通过固化作用去除工业污泥毒金属外文翻译资料

 2022-07-27 14:39:33

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通过固化作用去除工业污泥毒金属

Milica Arsenovic a, Zagorka Radojevic a, Slavka Stankovic b,uArr;

材料测试研究所IMS，Bulevar VojvodeMiscaron;ic#39;a43，11000 Belgrade，Serbiab贝尔格莱德大学技术与冶金学院，Karnegijeva 4，11000贝尔格莱德，塞尔维亚。

亮点

  1. 用热镀锌中产生的污泥作重质粘土砖的补充物
  2. 在砖燃烧过程中把含有有毒金属的污泥固定在矿物结构内
  3. 污泥伴随着强度下降，孔隙率和吸水率的增加。
  4. 大多数微量元素在水中浸出期间检测不到。

信息

文章历史：

初稿2011年12月18日

修订2012年6月5日

出版2012年7月6日

可在线2012年8月16日

关键词：重粘土砖 有毒元素 工业污泥 热处理

摘要

本研究的目的是测试在砖石行业中产生的工业污泥利用的可能性,也作为对有毒元素浸出潜在的风险的分析。污泥是在热浸镀锌过程中与水中和产生的。因为有毒元素的存在，这种污水被认为是有害的，在热处理后可以固定在重粘土基质中。在原料中有大量有毒金属，但在1020摄氏度焙烧，其可浸出性降低到可以忽略不计的水平。 结果表明，污泥可用于生产环保砖。

  1. 简介

由于建筑材料是使用现有的自然资源生产的，对环境有很大的破坏，由于持续的开发，以及材料成本逐渐增加，因此必须找到常规建筑材料的功能性替代品。可见节能和节约资源的重要性，现在，工业废物的有效回收是全球关注的问题[1]。传统建筑材料基于重粘土与不同的废料结合，没有显著的改变生产过程和最终产品的使用方式。砖块的特性，如抗压强度，耐久性和浸出特征必须与日益增长的需求相协调 [2-7]。

热镀锌工业是产生大量污染物并导致严重的环境污染行业之一[4,5,8]。用酸溶液清洗金属从而去除氧化物是金属精加工的关键步骤之一，称之为“酸洗”[6,7,9]。，伴随着金属含量的增加，酸洗溶液中的酸浓度的消耗降低75-85％。热镀锌酸洗的废液组成因镀锌装置的使用时间各有不同，但它们主要含有锌（II）（高达120g/l），铁（主要是铁）（II），高达204g/l），微量的铅，铬和其他重金属（最大500mg/l），以及盐酸（10-80g/l）[6,9,10]。金属废料的混合溶液可能比只含有一种金属的溶液毒性大得多。其他污染物如氰化物和某些有机化合物也是如此存在于金属加工废水中，即使在水中的浓度很低，其仍具有高毒性。由于悬浮固体的存在，以及可生物降解的有机物和微量金属，如果这种废物未经处理，是高度危险的[7]。欧盟钢铁厂生产约30万m3/年的酸洗溶液和15万吨/年的储备[6]。废酸洗溶液如何既环保又经济的再生是一个关键问题[6,9]。已经发明了许多方法来从废弃物中回收锌如[4,5,9,10]中报道的或HCl [6,7]。有价值化合物回收过程是非常困难的，因为废物溶液的物理化学复杂性，其中目标元素是存在于不均匀混合的化合物（油，残留的酸，杂质等）中[5]。酸洗溶液用碱中和，产生固体废物 - 污泥，含有氢氧化物形式的金属[11]。

使用多种材料来固化污泥中的有毒金属的研究有了很深的进展，涉及水泥，聚合物[12,13]和陶瓷基材料[1-3,12-18] ,它被认为是有效低成本技术把有毒物质固定在可用产品中，或为了减少残余量做的一种简单的进一步处理。对砖的生产过程中有毒元素的排放以及热处理砖的过程中的浸出行为，以和最终产品的陶瓷技术特性的报道很少 [1,2,15]。

