摘要
六价铬Cr(Ⅵ)是一种溶解度大，迁移能力强，具有剧毒性的重金属离子，对人体器官和系统都能造成较大危害，因此对含有Cr(Ⅵ)废弃物在填埋或资源化利用前需要妥善处理，利用高强度、高耐久性的碱矿渣胶凝材料对重金属固废进行固化/稳定化处置具有操作简单、费用低廉等优点，并已成功应用。碱矿渣胶凝材料在水化时会产生水滑石这类LDHs水化产物，而层状双金属氢氧化物(LDHs)，其独特结构组成、表面吸附位点以及记忆效应等性质能吸附大量的污染物离子。因此矿渣与LDHs复合体系对Cr(Ⅵ)的固结具有研究价值，但LDHs对碱矿渣胶凝材料的性能影响不清楚、矿渣-LDHs体系对Cr(Ⅵ)的固结机理不明确、矿渣-LDHs体系的安全稳定性研究略少。鉴于此，本文系统的探讨了矿渣、LDHs及Na2CrO4之间的相互作用规律与机理，为含Cr(Ⅵ)危险废物无害化处置提供理论基础与技术支持。 本文通过水热合成法合成Mg/Al-CO3-LDHs，基于LDHs材料的记忆效应，高温煅烧得到Mg/Al-LDHs，基于水滑石材料层间阴离子可交换性，插入还原性基团得到EDTA-LDHs，并对比不同类型的LDHs在水溶液中吸附Cr(Ⅵ)能力；分析了LDOs掺入Na2CrO4-矿渣体系前后的水化产物变化，以及Na2CrO4-矿渣-LDOs体系固结重金属Cr(Ⅵ)的主要机理；比较了模拟纯水侵蚀、硫酸盐侵蚀以及垃圾填埋场渗滤液侵蚀下Na2CrO4-矿渣-LDOs体系的长期稳定性。旨在为碱矿渣固化/稳定化的实际应用提供技术支持，得到的主要规律如下： ①LDHs与LDOs对Cr(Ⅵ)的吸附过程均是单层的化学吸附，反应动力学符合拟二阶动力学模型，等温吸附曲线遵循Langmuir模型。其中煅烧后的LDOs对Cr(Ⅵ)吸附效果最佳，饱和吸附量达到109.2mg/g，EDTA-LDHs次之，饱和吸附量达到49.81mg/g。而由于CO32-在LDHs层间十分稳定，不易被置换，原始的LDHs对Cr(Ⅵ)吸附效率欠佳，其饱和吸附量仅为1.32mg/g。 ②在矿渣水化过程中，掺入的LDOs会将Na2CrO4引进的Cr(Ⅵ)、水分子纳入水滑石类层状结构，进而重建其原有的结构恢复成LDHs，在这个过程中，LDOs释放OH-，变相的提高了孔溶液的pH值，促进了矿渣结构解体。 ③Na2CrO4-矿渣-LDOs体系对Cr(Ⅵ)的固结主要通过物理固封、化学结合、还原解毒以及LDOs的记忆效应实现。Na2CrO4-矿渣-LDOs固结体的水化产物CrO4-U相吸附部分Cr(Ⅵ)；LDOs可通过记忆效应重塑结构吸附部分Cr(Ⅵ)在层间；LDOs促进矿渣水化，矿渣解离出更多的S2-将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)；另外，LDOs加入后，固结体的强度增加，对Cr(Ⅵ)的物理固封效果增强。 ④相比于模拟硫酸盐侵蚀环境，有机冰醋酸的侵蚀对于Na2CrO4-矿渣-LDOs体系的环境安全性威胁更大。在半动态浸出试验中各组的有效扩散系数（De）在纯水中约10-14~10-13，Cr(Ⅵ)属于低迁移性范围。在硫酸盐侵蚀和有机冰醋酸侵蚀环境中约10-12~10-13，Cr(Ⅵ)属于中等迁移性范围，意味着在超高Cr(Ⅵ)水平掺量时，Na2CrO4-矿渣-LDOs体系仍然达到了非常高的固结效率，实际应用中Na2CrO4-矿渣-LDOs体系的长期稳定性和安全性可以得到保证。
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