钢渣堆积过程中重金属浸出物研究

孔志云，黄纬斌，杜亚杰，王 迪，狄 然

（1. 省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室（天津工业大学），天津 300387 ；2. 天津工业大学环境与化学工程学院，天津 300387）

钢渣是伴随炼钢过程产生的一种工业废弃物，占到粗钢产量的10%-15%，目前我国钢渣综合利用率不超过30%，其中内蒙古仅包钢年产生钢渣超过600 万吨以上、堆积钢渣超过3000 万吨[1]。大量的钢渣堆积不仅占用了大面积的土地，而且由于雨水的冲刷等环境因素使得钢渣中含有的重金属随水进入地表，造成周围环境的重金属污染[2]。因此，研究钢渣中重金属元素的浸出行为，对于防止二次污染具有重要意义。

目前，固体废物重金属浸出测试方法有硫酸硝酸法、乙酸缓冲溶液法、水平振荡法等。钢渣的种类及浸出测定方法对钢渣中重金属的评价影响较大，有研究表明[3]唐钢和东钢钢渣样品中金属元素浸出量均满足固体危险废物鉴别标准要求，可作为路基路面材料应用于道路工程建设。但马驰等[4]研究表明电炉精炼渣样品Ba 元素超出国家污水重金属排放标准，Ni、V 元素超出生活饮用水卫生标准，在综合利用时需加以重视。本文针对包钢堆积的钢渣进行评价，选取去离子水、硫酸硝酸溶液、pH4.7和pH5.6 的模拟内蒙古地区酸雨溶液作为浸出剂，对钢渣在堆积过程中可能出现的重金属渗出进行分析，为钢渣在道路、建材等方面的应用提供安全性依据。

1 材料与方法

1.1 样品与试剂

样品来源：包钢堆放粉碎后的不同粒度的钢渣，粒径分别为1 号：0~10 目，2 号：5~10 目，3 号：15~20 目，4 号：10~30 目。

试剂：硫酸、硝酸、氢氧化钠均为优级纯，购自天津市光复精细化工研究所；铅、镉、铬、汞、砷、锌、钴、镍、铜标液均购自中国标准物质中心。

1.2 实验方法

1.2.1 溶液配制

硫酸硝酸溶液：将质量比为2:1 的浓硫酸和浓硝酸混合液加入到试剂水中，调节pH 为3.2。

模拟酸雨溶液：依据内蒙古地区的酸雨构成，采用浓H2SO4和浓HNO3配制体积比为8 ：1 的模拟酸雨。用NaOH 溶液调pH值至重酸雨pH4.7 和轻酸雨区pH5.6。

1.2.2 钢渣中重金属元素的浸出

采用国家标准HJ/T 229-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，将样品在干燥箱以1 0 5℃的温度下烘干2 4 h，取100 g钢渣于2L聚乙烯瓶中，加入1L溶液，盖紧瓶盖固定在振荡机上，室温下振荡18 h，过滤，收集全部滤液即浸出液，供分析用。

1.2.3 酸雨溶液中钢渣重金属元素的含量测定

选取重金属离子锰、锂、镉、镍、铜、铬、砷等测定重金属离子浓度，用电感耦合等离子质谱（ICP-MS，美国Thermo 公司）进行金属离子测定。

2 结果与讨论

2.1 在水中的浸出

采用二次水作为钢渣浸出溶剂进行测定，四种粒度的钢渣测定结果见表1。

表1 水中钢渣浸出金属离子含量（mg/L）

由表中数据可以看出，虽然钢渣中含一定量重金属元素，且随着钢渣粒度的增大浸出液中重金属含量减小，但四种粒度的钢渣检测到的重金属含量均很低，说明钢渣中重金属元素短期较难浸出。

2.2 在酸中的浸出行为

采用硫酸硝酸溶液作为钢渣浸出溶剂进行测定，四种粒度的钢渣测定结果见表2。

表2 酸中钢渣浸出金属离子含量（mg/L）

由表中数据可以看出，虽然钢渣中含一定量重金属元素，且随着钢渣粒度的增大浸出液中重金属含量减小， 但四种粒度的钢渣检测到的重金属含量均很低， 但是比在水中的浸出浓度高，原因是在酸性溶液中，金属离子更容易发生溶解。

2.3 在pH=4.7 酸雨中的浸出行为

采用pH=4.7 酸雨溶液作为钢渣浸出溶剂进行测定，四种粒度的钢渣测定结果见表3。

表3 pH=4.7 酸雨中钢渣浸出金属离子含量（mg/L）

由表中数据可以看出，随着钢渣粒度的增大浸出液中重金属含量减小，四种粒度的钢渣检测到的重金属含量均很低，尤其是锌和汞离子未检出，这是由于随着pH 的增高，金属离子在溶液中的溶解度变小，因此浸出物浓度较酸性溶液高。

2.4 在pH=5.6 酸雨中的浸出行为

采用pH=5.6 酸雨溶液作为钢渣浸出溶剂进行测定，四种粒度的钢渣测定结果见表4。

表4 pH=5.6 酸雨中钢渣浸出金属离子含量（mg/L）

由表中数据可以看出，四种粒度的钢渣检测到的重金属含量均很低，且随着钢渣粒度的增大浸出液中重金属含量减小，尤其是锌、镍和汞离子未检出，这是由于酸雨溶液是由硫酸钠和硝酸钠组成，在一定的离子浓度，金属离子容易发生沉淀反应，因而浸出物浓度较水中偏低。

2.5 重金属浸出对环境影响的分析

将钢渣浸出液中最高值与我国《危险废物鉴别标准- 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）进行比较，如表5 所示。由表可看出，四种粒径的钢渣样品金属元素浸出量均满足固体危险废物鉴别标准要求。

表5 重金属鉴别毒性标准值（mg/L）

3 结论

本文通过采用不同的浸出液对钢渣中重金属离子浸出进行了研究，结果表明包钢钢渣公司堆积的钢渣，在硫酸硝酸浸出液中各离子含量均最高；各金属浸出量低于堆存标准限值，堆存风险较小，可以粉碎处理后进行后续的资源化利用。