热处理是普遍用于固化重金属的方法。通过该方法获得的稳定的物质可用作建筑材料或通过填埋处置无有毒金属浸出的填充物。使用高温促进化合物分解容易形成物质，如氢氧化物，甚至形成更稳定的氧化物。根据烧成温度和组分的性质，这些化合物之间的可能发生反应形成Si/A基陶瓷氧化物，从而形成富镁云母，镁橄榄石和玻璃相。实验这种方法通常用化学试剂施加复杂的电偶污泥、包括存在挥发性物质的如氯化物，或其余可溶性物质如硫酸盐。高浓度钙离子，产生于石灰酸中和，也有可能促进铬的氧化，增加了危险性。然后可预测的产生CaOCrO3[13]。

这项工作的目的是测试利用泥浆工业中的污泥的可能性，以及有毒物质风险的砖生产后的金属浸出（Pb，As，Cr，Zn，Ni，Cu和Ba）以及其在使用或处置的情况下的风险情况。 技术质量的固体实验室砖也进行了评估。 样品为由从塞尔维亚砖厂生产的普通粘土与加入两种热浸镀锌工业污泥合成。烧制后在不同温度，物理和机械性能下的比较孔隙发展和有毒金属含量。研究表明来自塞尔维亚的两个热镀锌工厂每年产生约60万公斤的污泥[11]。这种污泥作为砖石工业中的二次原料的使用可以带来经济和环境效益，避免废物净化的过程价格昂贵并减少对环境的负面影响

2.材料和方法

2.1样品

对由在塞尔维亚的南部的砖瓦厂砌筑粘土制成的实验室样品进行研究。 样品I是有代表性的，没有添加剂，其变量通过添加污泥I和污泥II这两个分别来自不同的热浸镀锌塞尔维亚工厂， 代表性样品I富集污泥I和污泥II，量为3％和6％，：样品II添加3％的污泥I，样品III添加6％的污泥I，样品IV添加3％的污泥II，样品V添加6％的污泥II。 污泥添加份额的选择是基于我们的初步研究和经验，因为预期产品的机械强度将随着污泥添加百分比的增高而显著地下降。

实验室样品以（120〜50〜14mm）的规格制造，具有垂直空隙（55.3→36→36mm，空腔约50％）的空心块体立方体（30〜30〜30mm）。 中空块符合工业产品尺寸。使用实验室挤出机（Hauml;ndle）在普通实验室中形成样品[19]，在105plusmn;5℃下干燥至恒重，然后在870℃、920℃、970℃和1020℃下焙烧（图1）。平均加热速度为1.4℃/min达到610℃，之后2.5℃/min，直到达到最终给定温度，样品处理2小时。自重量减少对样品的静载荷结构起到更好的的效果，在热处理期间降低约0.7-1.2％，这取决于烧制温度和污泥份额。

2.2 分析

2.2.1 原材料表征

对主要微量元素含量测定使用EDXRF（XRF分光光度计）测定ED 2000- Oxford）。 激发源是含有银的X射线管阳极。 能量分散Si（Li）检测器用液氮冷却，处理器为SMART数字脉冲。在调查中使用的代表性土壤（样品I）通过DTA / TG使用SDT Q600（TA Instruments）装置在动态氮气气氛中进行分析。温度以20℃/ min的速率从室温升至1000℃。用Philips PW-1050衍射仪对样品I进行XRD分析（kCu-Ka辐射，扫描速度为0.05℃/ s）。

2.2.2 陶瓷和工艺测试

实验使用测试液压机测试空心块的抗压强度，根据标准SRPS EN 772-1 [20]。 根据标准SRPS EN将样品浸入水中24小时对其吸水率进行评价771-1 [21]。

