純水設備之電鍍污泥基膠凝材料的制備及性質分析
【南通純水設備 http://www.xqccs.cn】電鍍是三大污染產業之一。電鍍污泥是指電鍍廢水經適當處理后產生的固體廢物。這是一種典型的危險廢物。2014年，江蘇省電鍍污泥生產企業1532家，電鍍污泥產生量從2009年不足8萬噸/年增加到2014年近16萬噸/年。電鍍行業為江蘇省經濟的快速增長做出了重要貢獻，但也帶來了電鍍污泥處置等突出的環境問題。江蘇省電鍍企業數量多，分布分散，產品種類繁多，監管難度大，存在滲漏、滲漏等各種問題。同時產生的污泥重金屬含量較高，主要由鉻、鎳、銅等重金屬氫氧化物組成南通純水設備，對環境的危害較大。目前電鍍污泥毒性較強，主要通過焚燒和填埋處理，資源利用案例較少。工業固體廢物處理問題一直制約著經濟發展和環境保護。如何實現電鍍污泥的回收和無害化處理，實現“廢物控制”尤為重要。
水泥與電鍍污泥混合可制得復合膠凝材料。本研究將電鍍污泥作為混合材料摻入水泥中，部分替代水泥熟料制備電鍍污泥基膠凝材料，并探討電鍍污泥對水泥各項性能的影響。水泥的固化效果在電鍍重金屬污泥在水泥從電鍍污泥重金屬固化效果的前提下電鍍污泥混合水泥熟料制備膠凝材料可以實現電鍍污泥的無害和資源化,盡管電鍍污泥用量不大,但長期的角度和工業化生產,具有一定的經濟效益和環境效益，實現了污泥的無害化處理和資源化利用，開辟了電鍍污泥的新途徑。同時，為解決水泥行業碳減排問題提供了新的思路，并對電鍍行業污泥處理問題進行了初步探索。
測試材料及方法
1. 測試材料
類型水泥江南水泥Ⅱ硅酸鹽水泥;電鍍污泥取自江蘇省蘇州市某工業園區危險廢物處置中心。電鍍污泥和水泥的成分分析如表1所示。
2. 膠結材料的制備
電鍍污泥105℃烘干12h后粉碎。初步勘探試驗表明，當電鍍污泥含量超過3.0%(質量分數，下同)時，膠結材料試樣成型后無法順利取出。因此，本試驗提出的電鍍污泥摻量分別為0、0.5%、1.5%和2.5%。根據上述混合方案，將水泥和電鍍污泥分別稱重，混合后再與質量相同的混合球混合，在球磨機上混合12h，保證充分混合。混合均勻后制備膠凝材料樣品，并對四種樣品的物理和微觀性能進行了測試。
3.性能測試方法
參照《水泥標準稠度用水量、凝結時間和穩定性試驗方法》(GB/ t1346-2011)測定水泥膠凝材料樣品的標準稠度用水量和凝結時間。水泥膠凝材料強度試驗參照《水泥膠凝砂強度試驗方法》(GB/ t17671-1999)進行。參照《水泥膠砂流動性測定方法》(GB/ t2419-2005)進行膠砂流動性試驗。
微觀性能測試水化熱測試：使用TAMAir８通道水泥水化熱測定儀測定各試樣至少70h的膠凝材料水化放熱行為。
累積孔體積測定利用PoreMasterGT60壓汞儀對膠凝材料試樣水化3d的累積孔體積進行測試。
重金屬浸出毒性 檢測根據《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（GB/T299-2007）對各膠凝材料進行重金屬浸出南通純水設備，采用PE5300DV電感耦合等離子直讀光譜儀測定浸出液的重金屬濃度。
二、結果與討論
１、膠凝材料的物理性能
各試樣的物理性能測試結果如表2所示。由表2可知，摻入電鍍污泥增大了膠凝材料的標準稠度 用水量。當電鍍污泥摻量增加到2.5％時，膠凝材料的標準稠度用水量相比摻量為0時增加了22.29％。電鍍污泥的加入，使得混料中的礦物組分變得更復雜，試樣的標準稠度用水量變大。膠凝材 料的標準稠度用水量與水泥熟料里含有的礦物組成及混料的種類有很大的關系。HASSANI等研究水泥固化含有重金屬的土壤時發現，含有重金屬的土壤顯著降低了水泥的早期強度，水化28d后的強度僅為45.0MPa。
