·900· 工程科学学报，第38卷，第7期 铅是国内外有色金属和贵金属采选冶集中区重金 实意义和广阔的应用前景-0 属污染中的重点元素之一.我国大部分有色金属 本试验以课题组所开发的用于地下胶结充填采矿 尾矿和废石都具有较高的铅残余量，有的高出正常土 的矿渣一钢渣基胶结剂完全替代水泥，讨论其工作性 壤背景值几百倍甚至上万倍：部分有色治炼厂的含铅 能及其对P%2+的固化效果和机理 固体废物，如脱水污泥、脱硫石膏和部分环节的治炼渣 已被国家明确规定为危险固体废物：部分大型、超大型 1试验材料 铁矿的尾矿以及铜铁伴生矿区的尾矿也含有超出正常 矿渣：鞍钢集团矿渣开发公司生产的S75商品矿 土壤背景值几十倍甚至上百倍的铅或其他重金属 渣粉，继续粉磨至比表面积640m2·kg',化学成分见 元素问 表1. 水泥固化/稳定技术是处理及预处理含重金属污 钢渣：唐钢转炉钢渣经热闷法预处理并选铁后的 染物常用的手段，但水泥固化存在渗出率偏高因等明 尾渣，粉磨至比表面积590m2·kg,化学成分见表1. 显的缺陷，同时生产成本高，阻碍了该技术的大规模应 脱硫石膏：北京市石景山热电厂生产的脱硫石膏， 用.因此，研制专门用于固化重金属的低成本高性能 主要矿物相为二水硫酸钙，粉磨至比表面积360m2· 水泥替代品可以促进固化/稳定技术更加广泛的应用. kg,化学成分见表1. 矿渣和钢渣是工业固体废弃物综合利用的重点研 尾砂：广西河池市南丹县车河镇星鑫综合选矿厂 究对象.利用矿渣、钢渣等固体废弃物作为矿山充填 铅锌尾矿，化学成分与铅浸出结果见表2. 采矿及固化有毒废弃物的胶凝材料具有十分重要的现 水泥：PI42.5硅酸盐水泥. 表1各原料化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of materials o 原料 Si02 Ca0 AL203 fe203 FeO MFe MgO f-CaO S03 烧失量 钢渣 11.6 41.8 1.43 5.38 19.7 2.99 10.8 1.16 1.43 矿渣 36.97 41.41 11.60 0.30 0.33 4.24 0.3 脱硫石膏 3.16 33.38 1.35 0.49 7.49 45.70 8.28 表2铅锌尾矿化学成分（质量分数）和固化前铅离子浸出质量浓度 Table 2 Chemical compositions and leaching concentration of tailings before lead ions solidification 质量分数/% 原始尾矿P%2+质量浓度 原料 Si02 Cao Al203 TFe2O3 Mgo 烧失量 的ICP结果/(mgL) 星鑫尾矿坝 50.62 18.40 3.92 15.96 1.73 3.07 5.23 0.307 过X射线衍射、红外光谱、差示扫描量热法等测试手 2 试验及分析方法 段分析其固化机理.同样以PI42.5硅酸盐水泥代替 2.1制备砂浆固化体 治金渣胶凝材料作对比. 将粉磨至一定比表面积的矿渣、钢渣和脱硫石膏 2.3浸出试验 与尾砂按不同配合比制成治金渣胶砂充填料试样，在 参照H557一2009《個体废物浸出毒性方法水平 温度20℃，湿度90%左右标准养护，拆模后继续水中 振荡法》，将样品破碎，通过3mm筛，称取100g试样， 标养至3、7和28d龄期时取样进行强度测试和P%2+ 置于容积为2L的提取瓶中，按液固比为10：1L·kg1 浸出试验.按同样条件制备PI42.5硅酸盐水泥固化 加入浸提剂，固定于往复式水平振荡器上，在室温下振 体作为对比样.强度试验参照GB/T17671一1999《水 荡8h,静置l6h,过滤并收集浸出液，摇匀后供分析 泥胶砂强度检验方法(IS0法)》进行 用.其中浸提剂为GB/T6682Ⅱ级水.浸出液中P%2· 2.2制备净浆固化体及空白样 的含量按照GB5085.3一2007的规定，采用电感耦合 为研究治金渣胶凝材料固化铅的机理，简化机理 等离子体光谱仪测定 研究过程中的显微分析，将化学纯PCL,溶于去离子水 2.4流动性试验 中配制成P%2+质量分数分别为0.1%、0.3%和0.5% 试验在胶凝材料配方一定的前提下，经过一系列 的PbC1,溶液，代替含铅尾砂参入按一定配比合成的治 试验后确定料浆中固相质量分数为83%，分别选取1： 金渣胶凝材料，制成固铅试样，以自来水代替铅溶液制 4、1:5和1：6的胶砂质量比，对比不同胶砂质量比下水 成空白样作对比，养护条件与砂浆固化体保持一致，通 泥和治金渣胶凝材料固化体的流动度.流动度试验参工程科学学报，第 38 卷，第 7 期 铅是国内外有色金属和贵金属采选冶集中区重金 属污染中的重点元素之一［1--3］． 