铬渣无害化处理物力学性能研究
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摘要：对铬盐生产厂和铬铁合金厂在生产过程中排放的固体废渣－铬渣进行原材料性能分析，通过对其与土或石灰进行混合，研究不同掺配比例下的混合料性能，以判定其是否可以作为路基填料使用，解决铬渣处理物的出路问题。研究表明，通过掺配一定比例的土和石灰，铬渣可以作为路基的填筑材料。
中图分类号： A715 文献标识码： A
1.引言
铬渣是铬盐生产厂和铬铁合金厂在生产过程中排放的有毒固体废渣。在无还原剂时，铬渣中重铬酸钠的水溶液含有剧毒的六价铬的重铬酸根。如露天堆放，受雨雪淋浸，所含六价铬被溶出渗入地下水或进入河流、湖泊中，将严重危害人畜健康[1]。目前可采用干法和湿法两种工艺对铬渣进行解毒，由于湿法的产量高，故主要以湿法解毒为主。解毒的主要原理是利用高温或在有还原剂的酸性条件下，或在有碱金属硫化物、硫氢化物的碱性条件下，将铬渣中的六价铬还原为毒性较小的三价铬，消除其毒性，实现铬渣的无害化处理。本文对铬渣的原材料性质进行研究，并将其与土或石灰进行混合，研究不同掺配比例下的混合料性能，以判定其是否可以作为路基填料使用，解决铬渣处理物的出路问题。
2.铬渣原材料性能分析
2.1铬渣含水量
铬渣是一种固体废渣，在形态上为粒径不等的颗粒状坚硬烧结固体，干法解毒的铬渣外观颜色多呈灰色，湿法解毒的铬渣外观与红粘土类似，颜色呈棕红色。对两种方法的解毒产物进行含水量试验，其中干法铬渣含水量为13.5%，湿法铬渣含水量为78.6%～92.5%，含水量过高，若在工程中应用，必须进行脱水或晾晒处理。
2.2铬渣钙镁含量
铬渣在化学成分上因原料和使用的工艺不同而有所不同，但通常均含有Ca、Mg、Si、Al、Fe等元素，此外还含有少量其他元素如Cr、Hg、Pb、Ni等。为了探讨铬渣中是否含有活性的钙、镁，对其进行了钙镁含量的检测，结果见表2。结果表明，两种铬渣内均含有少量的活性钙镁，单从材料活性来看，干法铬渣比湿法铬渣要好。
表1 铬渣钙镁含量结果
铬渣类别 CaO(%) MgO(%) 钙镁合量(%)
① ② ① ② ① ②
干法 4.5 3.7 17.8 22.7 22.3 26.4
湿法 0.6 0.7 10.3 10.4 10.9 11.1
2.3铬渣液塑限
两种铬渣的液塑限试验结果见表2，结果表明湿法铬渣塑性指数偏低。
表2铬渣液塑限结果
铬渣类别 液限（%） 塑限（%） 塑性指数
湿法 46 36 10
干法 36 17 19
3.铬渣混合料力学性能
对两种铬渣分别进行配比试验，掺料为工程中常用的低液限粘土和Ⅱ级镁质消石灰，共选用13个配比进行各种性能试验。
3.1重型击实试验
混合料的最大干密度和最佳含水量是进行混合料配合比设计优化的最重要的试验参数，将影响混合料的技术性能。
不同铬渣混合料的击实试验结果见表3，铬渣含量与最大干密度和最佳含水量关系曲线见图1～图2所示。
表3 不同配合比下铬渣混合料的最大干密度与最佳含水量结果
铬渣类别 配合比 最大干密度（g/cm3） 最佳含水量（%）
湿法 铬渣：土 12:100 1.682 18.9
20:100 1.644 19.1
30:100 1.620 20.3
100:0 1.199 23.7
石灰：铬渣：土 12:25:63 1.465 19.9
12:35:53 1.367 20.9
12:45:43 1.361 27.4
12:55:33 1.342 32.4
干法 铬渣：土 12:100 1.794 15.5
20:100 1.838 15.8
30:100 1.803 16.5
100:0 1.700 19.5