電鍍污泥的摻入對膠凝材料的凝結時間存在明顯影響。由表2可見，試樣的初凝、終凝時間隨著電 鍍污泥摻量的增加逐漸增加。當電鍍污泥摻量達到2.5％時，其初凝、終凝時間分別為292、365min，均達到最大值，但此時依然滿足《通用硅酸鹽水泥》（ GB175-2007）中規定的初凝時間不小于45min，終凝時間不大于390min的要求。電鍍污泥和硅酸 鹽水泥復配，初凝、終凝時間隨著電鍍污泥摻量的增 加逐漸增加，這說明了電鍍污泥的加入使得早期水 化相互排斥。GB175—2007明確指出，對復合硅酸鹽水泥的 強度而言：水化3ｄ≥19.0MPa，水化２８ｄ≥42.5MPa時，水泥的強度等級為42.5R級；水化3d≥23.0MPa，水化28d≥52.5MPa時，水泥的強度等 級為52.5級。本試驗中各膠凝材料的膠砂強度如表3所示。
由表3可知，電鍍污泥摻量為0.5％時，膠凝材料試樣強度符合GB175-2007中規定的52.5R級水泥標準；電鍍污泥摻量為1.5%、2.5％時，膠凝材料試樣強度符合GB175-2007中規定的42.5R級水泥標準。從相同齡期的強度來看，隨著電鍍污泥摻量的不斷增加，其強度大體呈降低趨勢，但降低后仍可達到42.5R的強度等級。
２、膠凝材料的微觀分析
水化熱分析 圖1、圖2分別為摻入不同摻量電鍍污泥的膠 凝材料72ｈ內的水化放熱速率及累積放熱量。圖１的早期水化溶解峰主要是鈣礬石、游離氧化鈣、硫酸鹽沉淀引起的放熱。放熱主峰主要是由水泥中硅酸三鈣的水化放熱引起的南通純水設備。由圖２可以看出，摻量為０時72ｈ內的累積放熱量為275.4J/g，而摻量為2.5％時的放熱量則降低到255.7J/g，體系的累積放熱量隨著電鍍污泥的摻量增加而減小。電鍍污泥的加入會降低膠凝材料試樣的放熱總量。
累積孔體積分析圖3為膠凝材料試樣的累積孔體積分布曲線。由圖3可知，隨著電鍍污泥摻量的增加，膠凝材料試樣的累積孔體積逐漸增加。當電鍍污泥摻量為2.5％時，膠凝材料試樣的累積孔體積相比摻量為0時增加了86.7％。電鍍污泥加入增加了試樣內孔體積，而這些孔的存在不利于試樣強度的增加，這與強度測試所得的趨勢是一致的。
重金屬浸出毒性分析 污泥中的重金屬元素能否固化在水泥中是污泥能否用來制備膠凝材料的決定性因素之一，如果污泥中含有的重金屬元素不能固化在水泥中，在自然環境下易被浸出，將會對環境產生危害，并且對人類健康帶來威脅，這將對利用電鍍污泥制備膠凝材料產生極大限制。
對電鍍污泥摻量為2.5％的膠凝材料水化28d后的試樣和污泥原樣進行浸出分析，重金屬浸出結果如表4所示。由表4可知，電鍍污泥摻量達到 2.5％時的膠凝材料其重金屬浸出濃度均滿足GB5085.3-2007的要求。由于電鍍污泥摻量較小且 膠凝材料對電鍍污泥中重金屬起到一定固化作用，在摻量相對較低的情況下，此膠凝材料中的重金屬在實際應用中不易被浸出。
三、主要結論與建議
１、物理測試結果表明，膠凝材料的標準稠度用水量、凝結時間隨著電鍍污泥摻量的增加而增加。摻量為2.5％時，膠凝材料的標準稠度用水量相比 摻量為０時增加了22.29％，凝結時間達到最大，初凝時間為292min，終凝時間為365min。強度隨著 電鍍污泥摻量的增加而大致呈降低趨勢。摻量為2.5％時，強度達到最小值。
２、水化熱分析表明，隨著電鍍污泥摻量的增加，累積放熱量降低。累積孔體積測試表明，電鍍污 泥的摻入增大了膠凝材料試樣內孔體積。
３、重金屬浸出毒性分析表明，電鍍污泥摻量 達到2.5％時制備的膠凝材料其重金屬浸出濃度均 滿足GB5085.3-2007要求。
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