铬渣是生产金属铬和铬盐所产生的工业废渣,因其含有可溶性六价铬而被列为具有强烈毒性的危险废弃物,在填埋处置或资源化利用之前需要进行无害化处理。论文以重庆某化工厂无钙焙烧工艺产生的铬渣为研究对象,在铬渣基本特性分析的基础上,分别考察了3种不同复合地质聚合物和普通硅酸盐水泥对铬渣的固化/稳定化效果,并采取强化技术更有效地降低铬渣的环境危害性,通过系列分析手段对固化体的结构、形貌和性能进行表征,探讨了铬渣的固化/稳定化机理。实验所用铬渣多为大小不一的黑色颗粒,粒径主要集中分布在20~70μm。铬渣中多为晶态矿物相,主要包括铬铁矿、铬铁酸镁尖晶石和铝铁酸镁尖晶石,这些结晶相为铬盐生产过程中的残留物。铬渣是具有浸出毒性特征的危险废物,采用硫酸硝酸法和TCLP法测出铬渣中六价铬和总铬的浸出浓度均远远超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》标准和TCLP毒性特性溶出程序溶出标准。矿渣-偏高岭土、粉煤灰-偏高岭土和矿渣-粉煤灰-偏高岭土3种不同体系的复合地质聚合物中,由于粉煤灰的“火山灰效应”和“微集料效应”带来的超叠加作用,矿渣-粉煤灰-偏高岭土体系具有最高的抗压强度,其结构密实性最好。通过3种复合地质聚合物和普通硅酸盐水泥分别对铬渣进行固化/稳定化研究,铬渣掺量为10%~60%的所有铬渣固化体抗压强度均超过了10 MPa,满足安全填埋或用作建筑材料的强度要求。颗粒浸出毒性测试和表面浸出毒性测试结果表明,相同掺量下,矿渣-粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物对铬渣的固化效果最佳。复合地质聚合物主要通过化学结合、物理吸附和物理固封的共同作用实现对铬渣的固化/稳定化,其中矿渣提供的还原性环境对有效控制铬渣中的六价铬起重要作用;普通硅酸盐水泥对铬渣的固化能力有限,主要以物理吸附和物理固封为主,其较差的抗酸性能很难抑制重金属铬的浸出。利用纳米零价铁对铬渣进行预还原处理,再用矿渣-粉煤灰-偏高岭土基地质聚合物对其进行固化。纳米零价铁还原处理铬渣过程中,当纳米零价铁与铬渣质量比为0.8%时可完成浆液中六价铬的完全还原。少量的钙矾石的形成使经纳米零价铁处理后制备的还原铬渣固化体比未经处理直接用于固化/稳定化得到的铬渣固化体具有更好的力学性能。经纳米零价铁还原处理后更多的三价铬键合在复合地质聚合物的网络结构中,因此经纳米零价铁处理后制备的还原铬渣固化体表现出更好的稳定性能,可长期作为建筑材料使用。超声波耦合纳米零价铁技术能有效增强铬渣中六价铬的还原速率和去除效率,其中超声空化作用可促进铬渣中可交换态和碳酸盐结合态六价铬的浸出。超声波的引入还可强化矿物材料在碱性溶液中活性组分的溶出,生成更多的凝胶产物,从而提高复合地质聚合物的力学性能。经超声波联合纳米零价铁处理下制备的超声-还原铬渣固化体由于钙矾石的形成以及超声波的强化效应,两者的共同作用使其力学性能更佳,抗浸出性能更好,长期稳定性更可靠,更大铬渣掺量的固化体能够在更多行业领域得到综合利用。