Page 212 - 《精细化工》2021年第8期

·1706· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

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斑、关节变形等症状的氟骨病 ，因此含氟污泥的 1 实验部分
妥善处置至关重要。
当前，常见的含氟污泥处置方法主要包括：与 1.1 试剂与仪器
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城市污泥共熔处置 、烧制陶瓷 [5-6] 、污泥固化 、 含氟污泥，外观呈乳白色（图 1a），参照国家
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制取吸附剂 、污泥制砖 、钢铁冶炼 等。在上述 标准 GB/T5195—2017《萤石氟化钙含量的测定》和
处置方法中，与城市污泥共熔处置、烧制陶瓷、污 GB/T4734—1996《陶瓷材料及制品化学分析方法》
泥制砖等在烧结熔融过程中需要耗费大量热能，处 测定了含氟污泥的物理性质和化学组分，结果见表
置成本高；制取吸附剂水热合成过程中工艺复杂， 1 和 2。由表 2 可知，污泥中氟化钙质量分数较高，
温度控制严格；用于钢铁冶炼的氟化钙质量分数必 占比 55.02%。其次，CaCO 3 、SiO 2 、Al 2 O 3 、Fe 2 O 3
须大于 65%，实际应用受到较大限制。何廷树等 [11] 质量分数分别为 16.52%、9.26%、4.47%、4.17%，
利用 XRF 和 XRD 重点研究了含氟污泥的理化性质， CaCO 3 含量高可能因为 Ca（OH） 2 与含氟废水中碳
尤其是氟离子形态，结果发现氟离子主要以氟化钙 酸盐反应所致。SEM 微观形貌清晰可见氟化钙立方
的形态存在，这与其他研究结果 [11-12] 一致。氟作为 体晶体结构（图 1b），XRD 图中 CaF 2 特征峰明显，杂
电负性最强的元素，极度活泼，具有极强氧化性， 质峰较少（图 2），与 SEM 结果一致，说明氟主要
–
只能以 F 价态存在，与钙盐产物只能是氟化钙。何 以难溶盐的形式（氟化钙）赋存于污泥中，这与其他
廷树等 [10] 将含氟污泥作为熟料掺料在水泥回转窑中 关于含氟污泥中氟的赋存形式研究结果基本一致 [10] 。
高温煅烧生产水泥，结果表明，掺杂 2%质量分数的 进一步分析可知，硅酸盐和铝酸盐主要以非晶相存在。
含氟污泥可提高水泥的抗压强度。总体来看，将含
氟污泥作为熟料生产水泥的处置手段污泥掺量小，
且在水泥回转窑生产水泥过程中需要较高的煅烧温
度，能量耗费大，生产要求较高。
在所有含氟污泥处置方法中，固化是利用常温
下水泥水化产物对含氟污泥废弃物物理包裹或者化
学吸附 [13] ，可有效固定含氟污泥中的氟离子，将含

氟污泥与水泥直接混合，无需高温等反应条件、固
图 1 含氟污泥外观（a）与 SEM 图（b）
化物具有一定的强度可直接进行工程应用、处置效 Fig. 1 Appearance (a) and SEM (b) image of fluorine-
率高、操作简单、成本低，可以较大规模的处置含 containing sludge

氟污泥，具有广阔的应用前景。目前，国内外有关
含氟污泥固化处置的研究较少，固化对水泥力学性
能的影响不明确，对氟离子的固化效果有待考察。
因此，针对上述当前相关水泥固化含氟污泥技术研
究中的不足，本文开展了复合硅酸盐水泥固化处理
含氟污泥的进一步研究。
本研究参照国家标准 GB/T17671—2020《水泥
胶砂强度检验方法》制取了不同含氟污泥掺量的水
泥标准试块，考察了掺量对试块抗压强度、氟离子
浸出量、物相转变和晶体形态的影响。首先，从抗压
图 2 含氟污泥的 XRD 谱图
强度方面分析含氟污泥的加入对水泥力学性能的影
Fig. 2 XRD pattern of fluorine-containing sludge
响；其次，考察了试块在外部环境变化影响下的氟离
表 1 含氟污泥的物理性质
子释放情况，探究了其环境安全性；最后，采用 XRD、
Table 1 Physical properties of fluorine-containing sludge
SEM、压汞法（MIP）从微观层面研究了水泥固化含
比表面积/ 表观密度/ 密度/
氟污泥过程中物相、晶体形态变化以及孔径分布。该 含水率/% （m /g） （g/cm ） （g/cm ）
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2
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文结果可为含氟污泥资源化处置提供有益借鉴。 52.4 33 2.6 1.5

表 2 含氟污泥的化学成分
Table 2 Chemical composition of fluorine-containing sludge
项目 灼烧减量 Al 2O 3 SiO 2 Fe 2O 3 CaF 2 MgO K 2O Na 2O TiO 2 CaCO 3 S P
质量分数/% 3.57 4.47 9.26 4.17 55.02 1.39 0.056 0.69 0.04 16.52 3.52 <0.01
注：灼烧减量指试料在 800~810 ℃下灼烧至恒量，损失的质量占原试料质量百分比，下同。