基于XRD与SEM研究风淬渣微粉用于重金属污染土壤的修复机理

钢渣是冶金工业中产生的主要固体废弃物,其产量约为每年粗钢产量的15%~20%。由于技术的局限,导致我国钢渣利用率较低,仅为年钢渣产量的10%,同时加之管理制度的不健全,导致钢渣大量露天堆放,对土地资源、地下水源,以及空气质量形成严重影响。面对上述问题,利用钢渣开发一种价格低廉的固化药剂用于重金属污染土壤的修复,既是冶金固体废弃物可持续发展的重要途径之一,也是大幅降低重金属污染土壤修复成本的重要途径之一。该研究创新性是用风淬渣微粉作为固化药剂对含有Cd,Cu,Pb,Ni和Zn的重金属污染土壤进行修复。研究了风淬渣粉磨时间、风淬渣微粉掺量和养护时间对修复重金属污染土壤效果的影响。利用激光粒度分析仪测试风淬渣微粉的粒度分布、比表面积与孔隙度吸附仪测试风淬渣微粉的孔结构、扫描电子显微镜测试风淬渣微粉-重金属污染土壤混合物的微观形貌、X-射线衍射仪测试风淬渣微粉的矿物成分,分析风淬渣微粉修复重金属污染土壤的机理。结果表明,风淬渣的性质安全,对生态环境不存在污染,可以用于修复重金属污染土壤的固化技术。当风淬渣粉磨时间为100 min、风淬渣微粉掺量为20%、养护时间为14 d时,风淬渣微粉对重金属污染土壤中Cu,Cd,Ni,Zn和Pb的固化效果均达到91%以上。随着风淬渣粉磨时间的延长,风淬渣微粉的粒径尺寸减小、粒度分布趋向均匀。风淬渣的多孔结构破坏、比表面积提高,有利于提高风淬渣微粉对重金属污染土壤的修复效果。随着风淬渣微粉掺量的增加,风淬渣微粉形成的水化凝胶(C—S—H)数量增加,有利于提高风淬渣微粉包裹重金属污染土壤的效果,以达到固化重金属污染土壤中Cd,Cu,Pb,Ni和Zn的目的。风淬渣微粉对固化重金属污染土壤中Cu,Cd,Ni,Zn和Pb具有选择性,在不同养护时间下,重金属分别以Cd2SiO4,Cu(OH)2·2H2O,PbCO3,3Ni(OH)2·2H2O,Ni2SiO4,Zn(OH)2和Zn2SiO4形式存在。