论文总字数：15666字

摘 要

本文制备钙矾石的方法采用溶液法，接着探究钙矾石在不同外界环境下的稳定性。然后在钙矾石制备过程中掺入已融入水中的重金属试剂，对重金属Pb² 、Cd² 的固化机理进行研究。

实验结果表明，钙矾石在pH=10.8~13.5之间可以稳定存在，对钙矾石的结构几乎没有产生影响，当钙矾石体系存在于弱酸或强酸中时，钙矾石溶解，则该环境不利于钙矾石体系的存在。但是，当钙矾石置于不同浓度的氯离子溶液中时，从微观测试（XRD、IR和SEM）中发现随着氯离子浓度的增加，钙矾石体系不能稳定存在，氯离子浓度为5%时，表现尤为显著，其微观形貌发生改变并产生影响。

在钙矾石溶液法中掺入重金属Pb² 、Cd² 的实验中，由于Pb的离子半径较大，不能取代溶液中的Ca离子，因此Pb² 无法进入钙矾石的晶格中，所以钙矾石固化重金属Pb表现的效果并不明显，与Pb² 相反，钙矾石对Cd² 的固化效果良好，当硝酸镉（Pb(NO₃)₂）的掺入量为1.5%时，则钙矾石XRD的衍射峰偏移最明显，可以将1.5%视为最佳固化比例。

关键字：钙矾石 重金属 稳定性 固化

Study on the solidification and stability of ettringite on Pb and Cd

ABSTRACT

In this paper, the ettringite samples were prepared by solution method to investigate the stability of ettringite in different external environments. Then, the solid metal Pb² and Cd² solidification mechanism were studied by incorporating heavy metal reagents which have been incorporated into water during the preparation of ettringite.

The results show that ettringite can be stable in pH value of 10.8~13.5, and has little effect on the structure of ettringite. When ettringite system exists in weak acid or strong acid, ettringite dissolves, and this environment is not conducive to the existence of ettringite system. However, when ettringite was placed in chloride ion solutions of different concentrations, it was found from microscopic tests (XRD, IR and SEM) that with the increase of chloride ion concentration, the ettringite system could not be stable, especially when the concentration of chloride ion was 5%, and its microscopic morphology was changed and affected.

Heavy metals in ettringite solution method of adding Pb² and Cd² experiment, as a result of Pb ion radius is bigger, cannot replace the Ca ions in solution, so the Pb² can't into the lattice of ettringite, so ettringite curing heavy metal Pb performance effect is not obvious, in contrast to the Pb² , ettringite of Cd² curing effect is good, when cadmium nitrate of adding amount was 1.5%. The diffraction peak deviation of ettringite XRD is the most obvious, and 1.5% can be regarded as the optimal curing ratio.

Key words: Ettringite; Heavy metal; Stability; Curing

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1概述 1

1.2重金属的来源及危害 1

1.2.1重金属Pb和Cd的来源 1

1.2.2重金属Pb和Cd的危害 2

1.3钙矾石固化重金属的研究 2

1.3.1钙矾石的基本性质 3

1.3.2钙矾石的稳定性研究 3

1.4研究思路和研究内容 4

1.4.1研究思路 4

1.4.2主要研究内容 4

1.4.3技术路线 5

第二章 原材料及制备方法 6

2.1原材料 6

2.2实验仪器 7

2.3微观分析 7

第三章 钙矾石的制备及稳定性研究 9

3.1钙矾石的制备 9

3.2.钙矾石体系稳定性研究分析 9

3.2.1钙矾石体系的pH稳定性研究 9

3.2.2钙矾石体系的氯离子稳定性研究 11

3.3本章小结 14

第四章 含掺重金属钙矾石的固化稳定性研究 15

4.1含掺重金属钙矾石的制备 15

4.2 Pb-钙矾石体系研究分析 15

4.2.1 Pb-钙矾石体系XRD分析 15

4.2.2 Pb-钙矾石体系IR分析 16

4.2.3 Pb-钙矾石体系SEM分析 17

4.3 Cd-钙矾石体系研究 18

4.2.1 Cd-钙矾石体系XRD分析 18

4.2.2 Cd-钙矾石体系IR分析 19

4.2.3 Cd-钙矾石体系SEM分析 19

4.4本章小结 20

第五章 结论 21

5.1本文主要试验结论 21

5.2后期展望 22

参考文献 23

致谢 24

第一章 绪论

1.1概述

随着经济的发展，生活垃圾的产量逐年增加，对水体、土壤和大气造成污染，并对人类健康产生一定的威胁。因此需要进行“三化”处理。目前，填埋法、堆肥法和焚烧法是城市生活垃圾的主要处理方法。其中，焚烧法是在高温的焚烧炉中将有机物与可燃物完全分解的一种方法。此法与其他处理方法对比，具有较好的兼容效果、可充分实现垃圾资源化、消灭病菌等优点。

