测试
5.3.3 铬渣固化体表面浸出毒性测试
5.4 铬渣固化体表征与分析
5.4.1 铬渣固化体中重金属铬形态分析
5.4.2 X射线光电子能谱(XPS)分析
5.4.3 孔结构分析
5.4.4 X射线衍射(XRD)分析
5.4.5 扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析
5.4.6 傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析
5.4.7 核磁共振(NMR)分析
5.5 复合地质聚合物固化/稳定化铬渣的机理分析
5.6 本章小结
6 纳米零价铁强化复合地质聚合物固化/稳定化铬渣的研究
6.1 引言
6.2 纳米零价铁的基本性质及表征
6.3 纳米零价铁还原处理铬渣
6.3.1 溶液初始pH的影响
6.3.2 纳米零价铁投加量的影响
6.3.3 还原后铬渣表征与分析
6.4 还原铬渣固化体的制备及性能测试
6.4.1 还原铬渣固化体抗压强度测试
6.4.2 还原铬渣固化体颗粒浸出毒性测试
6.4.3 还原铬渣固化体表面浸出毒性测试
6.5 还原铬渣固化体表征与分析
6.5.1 还原铬渣固化体中重金属铬形态分析
6.5.2 孔结构分析
6.5.3 X射线衍射(XRD)分析
6.5.4 扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析
6.5.5 傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析
6.5.6 核磁共振(NMR)分析
6.6 纳米零价铁强化复合地质聚合物固化/稳定化铬渣的机理分析
6.7 本章小结
7 超声波联合纳米零价铁双向强化复合地质聚合物固化/稳定化铬渣的研究
7.1 引言
7.2 超声波联合纳米零价铁还原处理铬渣
7.2.1 超声功率的影响
7.2.2 溶液初始pH的影响
7.2.3 纳米零价铁投加量的影响
7.2.4 超声-还原后铬渣表征与分析
7.3 超声波强化复合地质聚合物性能研究
7.3.1 超声作用下矿物材料的活性溶出
7.3.2 超声作用下合成复合地质聚合物的抗压强度测试
7.3.3 超声作用下合成复合地质聚合物表征与分析
7.4 超声-还原铬渣固化体的制备及性能测试
7.4.1 超声-还原铬渣固化体抗压强度测试
7.4.2 超声-还原铬渣固化体颗粒浸出毒性测试
7.4.3 超声-还原铬渣固化体表面浸出毒性测试
7.5 超声-还原铬渣固化体表征与分析
7.5.1 超声-还原铬渣固化体中重金属铬形态分析
7.5.2 孔结构分析
7.5.3 X射线衍射(XRD)分析
7.5.4 扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析
7.5.5 傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析
7.5.6 核磁共振(NMR)分析
7.6 超声波-纳米零价铁双向强化地质聚合物固化/稳定化铬渣的机理分析
7.7 本章小结
8 结论与展望
8.1 研究结论
8.2 展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]铬铁矿无钙焙烧渣的SO2还原解毒[J]. 吴俊,全学军,李纲,鹿存房,罗华政. 化工学报. 2018(04)
[2]地质聚合物的研究进展与应用[J]. 吴小缓,张杨,袁鹏,廖述聪. 硅酸盐通报. 2016(12)
[3]地质聚合物的土木工程耐久性能的研究进展[J]. 赵建伟,崔潮,戈娅萍,肖斌,彭晖,张建仁. 硅酸盐通报. 2016(09)
[4]铬渣处理技术专利技术综述[J]. 方晖,赵锐敏. 科技创新与应用. 2016(18)
[5]粉煤灰基地质聚合物固化重金属离子的研究进展[J]. 张媛,刘泽,王栋民. 硅酸盐通报. 2016(06)
[6]铬渣的环境危害及其治理技术研究[J]. 韩露,谭建红,刘思琪. 广州化工. 2016(06)
[7]石灰和粉煤灰固化修复六价铬污染土试验研究[J]. 刘玲,刘海卿,张颖,吴佳欢,薛淋丹,金群林,王袁. 硅酸盐通报. 2015(11)
[8]铬盐行业不同工艺废渣的产生特性和污染特性比较[J]. 王兴润,颜湘华,赵涛,王琪. 环境工程. 2015(S1)
[9]铬污染土壤治理组合技术应用[J]. 林云青,王廷涛,郭贝,韩清洁,张海秀,李威. 安徽农业科学. 2015(24)
[10]矿物聚合物的合成及其对Cr（Ⅵ）的解毒与固化[J]. 陈方明,陈洁渝. 过程工程学报. 2015(02)
博士论文
[1]铬渣堆场渗滤液对土壤—地下水系统污染规律研究[D]. 李喜林.辽宁工程技术大学 2012
[2]Na-粉煤灰地质聚合物制备与性能研究[D]. 贾屹海.中国矿业大学（北京） 2009
[3]碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究[D]. 姜奉华.西安建筑科技大学 2008
[4]Leucobacter sp. CRB1菌还原铬（VI）的机理及其在铬渣解毒中的应用[D]. 朱文杰.中南大学 2008
硕士论文
[1]碱激发矿渣改性及其在模拟海洋环境下的性能初步研究[D]. 邓晨皓.东南大学 2016
[2]地聚物基泡沫材料的制备及其性能研究[D]. 李娜.济南大学 2015
[3]铬盐无钙焙烧工艺中钒、铬的分离富集研究[D]. 杨得军.昆明理工大学 2013
[4]冶金高温窑炉共处置含铬废弃物的基础研究[D]. 潘聪超.钢铁研究总院 2013
[5]铬盐生产场地铬污染规律及含水层铬迁移转化研究[D]. 王友平.中国地质大学（北京） 2013
[6]用高岭土及钢渣制备地质聚合物的研究[D]. 何甜辉.武汉科技大学 2012
[7]超声波处理染料废水及其强化途径的研究[D]. 赵利云.东华大学 2009
[8]铬渣治理及综合利用途径探讨[D]. 谭建红.重庆大学 2005
本文编号：3689841
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