生态水泥中重金属测定方法研究

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测定方法同上
称取 1.000 0 g 样品放入聚四氟乙烯烧杯中内 加入 2 ml HNO3+10HF 加热至干 再加入 2 ml HNO3+10HF 加热至干 入 1 ml HNO3 蒸至大量大烟出现 残渣用稀 HNO3 溶解定容于 100 mL 容量瓶 测定方法同上 SXF-1200
再加
w/(mg kg-1)
子量较大的重金属 检测限可达 μg·kg-1 级 另外 XRF 具有不需要酸消解预处理 分析监测快速方便 的特点 因此 XRF 也可能用于水泥中重金属元素 分析测定 1.2 水泥重金属浸出性质分析 5
水泥重金属浸出是指水泥制品在使用中遇水 浸沥 固化于其中的重金属经迁移转化 再次由 水泥释放至环境中的现象 为保证水泥的环境安 全性 需要对产品中重金属的浸出性质进行分析 目前常采用的方法有 1 对粉状水泥进行短期 的快速浸出试验 2 对水泥块进行长期浸出的 浸泡试验 1.2.1 快速浸出试验
浓硝酸和 20 ml 去离子水 加热至样品全部溶解 冷却并定容于 100 mL 容量瓶 利用 ICP AES Vista-MPX 测定
称取 1.000 g 样品放于聚四氟乙烯烧杯中 加入 HNO3 15 mL 置于电热板上缓慢加热 蒸至近干 再加入混酸(V(HNO3) V HClO4)=1 4 10 mL 蒸至近干 再加入 5 mLHF 和 2 mLHClO4 蒸至近干 残渣用稀 HNO3 溶解定容于 100 mL 容量瓶
快速浸出试验是用来评价水泥制品被粉碎后 的浸出性质 以浸出浓度与提取率 重金属浓度或 总浸出质量占总含量的份额 来表示 试验中样品 被粉碎一定的粒径 粒径均<5 mm 得到较大的 浸出表面积 故可用来模拟给定的试验条件下最大 浸出浓度 根据浸出时间 样品预处理 浸取剂等 方面要求不同 各国制定了不同的浸出试验方法 如我国的 固体废弃物浸出毒性浸出方法 德国 的 DEV S4 美国的 TCLP 环境日本的环境公告 46 等[6] 1.2.2 长期浸泡试验
析了现有的重金属测定方法 并通过试验分析了各方法的特点与适用性 试验结果表明 1 荧光光谱法是最优的总量测定
方法 2 目前我国常用的浸出毒性测定方法不适用于水泥体系 3 长期浸泡方法可用于测定特定条件下重金属的长期浸
出性 这些结论为制定水泥窑混烧危险废物技术的标准与规范提供理论依据
关键词 生态水泥 重金属 总量 浸出性质
测定方法 HNO3-HCl-HF
HNO3-HClO4-HF
HNO3-HF XRF
表 2 重金属总量测定方法[8-9] Table 2 Methods for determination of heavy metal total amounts
实验步骤及分析离仪器
称取 0.500 0 g 样品置于聚四氟乙烯烧杯中 加入 20 ml 王水和 20 ml 浓 HF 置于电热板上加热 直至蒸干 冷却后加入 1 ml
4 结论
本文总结比较了生态水泥常用的重金属性质 测定分析 并通过试验说明各方法的特点及适用 性 可以得出 1 XRF 最适用于生态水泥中重金 属总量测定 各种消解方法的测定结果相差不大 仅为酸溶重金属 2 我国的危险废物浸出毒性测 定方法与鉴别标准不适用于水泥重金属快速浸出 性质的测定及环境安全性分析要求 需要建立新的 测定方法与标准体系 3 长期浸泡试验可以用 来预测给定条件下水泥混凝土块中重金属长期的 浸出情况 但不能外推至其它环境条件
Cr
Ni
Cu
Zn
Pb
76
30
55
102
1
2.2 试验方法 重金属总量分别采用消解与 XRF 方法进行测
定 具体步骤与分析仪器见表 2 其中消解采用了 三种常用的试验方法
727
快速浸出试验根据 固体废弃物浸出毒性浸出 方法水平振荡法 GB5086.1-1997 [10]进行 长 期浸泡试验参照 放射性废物固化体长期浸出实 验 FHZHJHFS0032 进行 其中浸取剂为自来 水 水泥块表面积与浸取剂体积比为 1 12 更换 浸取液时间间隔为 1 3 7 与 10 d 更换下的浸取 剂经 0.45 um 滤膜过滤后由 ICP MS X Series 测定
浸出速率/ (g •cm-2 •d -1 )
