重金属离子对磷酸镁水泥水化的影响及其赋存状态研究

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1、西南科技大学研究生学位论文重金属离子对磷酸镁水泥水化的影响及其赋存状态研究年级2012姓名石军兵申请学位级别硕士专业材料科学与工程指导教师赖振宇教授ClassifiedIndex:TU541U.D.C:691SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisEffectsofHeavyMetalstoHydrationProcessofMagnesiumPhosphateCementandTheirExistenceStatusinSolidi

2、fyFormsGrade:2012Candidate:ShiJunbingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialScienceSupervisor:Prof.LaiZhenyuApr.1,2015本论文得到国家“973”计划前期研究专项（2012CB722707）资助特此鸣谢西南科技大学材料科学与工程学院2015年4月1日独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别

3、加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：曰期：时关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，BP:学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）西南科技大学硕士研究生学位论文

4、第I页摘要随着我国经济的迅速发展，矿业、电镀、冶金等行业的规模和产量有大幅增长，但与此同时，这些行业产生了大量含有重金属的污染物，对土壤、水等环境造成了巨大的污染。作为一种新型胶凝材料，磷酸镁水泥在重金属污染物的固化处理方面有巨大的发展潜力。其中，重金属离子对磷酸镁水泥水化硬化特性的影响直接关乎磷酸镁水泥的固化效果，对这一问题进行系统研究可以为磷酸镁水泥在重金属污染物处理方面的应用提供理论依据。因此，本文以磷酸镁胶凝材料为研究对象，分别掺入Pb、Zn、Cu、Gr、Cd五种重金属离子，通过pH值、XRD、SEM、

5、EDS、ICP等分析测试手段，系统研究了重金属离子对磷酸镁水泥水化过程的影响，并对水化产物的种类、形貌及重金属离子的赋存状态和稳定性进行了研究。重金属离子对磷酸镁水泥凝结时间的影响各不相同：铅、镉离子掺量的增加对磷酸镁水泥的凝结时间影响较小；锌离子随掺量的增加能够显著延长磷酸镁水泥的凝结时间；铜离子在掺量较小时对水泥凝结时间影响不大但掺量较高时能够明显延长凝结时间；铬离子对凝结时间的影响随掺量的增加表现出先促凝后缓凝的特点。通过对抗压强度的研究可以发现：当镁磷比（M/P）较小时磷酸镁水泥中重金属离子的存在不会降

6、低基体的抗压强度。其中，锌离子对基体抗压强度无明显影响；铅、镉离子能够小幅提高基体抗压强度；铜、铬离子提高基体抗压强度的效果最为明显；对M/P较大的磷酸镁水泥，五种重金属离子的掺入均在不同程度上降低了基体的抗压强度。在磷酸镁水泥水化反应进程中，重金属离子能够影响体系pH的变化趋势或变化速率。其中，铅、镉离子对体系pH的变化趋势和变化速率影响较小；锌、铜离子对体系pH的变化趋势影响较小但对pH变化速率影响较大；铬离子能够改变体系pH的变化趋势。重金属离子对磷酸镁水泥水化反应pH的影响随着重金属离子含量的提高而加强

7、，随着基体M/P的降低而减弱。在硬化的磷酸镁水泥基体中，五种重金属离子的赋存状态各不相同：实验条件下，铅离子和铬离子能够发现较为明显的结晶态物质；西南科技大学硕士研究生学位论文第II页锌、铜、镉离子在硬化的磷酸镁水泥基体中无明显的结晶态物质存在。重金属离子的存在能够改变水化产物的微观形貌和微区成分，这一影响随重金属离子掺量的增加而加强随基体M/P的减小而减弱。磷酸镁水泥对重金属离子有优异的稳定固化效果，浸出浓度均远小于国家标准。水化1d样品的铅离子最高浸出浓度为0.418mg/L;锌离子最高浸出浓度为34ug/

8、L；铜离子最高浸出浓度为1.3mg/L;铬离子浸出浓度最高为0.255mg/L;镉离子的最高浸出浓度为0.427mg/L。此外，磷酸镁水泥对重金属离子的固化效果随基体M/P的减小而增强。综合来看，磷酸镁水泥对重金属离子的固化除物理包覆外还包括化学结合作用：在磷酸镁水泥水化反应过程中，重金属离子能够和磷酸根及其他阴离子反应生成重金属的磷酸盐相并以此状态存在于硬化的磷酸镁水泥基体内部，这一