电解锰渣协同城市生活垃圾焚烧飞灰制备陶粒试验研究

摘要

城市生活垃圾焚烧（MSWI）已成为全国各大城市处理生活垃圾广泛适用的技术，其焚烧过程中产生的MSWI飞灰由于富含重金属、有机毒物等污染物，对自然环境与人体存在危害性，而被定义为危险废物，必须经过处置以达到稳定无害化。电解锰渣是电解锰矿行业产生的固体废物，不仅占用了大量的土地，而且由于其存在一定量的重金属，具有潜在危险性，然而电解锰渣含有较高的SiO2、Al2O3和其他氧化物，使其具备资源化应用潜力。 本文以MSWI飞灰和电解锰渣为主料，粉煤灰为辅料，锯末为造孔剂，进行制备陶粒的试验研究。通过单因素试验确定初步陶粒原料配比和烧制工艺条件，再通过均匀设计法和正交设计法分别对陶粒配比和烧制工艺进行优化，最后对陶粒性能、重金属固化效果分析研究。主要结论如下: ⑴以MSWI飞灰和电解锰渣为主料，粉煤灰为辅料烧制陶粒。通过单因素试验，分析原料配比和烧制工艺条件对陶粒颗粒强度、堆积密度和1h吸水率的影响，确定初步原料配比∶MSWI飞灰∶电解锰渣∶粉煤灰∶12%∶50%∶38%以及烧制工艺条件∶预热温度600℃，预热时间20min，焙烧温度1140℃，焙烧时间14min，并通过均匀设计法与二次多项逐步回归模型分析优化陶粒配方，得到陶粒优化配比为:电解锰渣49.01%、MSWI飞灰14.46%、粉煤灰36.53%，其陶粒性能:颗粒强度为849N，堆积密度为796kg/m3，1h吸水率为5.78%。 ⑵将MSWI飞灰进行水洗预处理，并添加锯末为造孔剂混合电解锰渣和粉煤灰烧制陶粒。MSWI飞灰通过水洗预处理之后，Cl、SO3含量百分比明显下降，SiO2、Al2O3含量相对百分比增加。通过均匀设计法与二次多项逐步回归模型分析二次优化陶粒配方及最优配方验证试验，获得最优陶粒原料配比:电解锰渣∶粉煤灰∶水洗MSWI飞灰∶锯末∶39.46%∶33.45%∶18.81%∶8.28%，所烧制的陶粒性能∶颗粒强度为828N、堆积密度为697kg/m3、1h吸水率为10.54%；通过正交试验获得陶粒的最宜烧制工艺条件∶预热温度为600℃，焙烧温度为1140℃，焙烧时间17min。在最佳配比与最宜烧制工艺条件下制备的陶粒性能∶颗粒强度为816N、堆积密度693kg/m3、吸水率9.72%，均满足《轻集料及其试验方法》(GB/T17431.1-2010)所规定的普通轻集料700级技术质量要求。 ⑶通过陶粒表面和剖面的微观形貌可知，陶粒表面致密呈釉化，内部呈现多孔隙结构。通过重金属分析，经过焙烧后陶粒中的MSWI飞灰和电解锰渣中重金属Zn、Cu、Cr、Cd、Pb的形态由不稳定形态转化为稳定的残渣态，陶粒的重金属毒性浸出浓度均远低于危险废物鉴别标准（GB/T5083.3-2007）和填埋标准（GB16889-2008）所规定的浸出标准值。

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