改性矿物聚合物对Cr（Ⅵ）一次性解毒/固化机理研究

Cr（Ⅵ）是铬盐生产及应用工业产生的一种高毒性物质，其表现形式为铬渣，其解毒的稳定性及长效性是当前铬渣污染处理的难点和重点。本项目利用还原剂改性的矿物聚合物对Cr（Ⅵ）一次性解毒并固化，研究其解毒/固化机理。在此过程中涉及的主要科学问题为，Cr（Ⅵ）如何在改性矿物聚合物合成过程中被还原并被其网状结构固定。本项目以实验和现代测试分析手段相结合，研究以煤矸石为主要原料、以铬盐添加作为Cr（Ⅵ）污染源，亚铁盐和硫化物添加作为还原剂，原位合成改性矿物聚合物，研究在改性矿物聚合物制备过程中对Cr（Ⅵ） 的解毒及固化作用；探讨改性矿物聚合物对Cr3+的固化机理及对Cr（Ⅵ）的解毒/固化机理；亚铁盐、硫化物及Cr的添加对矿物聚合物结构及性能的影响；改性矿物聚合物对铬渣的解毒及固化。为铬渣的污染治理提供科学依据。

铬渣是铬盐生产过程中产生的废渣，其中含有致癌性铬酸钙及水溶性六价铬。六价铬有剧毒，严重危害皮肤、呼吸道、消化道以及肝脏、肾脏，具有致癌、致畸作用。因此，国内外专家学者采取了多种方法对铬渣和Cr(VI)进行解毒处理，各有利弊。本项目采用还原剂改性的矿物聚合物解毒/固化Cr(VI)，研究固化体中 Cr 的滤出率、固化体结构及性能，探讨改性矿物聚合物对 Cr（Ⅵ）的解毒/固化机理。该成果对于用矿物聚合物处理铬渣及其铬污染的固体废弃物具有重要的理论和实际意义。项目的主要结论和成果如下：.1）矿物聚合物对 Cr3+的固化.矿物聚合物对Cr3+的最大固化量为1.2%，Cr3+的添加量大于1.2%时，胶体失去胶凝活性。掺Cr3+的矿物聚合物为非晶质，其抗压强度约60MPa，在PH值为2~14的H2SO4、HCl和NaOH溶液中的稳定性好。.2）亚铁盐改性的矿物聚合物对 Cr（Ⅵ）的解毒/固化及机理.氯化亚铁和硫酸亚铁改性的矿物聚合物中，Fe2+/Cr(Ⅵ)≥4:1(摩尔)时，铬的浸出浓度均小于1mg/L，铬的最大固化量在0.7-0.8%之间。由于亚铁盐中的阴离子与Na+结合，形成钠盐，阻断了矿物聚合物的网状结构，导致其抗压强度减小。该系列矿物聚合物的主要物相亦为非晶质。在矿物聚合物的合成过程中，Fe2+被氧化成Fe3+，而Cr(Ⅵ)被还原成Cr3+，之后Fe3+和Cr3+同时被矿物聚合物中的[AlO4]吸引，在进一步的聚合反应中，被形成的六方环或六方网孔包裹，固定在非晶质体中。因此，矿物聚合物对铬的固化是化学和物理共同作用的结果。.3）硫化物改性的矿物聚合物对 Cr（Ⅵ）的解毒/固化。.在硫化钠改性的矿物聚合物中，当S2-/Cr(Ⅵ)≥3.8:1(摩尔)时，矿物聚合物中铬的浸出浓度小于1mg/L，铬的最大固化量在1.2%-1.5%之间。该矿物聚合物亦为非晶质，压强度为80.20MPa。在矿物聚合物的合成过程中，S2-被氧化成S2+(平均化合价)，而Cr(Ⅵ)被还原成Cr3+，之后Cr3+被矿物聚合物中的[AlO4]吸引，并被固定在非晶质体中。.4) 还原剂改性的矿物聚合物对铬渣的解毒及固化.采用氯化亚铁、硫酸亚铁 和硫化钠改性矿物聚合物解毒和固定铬渣，Fe2+效果不及S2-。用S2-作还原剂，矿物聚合物对铬渣的最大固化量可达35%。矿物聚合物的抗压强度大于15MPa。.