0.0003 0 .0 0 0 2 5
0.0002 0 .0 0 0 1 5
0.0001 0 .0 0 0 0 5
0 0
Cr
5
10
15
20
25
累计时间/d
图 2 Cr 浸出率与浸出时间的关系 Fig. 2 relation of Cr leaching rate with time
中图分类号 X132
文献标识码 A
文章编号 1672-2175 2006 04-0726-04
近年来 水泥回转窑混烧危险废物生产生态水 泥技术 因其良好的环境与经济效益而日渐受到重 视[1] 但是 废物的加入也使水泥产品的性能及安 全性受到质疑 其中争议最大的是水泥中重金属问 题[2] 我国对于水泥中重金属性质的研究尚处于起 步阶段 缺乏统一有效的重金属测定分析方法 这 为确定废物的投加量及种类带来极大困难 继而影 响到该技术的发展与推广 本文从总量及浸出性质 两个方面分析了现有的重金属测定分析方法 并通 过试验分析了各方法的特点及适用性 为该技术制 定相应的规范与标准提供理论依据
参考文献
[1] 姜丽杰 孙胜龙 张晓红. 利用水泥回转窑处理危险废物[J]. 长春 师范学院学报: 自然科学版, 2005, 24(5): 69-74. JIANG Lijie, SUN Shenglong, ZHANG Xiaohong. Utilize the cement rotary kiln to deal with the hazardous waste[J]. Journal of Changchun Teachers College: Natural Science Edition, 2005, 24(5): 69-74.
1100 1000
900
HNO3-HClO4-HF HNO3-HCl-HF HNO3-HF XRF
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Cr
Ni
Cu
Zn
Pb
图 1 水泥中重金属总量分析 Fig. 1 Heavy metal total amounts in cement
没有造成损耗外 更重要的是 XRF 测定值为真正 的重金属总量 而酸消解法测定的仅为酸溶性重金 属 这点也与国外研究结果相一致[11] 3.2 浸出性质 3.2.1 快速浸出试验
作者简介 宋 薇 1978 收稿日期 2005-11-10
女 博士研究生 主要研究方向为固体废物管理与技术 E-mail: song-w04@mails.tsinghua.edu.cn
万方数据
宋 薇等 生态水泥中重金属测定方法研究
2 试验材料与方法
2.1 试验材料 试验所用生态水泥取自宁波某水泥厂电镀污
Zn Cu Pb Ni 和 Cr 五种重金属浸出速率的 变化趋势见图 2 至图 4 由图可以直观地看出 各 元素开始时浸出速率最大 随后逐渐降低 经一段 时间后最终将以一稳定平衡浸出速率 利用这一浸 出速率可以推算得到相同条件下长期的浸出浓度 或浸出量 但是由于浸出速率与浸取液流速 接触 表面面积 浸取溶液体积等因素有关 不宜将浸出 速率外推用于其它不同环境条件 因此 要将一定 实验条件下得到的浸出速率外推于其它应用环境 还需要进一步研究
万方数据
728
试验结果说明水泥中重金属对环境安全的危险性 不具说服性
此外 人们常将水泥浸出的重金属浓度与 危 险废物鉴别标准—浸出毒性鉴别 相比较 以说明 水泥的环境安全性 但是水泥作为一种产品 本不 属于危险废物的范畴 对水泥产品的要求也远高于 对危险废物的要求 故利用此标准用于水泥判定的 环境影响是不合适的 因此我国亟需为水泥产品中 的重金属建立适应环境安全的限值标准 3.2.2 长期浸泡试验
浸出速率/ (g •cm-2 •d -1 )
0.00012 0.0001
0.00008
Ni
0.00006
Cu
0.00004
0.00002 0 0
5
10
15
20
25
累计时间/d
图 3 Ni Cu 浸出率与浸出时间关系 Fig. 3 relation of Ni Cu leaching rate with time
泥与矿石混烧的水泥产品 其中污泥添加量为6.5 g·kg-1 电镀污泥中重金属质量分数见表1所示 水 泥混凝土试块配比为水泥 标准砂 水=1 3 0.5 中粗骨料选用4 mm以下的碎石 细骨料为标准砂 尺寸16 cm×4 cm×4 cm 重量581 g 养护28 d
