西藏铜尾矿建材样品重金属浸出特性及机理研究
在社会发展过程中，我国铜尾矿资源化利用主要有有用组分的提取与回收、建材材料中的应用、作井下充填材料、制作陶瓷玻璃、用于土地复垦等方面。为实现铜尾矿利用多元化，积极推广尾矿在建筑材料中的应用，现已将铜尾矿掺入建筑材料，但是在堆存和放置过程中，建材中重金属通过扩散、迁移等过程渗入地表水、空气、土壤，并不断富集进入人体，最终对人体造成长期危害。因此，研究铜尾矿建材样品的重金属浸出机理和释放规律来控制环境风险，实现铜尾矿资源化利用无害化。本文以铜尾矿胶凝材料和砂浆试块为研究对象，分别用pH和反应温度来分析单因素对重金属浸出的影响，选择重金属总量消解法、有效量浸出实验和连续水槽浸出实验等方法进行重金属总量、有效浸出量和累积浸出量分析。阐明铜尾矿建材样品中重金属浸出行为、机理和规律，进而根据重金属的累积浸出量来选择重金属长期浸出的模型，为西藏地区铜尾矿建材样品的利用提供理论依据。研究结果如下： （1）根据实验温度和 pH 对铜尾矿建材样品重金属浸出影响分析，发现胶凝材料的浸出量大于砂浆试块的浸出量，pH 条件下的浸出量大于实验温度下的浸出量，说明pH是影响铜尾矿建材样品重金属浸出的主要因素。通过消解法分析得知，在铜尾矿重金属含量中， Cu的总量相对来说较高；胶凝材料中 Fe占重金属总量的 87.65%，其次分别为 Cu、Pb、Mn 和 Zn，占重金属总量的 3.15%、3.09%、2.79%和 2.63%；砂浆试块中 Fe占重金属总量的 89.41%，其次分别为 Mn、Cu、Zn 和 Pb，占重金属总量的 2.91%、2.72%、2.39%和1.89%。与铜尾矿相比，铜尾矿建材样品中重金属总量有一定程度下降，不同的建材样品的总量相差不大，这与铜尾矿的掺入量有关。 （2）有效量浸出实验结果显示，胶凝材料中重金属浸出浓度最高的为 Zn（0.5516 mg/L）。与《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）相比，As的浸出浓度超过地表水环境质量标准限值V类。在重金属浸出率中，浸出率最大的是Zn（28.8%），浸出率最小的是Pb （1.3%）。砂浆试块中浸出浓度最高的为 Zn（0.0779 mg/L），除 As外，Mn、Fe 和 Ni 等重金属的浸出浓度均符合地表水环境质量标准， As的浸出浓度超过地表水环境质量标准限值V类，但未超出《污水综合排放标准》（GB8978-1996）标准限值。浸出率最大的是 Cr （34.8%），浸出率最小的是 Cu（0.1%）。浸出率越低，铜尾矿建材样品的重金属固化效果越好，当钙矾石和 C-S-H 凝胶紧密相连，提升建材样品的力学性能，也降低了重金属的渗透性，重金属在建材中成功稳定。 （3）连续浸出水槽实验结果表明，64天内胶凝材料中 Mn、Zn、Fe、Cr、Ni和Cu的浸出处于上升趋势，Cd和Pb在16天左右达到平衡，As、Cd、Cr和 Zn主要的浸出机理是扩散作用，Cu、Fe、Ni、Mn和Pb主要受到表面冲刷作用的影响；砂浆试块中As、Mn、Cr、Cu、Zn和Ni的浸出处于上升趋势，Fe在4天左右达到平衡，Cd 在16天左右达到平衡，Cd和 As主要受到的浸出机理分别是扩散作用和溶解作用，Cr、Ni、Cu、Fe、Mn和 Zn主要受到表面冲刷作用的影响。在胶凝材料中，As属于高浸出速率，Pb属于中浸出速率；在砂浆试块中，Fe属于中浸出速率。其余重金属都为低浸出速率。 （4）根据铜尾矿建材样品重金属累积浸出曲线分析，选择二级动力学方程、抛物线方程、Elovich 方程和 Freundlich 方程来进行重金属浸出长期模型拟合。拟合发现：在胶凝材料中，As、Cr、Cu、Fe、Ni和Pb选用Elovich方程描述重金属浸出行为，Cd、Mn和Zn选用二级动力学方程描述重金属浸出行为；在砂浆试块中，As、Cd、Fe和 Ni选用二级动力学方程描述重金属浸出行为，Cu和 Mn选用Elovich方程描述重金属浸出行为，Cr和Zn选用Freundlich方程描述重金属浸出行为。在铜尾矿建材样品中，大部分重金属选用二级动力学方程和Elovich方程。
铜尾矿;资源化利用;建筑材料;重金属;浸出行为;释放规律
西藏大学
硕士
环境科学与工程
江桂斌
2023
中文
TD926.4
2023-09-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）