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原文传递电解锰渣用作路基土无公害化处治技术研究

论文题名：	电解锰渣用作路基土无公害化处治技术研究
关键词：	公路路基;电解锰渣;无害化处理;工程特性
摘要：	电解锰渣（Electrolytic Manganese Residue,EMR）是一种硫和重金属含量较高的工业固体废物。EMR的堆放会对环境产生诸多不良影响，不但对土地资源进行了占用，而且极易对周边土壤、植物、地表和地下水造成污染。　　为了建立一种EMR无公害处理技术，需先对EMR的理化特性进行研究，然后对EMR的浸出毒性进行试验分析，基于“以废治废”思路，探索以皂化渣为主作固化剂的EMR无害化处理方法。在对现有固化剂，如生石灰、水泥和粉煤灰等固化材料对EMR浸出毒性固化效果的研究基础上，分析皂化渣、生石灰掺量和温度对EMR毒性浸出的影响，采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)分析固化前后锰渣的微观相貌特征，结合X射线衍射（X-ray Diffraction,XRD）试验分析皂化渣固化EMR的固化机理。结合实际环境，通过柱浸试验研究了降雨对锰渣-皂化渣协同固化基材在环境安全方面的长期稳定性。在保障锰渣固化土的环境安全性基础上，采用击实试验、承载比（California Bearing Ratio,CBR）试验、界限含水率和回弹模量试验研究锰渣固化土的工程特性，为锰渣固化土作为路基填料提供工程性能参数。研究结果总结如下：　　（1）对EMR和皂化渣的成因进行分析，发现两种材料分别是生产电解锰和环氧丙烷所衍生的工业废渣，长期堆积，难以消纳，占用土地且污染环境。对两种材料进行理化特性研究，发现EMR与一般硅酸盐成分相似，主要成分为石英和半水石膏。皂化渣的主要成分为方解石，氧化物成分以CaO和MgO为主。对两种材料进行pH值测试，发现EMR呈弱酸性，皂化渣呈强碱性。　　（2）采用水平振荡法对EMR进行毒性浸出试验分析，发现Mn的浸出浓度高达1097.71mg/L，远远超过排放标准中的限值。此外，浸出液中还检测出大量NH4+-N，NH4+-N的浸出值为595mg/L，同样超出了排放标准。　　（3）采用生石灰、粉煤灰和水泥这三种常规固化剂对EMR进行无害化处理，研究生石灰、粉煤灰和水泥的掺量对锰渣的固化效果。试验发现，25%粉煤灰、15%水泥和10%生石灰可对EMR进行有效的固化。　　（4）研究皂化渣、生石灰掺量和固化温度对EMR毒性浸出的影响，发现30%皂化渣可以对锰渣中的Mn进行有效固化，但此时溶液中的NH4+-N固化效果尚未满足标准。因此，额外掺入3%生石灰协调固化，发现30%皂化渣+3%生石灰可对EMR进行强有效的无害化处理，此时Mn的浸出浓度为12μg/L，NH4+-N的浸出浓度为11.2mg/L，完全符合排放标准。在固化过程中加热同样可以提高NH4+-N的固化效果，温度对固化效果的影响研究认为最佳的固化温度应控制在40℃～50℃之间。　　（5）锰渣固化后对其工程特性进行试验研究，发现锰渣固化土具有较好的工程特性，CBR、回弹模量等性能指标均满足规范中的要求。从环境安全性的角度采用柱浸试验模拟EMR固化后作路基填土在自然环境下毒性浸出的情况，试验发现Mn的浸出浓度随着年份的增长呈上升趋势，而NH4+-N的浸出浓度呈下降趋势，20年内该两种毒性浸出的浓度始终远低于国家标准，因此可以保障不会对环境造成污染或其它不良影响。
作者：	陈菁林
专业：	交通运输工程
导师：	杨博
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022