水泥窑处置废弃物中重金属的迁移行为研究进展

比利时的Anne-Marie Marion研究了道路混凝土浸出行为：用去离子水的水槽法来测试浸出液中重金属的含量。试验研究了由斑岩骨料、河砂、波特兰水泥或高炉矿渣水泥制成的混凝土中重金属的浸出行为。结果显示：重金属的浸出量很小，远远低于欧洲关于饮用水质量要求的规定参数值，而在延长浸出时间后重金属的浸出浓度可以忽略。研究最后指出采用替代燃料不会改变其重金属的浸出行为，且重金属的浸出浓度不受重金属总含量的影响。
德国水泥研究所对水泥中重金属的浸出做了大量研究，分别在1999年和2000年公布了其实验结果。1999年公布的实验结果表明：水泥熟料中绝大部分重金属是以不溶的形式存在于熟料矿物中，在水化过程中会以很小的浓度释放出来，随即又被包裹起来。仅有少量重金属存留在混凝土孔隙的溶液中，可能通过扩散作用到达混凝土建筑物的表面。但由于受到混凝土密实体的阻碍，所以实际上又被封固在混凝土中。2000年德国水泥研究所把空白混凝土试体和掺加重金属的试体都浸泡200d后，测试重金属的浸出浓度，结果表明，即使加大重金属掺量，浸出液中重金属的浓度也很低[5]。
挪威的Kare Helge Karstensen等人，采用荷兰NVN5432、荷兰NVN2508、改进的DIN方法、DIN38414S4以及美国TCLP等浸出方法，研究了Ag、As、Cd、Hg、Mn、Ni、Pb、Sn、Ti、Tl、Zn等元素的浸出迁移特性。结果表明：由于替代燃料的使用，熟料中重金属含量的增加量很小；不同的浸出试验均表明：无论是否使用替代燃料，所得的样品中各重金属的浸出迁移性是相同的，并没有多大变化[6]。
瑞士Holcim公司与德国GTZ GMbH联合颁布的《水泥生产过程协同处理废物指南（最后草案）》中指出：圆柱体水泥样品在试验过程中（初次使用或再生使用），所有重金属的浸出浓度均低于或接近大部分分析仪器的检测下限；无论是否使用了二次原燃料，不同种类水泥产品中，重金属的浸出特性并无明显区别；然而，某些重金属，比如Cr、Al、Ba等，在特殊的浸取条件下，其浸出浓度可能接近饮用水标准的限值；Cr6+具有水溶性，其浸出迁移性比其他重金属强，因此，Cr在水泥及混凝土中应该尽量限制其含量；室内试验及现场研究均表明，只要混凝土建筑保持完整未被破碎，各重金属的浸出浓度就不会超过相关标准限值（如饮水用标准、地表地下水标准）。
清华大学张俊丽等人采用欧洲标准委员会（BCR）提议的三步连续浸出程序和NEN7341浸出试验方法研究了水泥生料、熟料和砂浆中五种重金属的释放潜能和浸出行为。比较了两种试验方法和三种样品中重金属的固化差异。浸出结果显示所有的元素在水泥制品中的固化要好于生料中的固化。对于大多数元素，砂浆中的相关金属固化率要高于熟料中的。李橙等人采取动态浸出试验方法，研究了胶砂试块中7种重金属的浸出行为。结果表明：各种重金属的有效扩散系数值均很低，在10-10cm2/s数量级左右，说明水泥固化体中重金属的浸出是缓慢而长期的过程[7]。
中国建筑材料科学研究总院张迪等人通过水泥胶砂试件的浸出试验指出：酸性条件可以抑制Cr3+的浸出，促进Cr6+的浸出；在各种pH值条件下，Cr3+、Cr6+的浸出速率随着时间延长有不同程度的减小，Pb和Cd的浸出速率不随时间变化，重金属As、Hg在酸性条件下的浸出量呈增加的趋势[8]。
中国环境科学研究院的杨玉飞等人通过模拟煅烧试验制取水泥熟料，并选用酸解法，EANEN-7371和pH静态试验分别测定了混凝土中重金属的全量、有效量和在不同pH系列中的释放量，结果表明：全量和有效量之间存在较大差异，但二者间的相关性因元素种类不同而有较大差别，Ni、Cd的全量和有效量之间相关性较好；而Cr、As和Pb基本不存在线性相关关系；pH静态试验中最大释放量与有效量较为接近，而与全量有较大差异；有效量是废物水泥窑共处置产品使用过程中表征其重金属释放潜能的较优指标。
杨昱等人参照EANEN7375浸出方法，设定5种不同pH的浸取液，研究了pH对混凝土样品中重金属Cr释放的影响。结果表明，在强酸性条件下，Cr的累积释放量较大；浸取液pH分别为5.00、7.35和10.00条件下，Cr的释放机理为扩散控制；pH为2.00的浸取液中Cr的释放在前期为扩散控制，中、后期出现耗竭现象；pH为3.50的浸取液中Cr的释放在前期同样为扩散控制，但中、后期发生了溶解作用[9]。
北京工业大学富丽等人采用水泥制品研究其中重金属的浸出行为，结果表明：废弃物掺量为13%的混凝土中重金属浸出液的含量达到地表水环境质量的二级标准，不会对水体造成污染。
东北师范大学孙胜龙等人通过在水泥回转窑中添加重金属化学试剂的实验研究表明（实验添加质量约为水泥的0.1%），掺加重金属化学试剂后，含有不同重金属的水泥熟料的XRD图谱相似，水泥熟料主要矿物相没有发生大的改变；重金属化学试剂的添加对水泥的7d、28d抗压强度的影响较小，符合国家标准；熟料试样在其水化28d时各重金属的浸出量都很低，已低于工业固体废物浸出毒性鉴别标准规定的指标，这说明利用水泥回转窑处理废弃化学试剂方法是可行的。