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马保国等:不同环境条件下磷酸镁水泥对硝酸铅的固化
文章编号:1001-9731(2013)21-3183-03
不同环境条件下磷酸镁水泥对硝酸铅的固化
马保国,王景然,李相国,何超
(武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,溯北武汉430070)
摘要:在不同pH值、碳化、氟离子侵蚀条件下,利稳定剂和许多重金属形成稳定的矿物,磷酸盐在常温
用磷酸镁水泥对不同掺量的硝酸铅进行固化。研究不下可以固化各种工业固体废弃物,也可以对含有毒金
同条件下重金属铅的漫出率规律,并对不同掺量的硝属离子的废水进行处理10·。许多国家利用磷酸盐对
酸铅对礫酸镁水泥水化产物种类、水化产物形貌进行垃圾焚烧飞灰中的重金属进行稳定固化预处理,浸出
了探讨。研究表明,在pH值为2时,铅的浸出率最结果表明磷酸盐水泥可以有效地固化垃圾焚烧飞灰中
大,随着pH值増加漫出率降低,但在pH值为12,漫的重金属山。
出率又有所升高;在碳化条件下铅的浸出率随养护时
通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)
间的延长先増加后趋于稳定;在氟离子侵蚀条件下,铅分析硝酸铅对磷酸镁水泥水化产物、水化产物形貌的
的漫出?随侵蚀时间的延长变化不明显。
影响。利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪法
关键词:固化;硝酸铅;pH值;碳化;氯离子
(ICP-AES)研究不同pH值、碳化、氯离子侵蚀条件
中图分类号:TU528
文献标识码:A下,掺加硝酸铅的磷酸镁水泥的浸出率,目的是为磷酸
DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2013.21.029
镁水泥常温固化重金属铅的机理提供依据。
引言
实验
重金属污染危害严重,是全球性的环境污染阿题。2.1原材料
重金属铅的毒性大,污染源很多,很多工业都存在铅污
实验用氧化镁(MgO,缩写为M),粉体呈棕黄色,
染,如含铅涂料、塑料、建筑、橡胶、农药、蓄电池制造、比表面积213m2/kg,其化学组成见表1。硝酸铅(Pb
化工、电子等。水泥可固化含重金属的废物,磷酸镁水(NO3)2),分析纯,强氧化性,有毒;磷酸二氢钾
泥与普通硅酸盐水泥相比,有自身的特点:凝结快、硬(KH2PO4,缩写为P),分析纯,无色结晶;硼砂
化快、早强高、粘结力强、干耐磨、抗冻、抗盐冻剥(Na2B1O?10H2O为缓凝剂,分析纯,无色结晶;氯
蚀?。磷酸镁水泥用于固化放射性和有毒废物的研化镁(MgC2),分析纯。
究,取得了一定的进展[?。研究发现磷酸盐可以作为
表1氧化镁原料的化学组成
Table 1 Chemical composition of the magnesium
组分
MgOA1O。「SiO2P2O。SO。「 Cao Mno)Fe2O。 Bao Pb(NO-)21 Pbo Loss
质量分数(%〉80.31.267.160.010.050.890.021.01「0.05
9.09
2实验设计
为胶凝材料的2%,按表2所示掺加硝酸铅,测定其凝
按m(M):m(P)=4,水灰比为0.25,缓凝剂用量结时间,制备40mm×40mmX40mm的试样。
表2硝酸铅的掺量
Table 2 The contents of the lead nitrate
样品
A0
A2
摻量(%)
0.5
0.5
A组在标准养护室中,B组放到充满CO2的养护进出实验,B、C组按照国家标准(HJ557-2010)进行毒
箱中,C组表面喷酒浓度为1%的氯化镁溶液放在标准性浸出实验。3组浸出液中的Pb浓度采用电感耦合
养护室中。3组分别养护到3、7和28d龄期,进行抗压等离子体原子发射光谱仪法(ICP-AES)进行测定。
强度的测试。A在盐酸配制的不同pH值下进行毒性
基金项目:国家自然科学基金资助项目(2010j0109);青年科学基金资助项目(5100210)
收到初稿日期:2013-03-26
收到修改稿日期:2013-06-30
通讯作者:王景然
作者简介:马保国(1957-),男,河南开封人,博士,教授,从事新型胶凝材料、工业废物再资源化研究
3184
2
材
2013年第21期(44)卷
结果与讨论
高,说明碳化条件下固化效果有所下降。相同龄期,随
着硝酸铅掺量的增加,浸出率提高,固化效果下降。7
3.1抗压强度
和28d龄期的铅浸出率变化已经不明显,说明碳化条
酸镁水泥具有快凝特点,只测定试样的终凝时件下磷酸镁水泥对重金属铅的固化效果趋于稳定。
间,结果如表3所示。早期强度高的特点,A0组其1d
抗压强度达28.1MPa。由图1可见,随着硝酸铅掺加,
B2
A B3
磷酸镁水泥的各龄期的抗压强度均降低,但其强度值
远远高于危险废弃物填埋的抗压强度(5MPa)。随着
硝酸铅掺量的增加,磷酸镁水泥的3d抗压强度降低幅
度明显大于7和28d的,但降低幅度不超过空白样的
5%。
表3凝结时间
时间d
Table 3 The setting time
图2碳化条件下漫出率
Fig 2 The leaching rate under the condition of carbide
硝酸铅掺量(%)00.511.011.512.012.5
3.4氯离子侵蚀的浸出率
凝结时间(min)750「782795813「824835
C组模拟氯离子侵蚀状态下,重金属铅的浸出率,
60
3d
ezra 7d
见图3所示。相比标准养护和碳化条件的试样,在氯
离子侵蚀作用下,浸出率变化不是很明显。说明磷酸
N
镁水泥抗氯离子渗透能力强,能够很好地固化重金属
铅
u C1
16h·c2
0 A1A2A3 B2 B3C0C1 C3
图1磷酸镁水泥的抗压强度
1
Fig 1 Compression strength of magnesium phospate
cement
3.2不同pH值的浸出率
A组试样养护28d后不同pH值的浸出率如表4
时间d
图3氯离子侵蚀状态条件下漫出率
所示。根据毒性浸出率公式
Fig 3 The leaching rate under chloride ion
w×100
3.5微观分析
磷酸镁水泥28d的水化产物XRD图谱(图4)分析
对检测出的重金属铅的量进行转化,其中R为毒性浸可
出率,%;W。为试样中掺重金属铅的量,g;Wr为试样
可知,磷酸镁水泥水化早期生成大量的 Mgkpo
6H2O和Mg3(PO2)2。在不同环境中养护,相应试样
浸出的重金属铅的量,g
表4不同pH值的浸出率
中的 Mgkpo4?6H2O和Mg3(PO4)2的特征峰高度
变化不大,说明在不同环境中硝酸铅对水泥水化影响
Table 4 The leaching rate at different PH value
不大。
pH值
10
Mokpo.4·6H2O
A119.438.27.186.587.32112.78
a Mga(PO4)2
A223.35110.389.388