石灰：铬渣：土 12:35:53 1.730 17.6
图1铬渣土最大干密度与铬渣含量关系曲线
图2石灰铬渣土最大干密度与铬渣含量关系曲线
由上图可以看出：（1）干铬渣土的最大干密度较湿铬渣土的大，而最佳含水量的变化规律则相反。（2）随着铬渣含量的增大，铬渣土的最大干密度逐渐减小，最佳含水量逐渐增大；混合料中掺入一定的石灰后，最大干密度与最佳含水量的变化趋势与上述趋势是一致的。
3.2无侧限抗压强度
按预定的干密度成型试件后，在温度20±2℃，相对湿度大于90%的养生室中养生6天，放入水槽中浸泡1天。无侧限抗压强度试验采用Φ50mm×h50mm试件。7天无侧限抗压强度见表4。
表4不同比例铬渣混合料7天无侧限抗压强度结果
铬渣类别 配合比例 无侧限抗压强度（MPa）
湿法 铬渣:土 12:100 0（试件泡水后坍塌）
20:100 0.1
30:100 0（试件泡水后坍塌）
100:0 0（试件泡水后坍塌）
石灰:铬渣:土 12:35:53 0.3
干法 铬渣:土 12:100 0（试件泡水后坍塌）
20:100 0（试件泡水后坍塌）
30:100 0.3
100:0 0.2
石灰:铬渣:土 12:35:53 0.4
由上表可知，铬渣混合料的7天无侧限抗压强度均小于规范中对底基层强度的要求，因此不能用于道路的底基层材料。
3.3加州承载比（CBR）
测定铬渣混合料在压实度96%、94%和93%下的CBR值，结果见表5、图3～图5。
表5铬渣混合料CBR试验结果
铬渣类别 压实度（%） CBR（%）
20:100 30:100 100:0 12:25:63 12:35:53 12:45:43 12:55:33
湿法 96 7.5 8.8 4.3 48.7 49.0 30.3 27.5
94 6.6 7.8 3.8 44.5 46.0 27.2 27
93 6.3 7.5 3.7 40.9 41.2 26.8 25.6
干法 96 10.87 23.7 18.8 / 44.3 / /
94 10.2 19.2 18.2 / 38.7 / /
93 9.3 15.8 17.7 / 32.3 / /
图3干铬渣土CBR值变化曲线
图4湿铬渣土CBR值变化曲线
图5 石灰铬渣土CBR值变化曲线（湿法）
由以上图表可知：（1）单独的铬渣不能直接作为路基的填筑材料来用。（2）随着压实度的增加，铬渣混合料的CBR值逐渐增大，表明增大压实度可明显提高路基的强度。（3）铬渣与土或石灰混合后，铬渣掺量在30%时，CBR存在一个峰值，表明不论是铬渣土还是石灰铬渣土，铬渣的掺量均存在一个最佳值。（4）当铬渣掺量为30%时，CBR满足规范对路基填料的强度要求，可作为路基填料来使用。但考虑到铬渣混合料的拌和采用集中厂拌后要存放一段时间才能使用，为防止铬渣土中有效成分的损失，为保证工程质量，以掺加石灰后的配比作为最终配合比，即：石灰：铬渣：土=12：30：58（重量比）。
4 结论
通过对铬渣混合料的试验研究，可得出以下结论：
（1）经过干法解毒的铬渣含水量为13.5%，湿法解毒的铬渣含水量为78.6%～92.5%，含水量过高，若在工程中应用，必须进行脱水处理。
（2）铬渣与土、石灰掺配后，抗压强度不满足规范要求，不能作为道路底基层材料来用。
（3）纯的铬渣的强度（CBR）不满足规范要求，不能直接作为路基的填筑材料。
（4）石灰铬渣土混合料最佳配比为石灰：铬渣：土=12：30：58（重量比），此时的混合料可以作为路基的填筑材料。
参考文献：
[1] 谭建红.铬渣治理及综合利用途径探讨[D].重庆大学硕士论文，2005.
[2] 郭军.铬渣解毒及其固话的研究[D].东北大学硕士论文，2008.