孔志云，黃緯斌，杜亞杰，王 迪，狄 然

（1. 省部共建分離膜與膜過程國家重點實驗室（天津工業(yè)大學(xué)），天津 300387 ；2. 天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，天津 300387）

鋼渣是伴隨煉鋼過程產(chǎn)生的一種工業(yè)廢棄物，占到粗鋼產(chǎn)量的10%-15%，目前我國鋼渣綜合利用率不超過30%，其中內(nèi)蒙古僅包鋼年產(chǎn)生鋼渣超過600 萬噸以上、堆積鋼渣超過3000 萬噸[1]。大量的鋼渣堆積不僅占用了大面積的土地，而且由于雨水的沖刷等環(huán)境因素使得鋼渣中含有的重金屬隨水進(jìn)入地表，造成周圍環(huán)境的重金屬污染[2]。因此，研究鋼渣中重金屬元素的浸出行為，對于防止二次污染具有重要意義。

目前，固體廢物重金屬浸出測試方法有硫酸硝酸法、乙酸緩沖溶液法、水平振蕩法等。鋼渣的種類及浸出測定方法對鋼渣中重金屬的評價影響較大，有研究表明[3]唐鋼和東鋼鋼渣樣品中金屬元素浸出量均滿足固體危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)要求，可作為路基路面材料應(yīng)用于道路工程建設(shè)。但馬馳等[4]研究表明電爐精煉渣樣品Ba 元素超出國家污水重金屬排放標(biāo)準(zhǔn)，Ni、V 元素超出生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，在綜合利用時需加以重視。本文針對包鋼堆積的鋼渣進(jìn)行評價，選取去離子水、硫酸硝酸溶液、pH4.7和pH5.6 的模擬內(nèi)蒙古地區(qū)酸雨溶液作為浸出劑，對鋼渣在堆積過程中可能出現(xiàn)的重金屬滲出進(jìn)行分析，為鋼渣在道路、建材等方面的應(yīng)用提供安全性依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品與試劑

樣品來源：包鋼堆放粉碎后的不同粒度的鋼渣，粒徑分別為1 號：0~10 目，2 號：5~10 目，3 號：15~20 目，4 號：10~30 目。

試劑：硫酸、硝酸、氫氧化鈉均為優(yōu)級純，購自天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；鉛、鎘、鉻、汞、砷、鋅、鈷、鎳、銅標(biāo)液均購自中國標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

1.2 實驗方法

1.2.1 溶液配制

硫酸硝酸溶液：將質(zhì)量比為2:1 的濃硫酸和濃硝酸混合液加入到試劑水中，調(diào)節(jié)pH 為3.2。

模擬酸雨溶液：依據(jù)內(nèi)蒙古地區(qū)的酸雨構(gòu)成，采用濃H2SO4和濃HNO3配制體積比為8 ：1 的模擬酸雨。用NaOH 溶液調(diào)pH值至重酸雨pH4.7 和輕酸雨區(qū)pH5.6。

1.2.2 鋼渣中重金屬元素的浸出

采用國家標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 229-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，將樣品在干燥箱以1 0 5℃的溫度下烘干2 4 h，取100 g鋼渣于2L聚乙烯瓶中，加入1L溶液，蓋緊瓶蓋固定在振蕩機(jī)上，室溫下振蕩18 h，過濾，收集全部濾液即浸出液，供分析用。

1.2.3 酸雨溶液中鋼渣重金屬元素的含量測定

選取重金屬離子錳、鋰、鎘、鎳、銅、鉻、砷等測定重金屬離子濃度，用電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP-MS，美國Thermo 公司）進(jìn)行金屬離子測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 在水中的浸出

采用二次水作為鋼渣浸出溶劑進(jìn)行測定，四種粒度的鋼渣測定結(jié)果見表1。

表1 水中鋼渣浸出金屬離子含量（mg/L）

由表中數(shù)據(jù)可以看出，雖然鋼渣中含一定量重金屬元素，且隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小，但四種粒度的鋼渣檢測到的重金屬含量均很低，說明鋼渣中重金屬元素短期較難浸出。

2.2 在酸中的浸出行為

采用硫酸硝酸溶液作為鋼渣浸出溶劑進(jìn)行測定，四種粒度的鋼渣測定結(jié)果見表2。

表2 酸中鋼渣浸出金屬離子含量（mg/L）

由表中數(shù)據(jù)可以看出，雖然鋼渣中含一定量重金屬元素，且隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小， 但四種粒度的鋼渣檢測到的重金屬含量均很低， 但是比在水中的浸出濃度高，原因是在酸性溶液中，金屬離子更容易發(fā)生溶解。

2.3 在pH=4.7 酸雨中的浸出行為

采用pH=4.7 酸雨溶液作為鋼渣浸出溶劑進(jìn)行測定，四種粒度的鋼渣測定結(jié)果見表3。

表3 pH=4.7 酸雨中鋼渣浸出金屬離子含量（mg/L）

由表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小，四種粒度的鋼渣檢測到的重金屬含量均很低，尤其是鋅和汞離子未檢出，這是由于隨著pH 的增高，金屬離子在溶液中的溶解度變小，因此浸出物濃度較酸性溶液高。

2.4 在pH=5.6 酸雨中的浸出行為

采用pH=5.6 酸雨溶液作為鋼渣浸出溶劑進(jìn)行測定，四種粒度的鋼渣測定結(jié)果見表4。

表4 pH=5.6 酸雨中鋼渣浸出金屬離子含量（mg/L）

由表中數(shù)據(jù)可以看出，四種粒度的鋼渣檢測到的重金屬含量均很低，且隨著鋼渣粒度的增大浸出液中重金屬含量減小，尤其是鋅、鎳和汞離子未檢出，這是由于酸雨溶液是由硫酸鈉和硝酸鈉組成，在一定的離子濃度，金屬離子容易發(fā)生沉淀反應(yīng)，因而浸出物濃度較水中偏低。

2.5 重金屬浸出對環(huán)境影響的分析

將鋼渣浸出液中最高值與我國《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)- 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）進(jìn)行比較，如表5 所示。由表可看出，四種粒徑的鋼渣樣品金屬元素浸出量均滿足固體危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 重金屬鑒別毒性標(biāo)準(zhǔn)值（mg/L）

3 結(jié)論

本文通過采用不同的浸出液對鋼渣中重金屬離子浸出進(jìn)行了研究，結(jié)果表明包鋼鋼渣公司堆積的鋼渣，在硫酸硝酸浸出液中各離子含量均最高；各金屬浸出量低于堆存標(biāo)準(zhǔn)限值，堆存風(fēng)險較小，可以粉碎處理后進(jìn)行后續(xù)的資源化利用。