我国大部分有色金属 尾矿和废石都具有较高的铅残余量，有的高出正常土 壤背景值几百倍甚至上万倍; 部分有色冶炼厂的含铅 固体废物，如脱水污泥、脱硫石膏和部分环节的冶炼渣 已被国家明确规定为危险固体废物; 部分大型、超大型 铁矿的尾矿以及铜铁伴生矿区的尾矿也含有超出正常 土壤背景值几十倍甚至上百倍的铅或其他重金属 元素［4--5］． 水泥固化/稳定技术是处理及预处理含重金属污 染物常用的手段，但水泥固化存在渗出率偏高［6］等明 显的缺陷，同时生产成本高，阻碍了该技术的大规模应 用． 因此，研制专门用于固化重金属的低成本高性能 水泥替代品可以促进固化/稳定技术更加广泛的应用． 矿渣和钢渣是工业固体废弃物综合利用的重点研 究对象． 利用矿渣、钢渣等固体废弃物作为矿山充填 采矿及固化有毒废弃物的胶凝材料具有十分重要的现 实意义和广阔的应用前景［7--10］． 本试验以课题组所开发的用于地下胶结充填采矿 的矿渣--钢渣基胶结剂完全替代水泥，讨论其工作性 能及其对 Pb2 + 的固化效果和机理． 1 试验材料 矿渣: 鞍钢集团矿渣开发公司生产的 S75 商品矿 渣粉，继续粉磨至比表面积 640 m2 ·kg － 1，化学成分见 表 1． 钢渣: 唐钢转炉钢渣经热闷法预处理并选铁后的 尾渣，粉磨至比表面积 590 m2 ·kg － 1，化学成分见表 1． 脱硫石膏: 北京市石景山热电厂生产的脱硫石膏， 主要矿物相为二水硫酸钙，粉磨至比表面积 360 m2 · kg － 1，化学成分见表 1． 尾砂: 广西河池市南丹县车河镇星鑫综合选矿厂 铅锌尾矿，化学成分与铅浸出结果见表 2． 水泥: P·I 42. 5 硅酸盐水泥． 表 1 各原料化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of materials % 原料 SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 FeO MFe MgO f-CaO SO3 烧失量 钢渣 11. 6 41. 8 1. 43 5. 38 19. 7 2. 99 10. 8 1. 16 — 1. 43 矿渣 36. 97 41. 41 11. 60 0. 30 0. 33 — 4. 24 — — 0. 3 脱硫石膏 3. 16 33. 38 1. 35 0. 49 — — 7. 49 — 45. 70 8. 28 表 2 铅锌尾矿化学成分( 质量分数) 和固化前铅离子浸出质量浓度 Table 2 Chemical compositions and leaching concentration of tailings before lead ions solidification 原料 质量分数/% SiO2 CaO Al2O3 TFe2O3 MgO S 烧失量 原始尾矿 Pb2 + 质量浓度 的 ICP 结果/( mg·L － 1 ) 星鑫尾矿坝 50. 62 18. 40 3. 92 15. 96 1. 73 3. 07 5. 23 0. 307 2 试验及分析方法 2. 1 制备砂浆固化体 将粉磨至一定比表面积的矿渣、钢渣和脱硫石膏 与尾砂按不同配合比制成冶金渣胶砂充填料试样，在 温度 20 ℃，湿度 90% 左右标准养护，拆模后继续水中 标养至 3、7 和 28 d 龄期时取样进行强度测试和 Pb2 + 浸出试验． 按同样条件制备 P·I 42. 5 硅酸盐水泥固化 体作为对比样． 强度试验参照 GB / T 17671—1999《水 泥胶砂强度检验方法( ISO 法) 》进行． 2. 2 制备净浆固化体及空白样 为研究冶金渣胶凝材料固化铅的机理，简化机理 研究过程中的显微分析，将化学纯 PbCl2溶于去离子水 中配制成 Pb2 + 质量分数分别为 0. 1% 、0. 3% 和 0. 5% 的 PbCl2溶液，代替含铅尾砂掺入按一定配比合成的冶 金渣胶凝材料，制成固铅试样，以自来水代替铅溶液制 成空白样作对比，养护条件与砂浆固化体保持一致，通 过 X 射线衍射、红外光谱、差示扫描量热法等测试手 段分析其固化机理． 同样以 P·I 42. 5 硅酸盐水泥代替 冶金渣胶凝材料作对比． 2. 3 浸出试验 参照 HJ557—2009《固体废物浸出毒性方法水平 振荡法》，将样品破碎，通过 3 mm 筛，称取 100 g 试样， 置于容积为 2 L 的提取瓶中，按液固比为 10∶ 1 L·kg － 1 加入浸提剂，固定于往复式水平振荡器上，在室温下振 荡 8 h，静置 16 h，过滤并收集浸出液，摇匀后供分析 用． 其中浸提剂为 GB / T 6682 II 级水． 浸出液中 Pb2 + 的含量按照 GB5085. 3—2007 的规定，采用电感耦合 等离子体光谱仪测定． 2. 4 流动性试验 试验在胶凝材料配方一定的前提下，经过一系列 试验后确定料浆中固相质量分数为 83% ，分别选取 1∶ 4、1∶ 5和 1∶ 6的胶砂质量比，对比不同胶砂质量比下水 泥和冶金渣胶凝材料固化体的流动度． 流动度试验参 · 009 ·