“工业三废”中含有的重金属若不经过妥善处理就排放,会对环境产生污染,影响工农业生产和人们的健康。水泥固化具有成本低、实用性强、使用广泛等特点。钙矾石是普通硅酸盐水泥的主要水化产物之一,对重金属的固化起着重要的作用,因此,研究钙矾石对重金属的固化及固化体的稳定具有重大的意义。本文采用溶液法和单矿C3A水化法制备钙矾石,在钙矾石形成过程中掺入可溶性重金属盐,分析钙矾石对重金属Zn²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺的固化率和固化机理。为了防止重金属的二次污染,本文研究了在高温、加速碳化、冻融循环、硫酸盐和氯盐侵蚀等外界环境下,钙矾石-重金属固化体的稳定性。分别利用动力学模型和热力学模型分析了钙矾石对重金属的吸附动力学和热力学特性。两种方法合成的钙矾石对重金属Zn²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺具有很高的固化率;随着养护龄期的延长,固化率增大;随着重金属离子掺量的增加,固化率降低,但无二次污染。钙矾石对Mn²⁺的固化稳定能力不受掺入形式的影响。结果表明重金属Zn²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺均能进入钙矾石晶格,对钙矾石的晶体结构、微观形貌和分子结构产生影响,且这种影响随着Zn²⁺、Pb²⁺、Mn²⁺掺量的增加愈明显。当MnCl2的掺量为2%时,不利于钙矾石晶体形貌的发展。此外,重金属离子共存时,不利于钙矾石的形成。固化体在高温、加速碳化、冻融循环、硫酸盐和氯盐侵蚀作用下,重金属离子有所浸出,固化率仍较高。伪一级/伪二级动力学模型都能很好地解释钙矾石对Zn²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺的吸附动力学特性。据D-R模型计算的吸附能|E|均在8¹6kJ/mol之间,说明钙矾石对Zn²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺的吸附主要是离子交换的过程。