粒化高炉矿渣和氧化镁固化稳定化铅污染粘土的强度、溶出及微观特性的研究

粒化高炉矿渣和氧化镁固化稳定化铅污染粘土的强度、溶出及微

观特性的研究

粒化高炉矿渣粉(GGBS)作为一种绿色低碳可持续发展材料,被广泛作为水泥基材料添加料。活性氧化镁(MgO)可以有效激发GGBS,提高激发后GGBS的无侧限抗压强度。

但目前对GGBS-MgO作为重金属污染粘土固化剂研究存在不足,本文以国家863计划课题(2013AA06A206)、国家自然科学基金重点项目(41330641)、国家自然科学基金项目(51278100,41472258)和江苏省自然科学基金杰出青年基金项目(BK2012022)为依托,采用GGBS-MgO作为固化剂加固铅污染粘土,并通过酸缓冲能力测试、无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验及半动态浸出试验,对GGBS-MgO 固化铅污染土进行物理化学特性、强度特性、环境安全性及微观机理的分析研究,并对GGBS-MgO和水泥固化现场铅锌镉复合污染土进行对比研究。得到的主要研究结论如下：(1)物理化学特性：标准养护及半动态浸出条件下,GGBS-MgO固化铅污染土pH均低于固化未污染土,半动态浸出试验后,同一配比试样内部pH在淋滤液初始pH=2.0-7.0时相差不大,而试样表层pH在淋滤液初始pH=2.0时约为pH=3.0-7.0时的1/2; GGBS-MgO固化铅污染土相比于水泥固化铅污染土有较强的酸缓冲能力。

(2)强度特性：GGBS-MgO固化铅污染土针刺深度约为固化未污染土的

1.4-3.2倍,且无侧限抗压强度qu均较固化未污染土小；随着固化剂掺量增加,试样针刺深度逐渐减小,强度随之升高;半动态浸出试验后,试样随着淋滤液初始pH增大,试样针刺深度逐渐减小,qu增加,试样qu较标准养护39 d试样qu降低了2%-53%；在同等条件下GGBS-MgO固化未污染土半动态浸出后qu较水泥固化

未污染土qu提高了12%-43%,且在18%掺量下约为水泥固化铅污染土1.3-1.8倍。

(3)环境安全性：TCLP试验表明随着固化剂掺量的增加,铅溶出率明显下降；半动态浸出试验表明同等掺量、同等试验条件下,淋滤液初始pH=7.0时,GGBS-MgO 固化土扩散系数相比于水泥固化土低1-2个数量级；通过三种方法计算扩散系数,初始淋滤液pH=2.0时铅的溶出机制为溶解,随着pH增加溶出机制由溶解转为扩散。

(4)微观机理：X射线衍射结果表明GGBS-MgO固化铅污染土有明显水合硅酸镁和Ht生成,铅的固定形式主要为表面吸附与沉淀；扫描电镜结果表

明,GGBS-MgO固化土试样标准养护28 d时主要水化产物为C-S-H与Ht,铅污染的掺入使C-S-H与Ht在形态上有所改变；压汞试验结果表明,随着龄期增加,试样累积孔隙减少：固化剂掺量增加会使试样内部孔隙更加致密,铅污染的掺入使得试样孔隙增加：半动态浸出结束后,试样孔径相比于同龄期试样增大,GGBS-MgO 固化士孔隙比水泥固化土更为致密。通过上述试验研究表明,GGBS-MgO作为固化剂固化铅污染粘土在强度特性、环境安全性上都优于水泥,可将其作为固化剂代替水泥固化铅污染粘土。