水泥协同多源固废固化镉污染土性能研究

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我国采矿业、重金属冶炼业等一大批基础工业蓬勃兴起,在推动社会进步的同时,也带来了严重的镉污染土壤问题。目前,各国多使用水泥,通过固化/稳定化技术修复镉污染土。但随着污染程度提高,水泥等传统材料的固化能力促襟见肘,并且高能耗、高污染的生产过程也与人们保护环境的初衷背道而驰。因此,研发一种高性低价的新型固化材料具有重要意义。本文以固化镉污染土的工程性质为导向,以典型工业固废赤泥、电石渣、磷石膏为主要试验材料,针对固化镉污染土的力学性能、渗透性能、浸出毒性等关键工程问题展开研究,得出了水泥协同多源固废制备镉污染土固化剂的配比和掺量,研究了固化土在不同龄期下的工程性质,揭示了赤泥、电石渣、磷石膏复合固化镉污染土的作用机理,主要研究内容和结果如下:(1)水泥、赤泥、电石渣、磷石膏在土中的最佳质量掺量分别为9%、5%、1%、1%。其对工程性质的影响排序如下:1)无侧限抗压强度:磷石膏>水泥>赤泥>电石渣2)渗透系数:磷石膏>电石渣>赤泥>水泥3)浸出液p H值:电石渣>磷石膏>水泥>赤泥。(2)随着龄期增加,水泥协同多源固废固化镉污染土的无侧限抗压强度持续增大,渗透系数逐渐减小,浸出液p H值呈先上升后下降的趋势,且始终小于12.5,各龄期下的毒性浸出液中均未检测到Cd2+。经电阻率测试后发现,固化土的初始电阻率与无侧限抗压强度正相关,与渗透系数呈对数关系。将试验电阻率带入软化模型后,可用来表征固化土的受损情况。(3)水泥协同多源固废固化镉污染土的进汞、退汞曲线存在偏差,且微孔隙和中孔隙的含量远大于其他孔隙,这说明固化土的孔隙较封闭,总体孔径较小,这可以解释固化土高强度、强抗渗的工程性质。而固化土中较为密实的孔隙结构主要与针状和凝胶状的水化产物有关,以上两者分别增强了土体的结构性和密实度。(4)经过物相鉴定后发现,在电石渣的Ca(OH)2和磷石膏的Ca SO4·0.5H2O环境激发下,赤泥中的硅铝酸盐被消耗,并生成钙矾石等水化产物,而水泥中的硅酸二钙、硅酸三钙水化后,生成水化硅酸钙,这些水化产物多以针状和凝胶状的形态出现。并且固化后的Si—O官能团种类变丰富、峰值变强,这也从侧面反映出水化产物的多样性。
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