通过水银孔率法测试实验室样品的多孔结构。 在装置Porosimeter 2000上进行实验测量（Fisons Instruments）。 程序软件Milestone 200用于数据计算（Fisons Instruments）。

使用电子显微镜（JEOL JSM-6610 LV）扫描分析在1020℃下烧结的所有样品的形貌。 将样品切碎并浸泡有更好的反射率。

样品Ⅰ 样品Ⅱ 样品Ⅲ 样品Ⅳ 样品Ⅴ

图一

表一

LoIa

SiO2

Al2O3

Fe2O3

Na2O

K2O

MgO

CaO

TiO2

MnO

P2O5

样品Ⅰ

6.9

58.8

13.6

11.5

0.4

3.1

1.2

2.2

1.7

0.2

0.0

污泥Ⅰ

44.1

0.6

0.0

31.4

0.2

0.0

0.3

18.1

0.0

0.2

0.4

污泥Ⅱ

34.8

1.0

0.4

40.1

3.4

0.0

1.4

4.3

0.0

0.0

0.0

表一 样品Ⅰ、污泥Ⅰ、污泥Ⅱ，中主要元素含量（氧化物％）

LOI-在1000℃下的损失

2.2.3。 有毒金属烧成

通过XRF技术测定烧制样品中微量元素的存在（XRF分光光度计ED 2000 - Oxford），在相同的实验条件下如前所述。 有毒元素在水溶液中浸出的可能性根据SRPS EN 12457 [22]进行研究。 浸出试验用于在1020℃下烧结的样品以评价热惰性化工艺的有效性，24小时后在蒸馏水中持续搅拌样品。 样品研磨以在介质之间提供更大的接触表面，可能浸出微量元素。 浸出元素含量通过原子吸收光谱（AAS）技术测定：F-AAS，Perkin Elmer 3100，用于Zn，Cu，Ni; GF-AAS，Perkin Elmer 4100zlCd，Cr，Pb; 和CV-AAS，Perkin Elmer 400 for As。

3。结果与讨论

3.1。 原材料表征

原料的化学成分（砌筑粘土，污泥I和污泥II）在表1中给出。可以看出，样品除SiO2外，I主要含有Al2O 3。 高含量的Fe2O3，在化学分析中也能观察到，表明铁可能部分结合在云母结构中，而其余产生在氢氧化物中，作为氧化物可以通过XRD检测[18,23]。 大量的K2O（3.1％）主要是由于粘土中伊利石产生的[24]。样品I的化学组成对应于伊利石 - 蒙脱石粘土，这也能通过DTA/TG和XRD分析证明（图2和图3）。 污泥I和II具有最高的Fe2O3（31.4和40.1％）和CaO（18.1和4.3％）含量

样品I在1000℃加热后的重量损失（LoI）为6.9％（表1）。 污泥I和II的LoI高值，分别为44.1％和34.8％，可归因于金属氢氧化物分解和有机物存在。 两者淤浆主要包含Fe（OH）3形式的Fe（表1）。 在所有原料中由于大量的Fe（III）焙烧后陶瓷呈现微红色。 样品富含Fe，其以氢氧化物形式存在（通过XRD分析未检测到因为结晶顺序低。），可以结合污染物[18]。 还需要注意到Fe2O3可以与Si/Al的粘土反应，从而促进液体的产生和致密化[25]

在燃烧期间，高浓度的污泥I和II有一定的缺陷，可能因为孔隙率过度增加导致[14]，但也可以为点火过程中节省能源[1]。

图6 图2和图3示出了使用的砖石的DTA / TG分析和）粘土（样品I）X射线（XRD）。 DTA曲线显示三个吸热峰（图2）。 在573℃的峰与晶体的转变石英有关。 该峰的突出表明在样品中的存在大量石英。在150℃ 吸热效应对应于伊利石和蒙脱石，并反应出损失的层间水。 197和315℃之间的反应显示质量损失0.5％，相当于氢氧化铁的量。480℃的 峰值对应到伊利石并反应

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