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检索条件"主题词=水淬渣,重金属,有机酸,矿物相"

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不同环境因素下铜选冶废渣中重金属的释放特性和机制

不同环境因素下铜选冶废渣中重金属的释放特性和机制

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作者： Bridget Ataa Fosua（爱塔）中南大学

学位级别：硕士

铜矿选、冶炼活动过程中会产生大量含重金属的尾矿、烟尘和水淬渣等废渣。雨水淋滤和植物根系作用会导致露天堆放的废渣中重金属淋溶释放,污染周围土壤和地下水。因此,研究废渣中重金属释放特性,对评估其环境风险影响及提出合理污染防... 详细信息

铜矿选、冶炼活动过程中会产生大量含重金属的尾矿、烟尘和水淬渣等废渣。雨水淋滤和植物根系作用会导致露天堆放的废渣中重金属淋溶释放,污染周围土壤和地下水。因此,研究废渣中重金属释放特性,对评估其环境风险影响及提出合理污染防治措施具有重要意义。本文选取湖南省柏坊镇某废弃铜选冶厂生产过程中产生的尾矿、烟尘、阳极泥和水淬渣等废弃物为研究对象,在研究其理化性质和重金属赋存形态等潜在活性的基础上,利用TCLP(Toxicity characteristic leaching procedure)毒性浸出和SPLP(Synthetic precipitation leaching procedure)方法研究渣中As、Cd、Cu、Pb和Zn等重金属的浸出毒性;以水淬渣为对象,开展不同酸雨p H值、温度和液固比等条件下静态释放实验,研究重金属释放特征;探讨模拟柠檬酸、草酸、乳酸和乙酸等根系有机酸对水淬渣中重金属的释放影响,分析了重金属释放与其赋存形态及矿物相转化的作用机制。主要研究结果如下:(1)全量分析结果表明,废渣中As、Cd、Cu、Pb和Zn等重金属含量量及活性态比例均较高,酸溶态和可还原态比例较高的金属呈现Cd>Zn>Cu>Pb;As虽以残渣态为主,但其总活性态比例较高。烟尘、阳极泥和尾矿中TCLP和SPLP浸提液中部分重金属浓度超过了TCLP和毒性浸出标准(GB 5085.3-2007)相应元素含量限值,可被归类为对环境具有中度至高度风险的危险废物。(2)在不同酸雨p H值(3.0、4.5、5.6、7.0)、温度(15、25、35、45C)和液固比(5:1、10:1、20:1、30:1)等条件下开展水淬渣中重金属的为期72 h批处理浸出实验,浸出液p H值稳定在7.21-7.63之间,表明水淬渣有较强的潜在酸缓冲能力。低p H值和较高温度显著促进重金属的浸出,增加液固比(L/S)至20:1 m L/g以上显著降低浸出液重金属浓度。浸出前期(24 h)浸出液重金属浓度较高,随浸出时间增加略有下降。浸出液中As、Cd、Cu、Pb和Zn浓度分别为0.81-3.05、0.011-0.094、0.74-3.09、0.58-2.98、1.45-13.75 mg/L。根据PHREEQC模型计算,As、Cd、Cu、Pb和Zn的关键氢氧化物、氧化物和含硫酸盐矿物溶解度控制渣中重金属的溶解/沉淀。SEM-EDS和XRD分析表明,酸性条件下水淬渣表面形貌发生改变,渣中正硅酸铁(FeSi O)、石英(Si O)和其他矿物相峰减弱,表明重金属等矿物溶解到浸出液中。XPS光谱结果显示,浸出渣中As、Cd、Cu、Pb和Zn的分别以As O、Cd SO、Cu、Pb SO和Zn Si O形式存在。(3)开展不同浓度(1 m M,5 m M和10 m M)柠檬酸、草酸、乳酸和乙酸等模拟根系有机酸浸出下,水淬渣中Cd、Cu、Pb和Zn等重金属的释放特征试验。结果表明,提高有机酸浓度促进渣中重金属的释放,10 m M有机酸浸出下,Cd、Cu、Pb和Zn浓度范围分别为0.49～3.32、9.50～47.32、2.30～37.5、12.3～88.2 mg/L。不同有机酸对废渣重金属浸出量和矿物相峰降低的影响顺序为:柠檬酸>草酸>乳酸>乙酸,重金属的释放量呈现出Zn>Cu≈Pb>Mn>Cd。XPS光谱显示,有机酸浸出后的残余废渣中COO-拟合峰区的比例明显增加。柠檬酸含有两个羧基,可与重金属形成具有5或6元环结构的稳定螯合物,有利于渣中重金属的释放。综上所述,铜选冶废渣中As、Cd、Cu、Pb和Zn等金属活性较高,在降水等自然环境条件下释放出来,对周围环境造成严重威胁,因此,为防止重金属污染,有必要开发适当的废渣处置和回收处理技术。20个图,10个表,267个参考文献

关键词：水淬渣,重金属,有机酸,矿物相酸雨 pH值

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