由于高温焚烧处理后的城市生活垃圾产生大量飞灰，富含较多的重金属，对环境产生一定的危害，使垃圾焚烧在广泛推广上产生困难。通常情况下，在焚烧过程中，焚烧炉内温度过高使大量富含重金属的化合物蒸发，一部分重金属残留在焚烧炉底部，则另一部分进入气道，烟气从高温炉内进入低温气道，由于温度骤变使烟气急速冷却，大量重金属从烟气中浓缩，吸附在飞灰颗粒上或是形成富含重金属的气溶胶，其中产生的重金属主要有Zn、Pb、Cd、Cu等。不同重金属对人体产生的危害不尽相同，如：过量的铅摄入人体会对中枢神经系统造成危害，食物中毒胃肠穿孔等；镉中毒威胁肾功能的正常运作，导致新陈代谢紊乱，此前日本的“痛痛病”就是镉污染引起的。因此，为了减少重金属的危害，城市生活垃圾需要进行固化稳定化处置后再进行填埋。在固化稳定化处置中，水泥固化法具有减少有害物质表面积、降低可渗透性等优点。因此，水泥固化法成为处置有毒有害物质的首选方法。与此同时，城市生活垃圾经焚烧产生大量飞灰，其中含有硅铝质可作为水泥工业中的原材料，且飞灰具有胶凝活性的特性，经预处理后可作为混合材料使用。硫酸铝水泥固化机理主要是在钙矾石形成的过程中通过化学吸附或离子替代的方法进行固化。因此，探索钙矾石对重金属的固化及固化体的稳定性具有一定的研究价值。

1.2重金属Pb和Cd的来源及危害

1.2.1重金属Pb和Cd的来源

城市生活垃圾主要的处置方式是焚烧法，焚烧法具有减少体积和质量、去除病菌且产生的大量热能可被回收利用等优点，但由于我国垃圾焚烧技术存在局限性，因而在焚烧过程中，大量重金属及其化合物在高温焚烧炉中蒸发，一部分组分残留在焚烧炉底部，另一部分则进入烟气，烟气从高温焚烧炉进入低温的烟气道中，由于温度的骤降，使重金属急速冷却从烟气中浓缩出来，吸附置于飞灰颗粒表面或呈富含重金属气溶胶态存在，这导致大量重金属浸出^[1]。通常情况下，人们将密度大于6g/cm³的金属物质定义为重金属^[2]。在垃圾焚烧的飞灰中富含重金属Pb和Cd元素及二噁英等剧毒的有机物质，研究重金属的总量及形态特征在垃圾焚烧中对重金属的污染特性尤为重要。一般来说，环境危害与重金属总量的多少有直接的影响。同时，在垃圾焚烧时，重金属Pb和Cd的形态特征对环境产生的毒性均不相同。Pb和Cd等重金属在焚烧中以微小的颗粒形式排放到大气中，成为沸点较低的气态物质。重金属Pb和Cd除了来源于垃圾焚烧的飞灰中，还存在于一些生活垃圾中，如：颜料、塑料制品和蓄电池等一系列合金物中都有铅的存在；日常涂料、电池和一些软化剂中有镉的存在^[3]。

1.2.2重金属Pb和Cd的危害

由于管理制度及工艺处置中存在不足之处，重金属是城市生活垃圾在焚烧中飞灰中必不可少的一部分，其中包括的重金属有Cd、Cu、Zn、Pb、Cr、Hg、Ni等，在酸性条件下，其中部分元素易浸出。若在某种不利的环境下或处理方法不妥当，重金属会进入到环境中，并发生迁移和转移，最终污染水体、大气和土壤，危害人的身心健康。

请支付后下载全文，论文总字数：15666字