重金属离子

4 离子溶出问题

矿渣的离子溶出安全性问题也很重要，在保证其作为水泥混合材应具备的稳定性能的同时，还应确保其离子溶出不会涉及放射性物质和重金属等安全性问题。

随着世界环境问题的日益突出和可持续发展战略的要求，人们越来越关注各种类型废弃物的处理和利用，期望将这些废弃物资源化加以利用随着工业废渣建材资源化的力度加大和各种混凝土掺合料外加剂的开发利用，使得水泥和混凝土中重金属离子的种类和含量不断增加，这样在其使用过程中，在某些条件下是否会溶出释放出来而导致二次环境污染。这是当前国际水泥混凝土界共同关心的一个新课题。

荷兰自1996年1月起就实行了一项法规，即用于地下或作基础用的任何建筑材料都必须通过环境影响评估试验。这项法规尽管只在荷兰有效，但它确告诉我们，不仅要掌握材料的使用性能和耐久性能，而且还必须了解其使用后对环境可能产生的影响。由于在高温形成过程中有机组分已大部分分解或挥发，因此就目前的认识水平来说，在水泥和混凝土材料的环境影响分析中尚可只考虑其中的无机有害组分的溶出问题。

1 重金属离子的种类及其危害

Pb、Hg、Cd、Cr和As、Cr6+等这些重金属元素对生态环境和人类健康都有较大的影响。

⑴Pb的危害

铅可在人体和动物组织中蓄积，铅的主要毒性效应是导致贫血症、神经机能失调和肾损伤。铅对植物的危害，主要是影响植物的光合作用和蒸腾作用，长期施用含铅的污泥或污水灌溉，有可能影响土壤中氮的转化。铅对水生生物的安全浓度为0.16 mg·L-1。铅是我国实施排放总量控制的指标之一。

⑵Hg的危害

汞及其化合物属于剧毒物质，可在体内蓄积，进入人体的无机汞离子可转换为毒性更大的有机汞，经食物链进入人体，引起全身中毒。汞的污染源主要是仪表厂、食盐电解、贵金属冶炼、温度计及军工等工业废水中，汞也是我国实施排放总量控制的指标之一。

⑶Cd的危害

镉不是人体必须的元素，镉的毒性很大，它可通过食物链进入动物和人体，可以在人体内蓄积，它在人体内形成镉硫蛋白，它与含羟基、氨基、琉基的蛋白质分子结合，影响酶的功能，导致蛋白尿和糖尿等。镉还能影响维生素的活性，使骨质疏松、萎缩、变形等。镉对植物的危害表现在其破坏叶绿素，从而降低光合作用，影响植物生长、发育和繁殖。用含镉的水进行农业灌溉时，土壤和稻米就会受到明显的污染。镉也是我国实施排放总量控制的指标之一。

⑷Cr的危害

金属铬很不活泼，二价铬一般认为是无毒的，三价铬的毒性较小，但人体摄入过多时也会带来危害，而六价铬毒性较大。水体中，其毒性受水的pH值、有机物、氧化还原物质、温度及硬度等条件影响。铬酸盐毒性大，由于溶解度大且易被吸收，对生物组织有刺激性和毒性。

六价铬更易被人们吸收并在人体内积蓄，刺激皮肤，体内铬过多会得白血病，长期接触含铬的化合物，会引起铬的慢性中毒，导致胃溃疡及胃、肝病等，铬被确定为致癌物。六价铬为我国实施总量控制的目标之一。

⑸As的危害

砷进入血循环后，可直接损害毛细血管，同时可使心、肝、肾等实质性器官发生脂肪性突变。急性中毒症状初期为恶心、呕吐、腹泻、继之出现中毒性神经炎和肾炎等症状。砷有致癌作用，长期接触砷的人肺癌和皮肤癌发生率长高[13]。

2 材料的溶出试验方法简介

建筑材料的有害、有毒组分的溶出试验及其结果的评价与对策的提出是其环境适应性问题研究的一个重要内容。所谓建筑材料的环境适应性问题研究，至少应包含下述4个内容：①原材料开采与生产过程中所消耗的自然资源和对环境产生的影响（如空气、水的污染和固体废弃物的排放等）；②使用过程中对环境和人体可能产生的影响，如与周围环境和景观的协调性，美观和舒适性等；③使用过程中会不会向环境释放出有毒气体、重金属和有害金属离子等，后者就需要通过溶出试验予以评估；④达到使用年限拆除解体后，是否易于处理和再利用。

在建筑材料的溶出试验研究中，第一，应根据待测材料的性质和使用环境，研究或选择合适的溶出试验方法，尽可能做到实验室试验结果能够反映或预测实

际溶出情况；第二，进行环境影响评价，即采用合适的标准衡量所得试验结果，评估被测材料可能产生的环境影响；第三，如发现问题，应采取什么措施有效地控制和抑制有害组分的溶出，这是这项研究的关键和最终目标。材料中所含重金属离子和有毒离子含量的测定，一般是采用王水分解法或高温熔融法分解待测材料，然后用原子吸收光谱和等离子发射光谱法测定分解液或熔融法所得溶液中的各离子浓度，再计算出单位质量材料中各组分的含量。针对有害组分的溶出问题，国外已提出多种溶出试验方法，可以归纳为①浸渍溶出法；②振动（水平或垂直振动）抽出试验法；③翻转滚动抽出试验法；④渗透溶出法；⑤循环流溶出试验法。浸渍溶出法主要用于溶出机理的研究；振动和翻转滚动抽出试验法是一种快速溶出试验方法，一般用于确定试验材料中有害组分的可能或最大可能溶出量，目前为各国所普遍采用；渗透溶出法用于模拟现场实际溶出情况，评价对土壤和地下水产生的影响；循环流溶出试验法的测定机理与渗透溶出法类似，可适用于低溶出量材料的测定。发达国家相继制订有多种溶出试验法，如德国的DEV S4方法、荷兰的NEN7341、7343、7345和7349方法、法国的X31-210方法、美国的TCLP方法、瑞士的TV A方法以及日本的环境告示第13号和46号中所示方法等。它们在抽出试验方式、抽出试验时间、样品预处理和溶媒的选择等方面都各不相同，并大都属于实验室中进行的快速溶出试验方法。

⑴德国的DEV S4方法

试料尺寸为粒径不大于4mm的小颗粒（破碎），质量为100g，溶媒为离子交换水，液固比（W/V）为10︰1，抽出试验方式是通过桌式振荡器来振动，试验时间为24h，过滤方式为0.45μm膜过滤。

⑵荷兰的NEN7341方法

试料尺寸为粒径不大于125μm的小颗粒，质量为16g，溶媒为PH=7的离子交换水用硝酸溶液将PH调至4的离子水，溶出试验分两个步骤进行，在室温下首先溶出液PH值维持在7，更换溶媒后再进行一次溶出试验，溶出液PH值维持在4，每次搅拌3h，两次液固比（W/V）均为50︰1，即为100︰1，抽出试验方式是搅拌，过滤方式为0.45μm膜过滤。

⑶荷兰的NEN7343方法

试料尺寸为粒径不大于5mm的小颗粒，溶媒为经酸处理的去离子水使用