赤泥-电石渣-水泥协同固化重金属污染土的固化效果及机理研究

作     者：刘皓 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐鑫

授予年度：2024年

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 120405[管理学-土地资源管理] 

主      题：赤泥 电石渣 固化技术 重金属污染土 固化效果 冻融和干湿循环 微观机理 

摘      要：本研究为达到减少水泥(PC)使用量和利用固废的目的,提出利用碱渣(赤泥和电石渣)替换部分水泥作为固化剂,用赤泥-电石渣-水泥(PCRC)协同固化铜、镉污染土。本文主要对赤泥-电石渣-水泥协同固化重金属污染土的固化效果、耐久性和微观机理进行研究。从养护龄期、重金属污染浓度和固化剂掺量这三个影响因素来研究固化土的性能(重金属离子浸出浓度、无侧限抗压强度、电阻率和渗透系数);通过冻融循环和干湿循环作用下的重金属污染土的固化效果研究固化土的耐久性;通过SEM和MIP两个微观试验来研究固化土的微观机理。本文的主要研究成果如下: (1)当固化剂掺量为8%时,方案PCRC(水泥:赤泥:电石渣=4:4.5:1.5)满足无侧限抗压强度要求,且在满足要求的方案中水泥占比最少,固废利用率最高,对铜离子和镉离子有较好的固化效果,满足相关规范要求,符合减少水泥使用量和综合利用固废的研究目的。 (2)PCRC试样和PC(纯水泥)试样的无侧限抗压强度和电阻率均与养护龄期和固化剂掺量呈正相关关系,并随着重金属污染浓度的增加而减少。PC8试样的强度大于PCRC8试样,但PCRC10的强度与PC8的强度相近。可以通过增加掺量的方式,使PCRC土样的强度达到纯水泥土样的强度,同时还能做到所用的水泥含量比PC试样的少(PCRC10试样中水泥占比4%,小于PC8试样中的水泥占比8%),从而达到减少水泥使用量和利用固废的目的。 (3)PCRC试样和PC试样的重金属离子浸出浓度和渗透系数均随着养护龄期和固化剂掺量的增加而减小,且与重金属污染浓度呈正相关关系。 (4)在不同重金属污染浓度和固化剂掺量下,PCRC试样与PC试样的无侧限抗压强度都因冻融循环次数增多而逐渐减少,重金属离子浸出浓度与冻融循环次数呈正相关关系。高污染浓度试样的抗冻融能力要低于低污染浓度试样,试样的抗冻融能力与固化剂掺量呈正相关关系。在掺量和污染浓度相同的情况下,PCRC试样的抗冻融能力与PC试样相近。 (5)在不同污染浓度和固化剂掺量下,PCRC和PC试样的无侧限抗压强度都随着干湿循环次数的增加而不断减少,重金属离子浸出浓度与干湿次数呈正相关。低污染浓度试样的抗干湿循环能力要高于高污染浓度试样,试样的抗干湿循环能力与固化剂掺量呈正相关关系。在掺量和污染浓度相同的情况下,PCRC试样的抗干湿循环能力与PC试样相近。 (6)微观试验结果表明,PCRC固化重金属污染土的主要作用成分为水化产物水化硅酸钙、水化硅铝酸钙和钙矾石,PCRC固化土依靠水化产物,通过孔隙填充、物理吸附包裹、置换反应和中和沉淀等形式实现对重金属离子的固化及固化土强度的提升。