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本文用火焰原子吸收分光光度计、冷原子吸收分光光度法和X射线衍射分析等方法研究了煅烧水泥熟料过程中重金属的逸放特性、重金属的逸放对周边土壤的污染、重金属逸放影响因素及其污染防治措施。研究结果表明:
在实验室静置煅烧水泥熟料的条件下,Cd从900℃时含量开始迅速减少,而Pb从1000℃开始大量逸放,至1100℃的逸放幅度最大;在煅烧水泥熟料的过程中,W基本不逸放,Hg、Pb、Cd、Zn、Cu会不同程度地逸放出来,这六种重金属元素体现出的逸放特性为:Hg为高逸放性、Pb和Cd为易逸放性、Zn和Cu为一般逸放性、W为不逸放性。
对YH、FK和MS三家使用重金属含量较高废弃物的水泥厂周围的土壤中Hg、Pb、Cd的测定表明:其近距离土壤中Hg、Pb、Cd的含量远高于较远距离的土壤,且已超过标准值,其土壤已受到了污染。
Pb、Cd在熟料矿物中的分布是不均匀的,熟料中间相中Pb、Cd的含量是熟料的2~3倍,Pb和Cd主要分布在中间矿物中;以相同的温度分别煅烧C<,4>A<,3>S、C<,3>A和C<,4>AF三种单矿物熟料,当掺入等量的Pb和Cd时,C<,4>A<,3>S中的Pb和Cd含量最高,C<,3>A的含量次之,C<,4>AF的含量最低;C<,4>A,S、C<,3>A和C<,4>AF三种单矿物熟料中Pb和Cd的含量存在一个极限值,其中Pb的极限量分别约为266 mg·kg<-1>、232 mg·kg<-1>、188 mg·kg<-1>,Cd的极限量分别约为42.mg·kg<-1>、34 mg·kg<-1>、30 mg·kg<-1>。
氟和氯会促进Pb、Cd、Zn和Cu的逸放。当氟掺量从0.03%增加到0.45%,Pb的逸放率由约80%增高到约98%,Cd的逸放率由约67%增高到约97%,Zn的逸放率由约32%增高到约64%,Cu的逸放率由约28%增高到约55%;当氯掺量从0.02%增加到0.32%,Pb的逸放率由约80%增高到约88%,Cd的逸放率由约66%增高到约85%。
硫和磷对Pb、Cd的逸放有一定的抑制作用。当生料中S03含量从1.13%增加到3.01%时,熟料中Pb、Cd的含量随着SO<,3>含量的增加而增加;当生料灼烧基中。P<,2>O<,5>含量从0.33%增加到1.00%时,熟料中Pb、Cd的含量也随着P<,2>O<,5>的增加而增加。Pb和Cd以不同形式的化合物存在于生料中时,其逸放率不同。对于Pb而言,逸放率最高的为PbCl<,2>,其次为PbO,PbS最低;对于Cd而言,CdCl<,2>的逸放率高于CdO 。 Pb、Cd的含量的变化对彼此的逸放有影响。当生料中Pb含量增加,熟料中Pb含量增加,Cd的含量减少;当生料中Cd含量增加,熟料中Pb含量减少。
在KH、IM率值不变的情况下,随着硅率SM的降低,熟料中Pb、Cd的含量增加,逸放率下降;当生料中Pb和Cd的掺量相同时,硫铝酸盐水泥熟料中Pb、Cd的含量明显高于硅酸盐水泥熟料,逸放率低于硅酸盐水泥熟料;用窑灰作水泥混合材,避免窑灰再次入窑煅烧,可以减少重金属的逸放。
使用不同废弃物煅烧水泥熟料时需对其进行合理选择和严格的掺量限制,其中Pb含量高的钢厂的电炉灰不宜用作煅烧水泥的原料,Hg含量较高的城市污泥用作煅烧水泥的原料需考虑Hg逸放的影响。