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        鋼渣堆積過(guò)程中重金屬浸出物研究

        2021-01-04 03:20:50孔志云黃緯斌杜亞杰
        中國(guó)金屬通報(bào) 2020年21期
        關(guān)鍵詞:酸雨浸出液鋼渣

        孔志云,黃緯斌,杜亞杰,王 迪,狄 然

        (1. 省部共建分離膜與膜過(guò)程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津工業(yè)大學(xué)),天津 300387 ;2. 天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,天津 300387)

        鋼渣是伴隨煉鋼過(guò)程產(chǎn)生的一種工業(yè)廢棄物,占到粗鋼產(chǎn)量的10%-15%,目前我國(guó)鋼渣綜合利用率不超過(guò)30%,其中內(nèi)蒙古僅包鋼年產(chǎn)生鋼渣超過(guò)600 萬(wàn)噸以上、堆積鋼渣超過(guò)3000 萬(wàn)噸[1]。大量的鋼渣堆積不僅占用了大面積的土地,而且由于雨水的沖刷等環(huán)境因素使得鋼渣中含有的重金屬隨水進(jìn)入地表,造成周圍環(huán)境的重金屬污染[2]。因此,研究鋼渣中重金屬元素的浸出行為,對(duì)于防止二次污染具有重要意義。

        目前,固體廢物重金屬浸出測(cè)試方法有硫酸硝酸法、乙酸緩沖溶液法、水平振蕩法等。鋼渣的種類及浸出測(cè)定方法對(duì)鋼渣中重金屬的評(píng)價(jià)影響較大,有研究表明[3]唐鋼和東鋼鋼渣樣品中金屬元素浸出量均滿足固體危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)要求,可作為路基路面材料應(yīng)用于道路工程建設(shè)。但馬馳等[4]研究表明電爐精煉渣樣品Ba 元素超出國(guó)家污水重金屬排放標(biāo)準(zhǔn),Ni、V 元素超出生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),在綜合利用時(shí)需加以重視。本文針對(duì)包鋼堆積的鋼渣進(jìn)行評(píng)價(jià),選取去離子水、硫酸硝酸溶液、pH4.7和pH5.6 的模擬內(nèi)蒙古地區(qū)酸雨溶液作為浸出劑,對(duì)鋼渣在堆積過(guò)程中可能出現(xiàn)的重金屬滲出進(jìn)行分析,為鋼渣在道路、建材等方面的應(yīng)用提供安全性依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 樣品與試劑

        樣品來(lái)源:包鋼堆放粉碎后的不同粒度的鋼渣,粒徑分別為1 號(hào):0~10 目,2 號(hào):5~10 目,3 號(hào):15~20 目,4 號(hào):10~30 目。

        試劑:硫酸、硝酸、氫氧化鈉均為優(yōu)級(jí)純,購(gòu)自天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;鉛、鎘、鉻、汞、砷、鋅、鈷、鎳、銅標(biāo)液均購(gòu)自中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        1.2.1 溶液配制

        硫酸硝酸溶液:將質(zhì)量比為2:1 的濃硫酸和濃硝酸混合液加入到試劑水中,調(diào)節(jié)pH 為3.2。

        模擬酸雨溶液:依據(jù)內(nèi)蒙古地區(qū)的酸雨構(gòu)成,采用濃H2SO4和濃HNO3配制體積比為8 :1 的模擬酸雨。用NaOH 溶液調(diào)pH值至重酸雨pH4.7 和輕酸雨區(qū)pH5.6。

        1.2.2 鋼渣中重金屬元素的浸出

        采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 229-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》,將樣品在干燥箱以1 0 5℃的溫度下烘干2 4 h,取100 g鋼渣于2L聚乙烯瓶中,加入1L溶液,蓋緊瓶蓋固定在振蕩機(jī)上,室溫下振蕩18 h,過(guò)濾,收集全部濾液即浸出液,供分析用。

        1.2.3 酸雨溶液中鋼渣重金屬元素的含量測(cè)定

        選取重金屬離子錳、鋰、鎘、鎳、銅、鉻、砷等測(cè)定重金屬離子濃度,用電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS,美國(guó)Thermo 公司)進(jìn)行金屬離子測(cè)定。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 在水中的浸出

        采用二次水作為鋼渣浸出溶劑進(jìn)行測(cè)定,四種粒度的鋼渣測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 水中鋼渣浸出金屬離子含量(mg/L)

        由表中數(shù)據(jù)可以看出,雖然鋼渣中含一定量重金屬元素,且隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小,但四種粒度的鋼渣檢測(cè)到的重金屬含量均很低,說(shuō)明鋼渣中重金屬元素短期較難浸出。

        2.2 在酸中的浸出行為

        采用硫酸硝酸溶液作為鋼渣浸出溶劑進(jìn)行測(cè)定,四種粒度的鋼渣測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

        表2 酸中鋼渣浸出金屬離子含量(mg/L)

        由表中數(shù)據(jù)可以看出,雖然鋼渣中含一定量重金屬元素,且隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小, 但四種粒度的鋼渣檢測(cè)到的重金屬含量均很低, 但是比在水中的浸出濃度高,原因是在酸性溶液中,金屬離子更容易發(fā)生溶解。

        2.3 在pH=4.7 酸雨中的浸出行為

        采用pH=4.7 酸雨溶液作為鋼渣浸出溶劑進(jìn)行測(cè)定,四種粒度的鋼渣測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

        表3 pH=4.7 酸雨中鋼渣浸出金屬離子含量(mg/L)

        由表中數(shù)據(jù)可以看出,隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小,四種粒度的鋼渣檢測(cè)到的重金屬含量均很低,尤其是鋅和汞離子未檢出,這是由于隨著pH 的增高,金屬離子在溶液中的溶解度變小,因此浸出物濃度較酸性溶液高。

        2.4 在pH=5.6 酸雨中的浸出行為

        采用pH=5.6 酸雨溶液作為鋼渣浸出溶劑進(jìn)行測(cè)定,四種粒度的鋼渣測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

        表4 pH=5.6 酸雨中鋼渣浸出金屬離子含量(mg/L)

        由表中數(shù)據(jù)可以看出,四種粒度的鋼渣檢測(cè)到的重金屬含量均很低,且隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小,尤其是鋅、鎳和汞離子未檢出,這是由于酸雨溶液是由硫酸鈉和硝酸鈉組成,在一定的離子濃度,金屬離子容易發(fā)生沉淀反應(yīng),因而浸出物濃度較水中偏低。

        2.5 重金屬浸出對(duì)環(huán)境影響的分析

        將鋼渣浸出液中最高值與我國(guó)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)- 浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-2007)進(jìn)行比較,如表5 所示。由表可看出,四種粒徑的鋼渣樣品金屬元素浸出量均滿足固體危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)要求。

        表5 重金屬鑒別毒性標(biāo)準(zhǔn)值(mg/L)

        3 結(jié)論

        本文通過(guò)采用不同的浸出液對(duì)鋼渣中重金屬離子浸出進(jìn)行了研究,結(jié)果表明包鋼鋼渣公司堆積的鋼渣,在硫酸硝酸浸出液中各離子含量均最高;各金屬浸出量低于堆存標(biāo)準(zhǔn)限值,堆存風(fēng)險(xiǎn)較小,可以粉碎處理后進(jìn)行后續(xù)的資源化利用。

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