表 1 电镀污泥重金属质量分数 Table 1 Heavy metals content in electroplating sludge g·kg-1
长期浸泡试验用来评价水泥块 非压碎的 的浸出性质 以浸出速率 单位面积的样品浸出 重金属的量 进行描述 一般需要几周或几年的 时间 试验中对整块水泥在完整无破损的情况下 浸出 故可以用来模拟给定条件下可能的浸出速 率 我国采用 放射性废物固化体长期浸出试验 规范 [7]进行试验分析 这一方法与国际原子能机 构方法类似
利用上述试验方法 分析测定了水泥粉状熟料
中 Zn Cu Pb Ni 和 Cr 五种重金属的浸出质量浓 度 浸出量与提取率 重金属总量采用 3.1 中 XRF 测定结果 结果见表 3
表 3 生态水泥重金属快速浸出结果 Table 3 Results of heavy metals quickly leaching in eco-cement
重金属
Cr Ni Cu Zn Pb
浸出量/(×10-9 g·kg-1)
90 30 30 460 2 350
提取率/(×10-7)
2.5 2 0. 7 6 200
浸出质量浓度/(×10-4 mg·L-1) 9
3
3
46 235
标准[12]/(mg·L-1)
10 10
50 50
3
由表 3 可以看出 测定的重金属浸出量及提取 率均很小 这可能是由两方面原因所致 1 水 泥对于重金属有很好的固化作用 通过物理包容 化学吸附以及结晶等作用将大部分重金属固化在 水泥内部 2 水泥作为高碱度材料 使其浸取 液呈现强碱性 抑制重金属的浸出 但是在实际环 境中 浸出环境一般为中性 甚至酸性 浸出的重 金属大于标准浸出方法测定值 因此 以快速浸出
3 结果与讨论
3.1 重金属总量测定 根据表 2 中提及的四种方法进行重金属总量测
定 结果如图 1 所示 由图可以看出 1 三种消解方法分析结果无
显著差异 酸性强弱会对结果造成较少的影响 其 中仅 HNO3-HClO4-HF 方法测得的金属质量浓度均 略高于其它方法 2 利用 XRF 方法测得的重金 属质量分数最高 除 XRF 由于样品预处理简单
生态环境 2006, 15(4): 726-729 Ecology and Environment
http://www.jeesci.com E-mail: editor@jeesci.com
生态水泥中重金属测定方法研究
宋薇 张俊丽 金宜英 聂永丰
清华大学环境科学与工程系 北京 100084
摘要 生态水泥中的重金属问题已经成为制约水泥回转窑混烧废物技术发展的重要因素 文章从总量及浸出性质两个方面分
酸消解法是将样品所有重金属转变为可溶态 再进行分析测定 消解试剂对于不同的基体结构的 攻击性不同 选择合适的消解试剂可以保证样品的 完全消解 将所有重金属 除挥发性物质外的 转 入水溶液中 由于水泥中含有大量的硅氧化物 需 要加入 HF 才能完全进行消解
XRF 是利用一次 X 射线束照射样品 样品将产 生代表其中各种元素的二次 X 射线 将其与标准样 品对比 得到元素的定性和定量分析结果[4] XRF 一般用于水泥中常量元素的测定 微量元素分析的 精确度相对较低 但是如果标样质量较高 对于分
累计速率/ (g •cm-2 •d -1 )
生态环境 第 15 卷第 4 期 2006 年 7 月
0.0025
0.002
Zn
Pb 0.0015
0.001
0.0005
0Leabharlann Baidu
0
5
10
15
20
25
累计时间/d
图 4 Zn Pb 浸出率与浸出时间关系 Fig. 4 relation ofZn Pb leaching rate with time
1 水泥中重金属分析
1.1 重金属总量 水泥中重金属元素的增加会对水泥性能产生
一定影响 例如 Cu 通常在水泥颗粒表面形成不溶 性的沉积物 其质量分数过高时将延缓水泥水化[3] 另外 水泥中重金属总量增加也可能增加浸出的重 金属量 因此 需要准确测定重金属总量 目前常 采用的方法有 1 酸消解预处理 等离子体发射 光谱仪 ICP-AES 联用测定法 2 X 荧光光谱 法 XRF
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