碱激发材料双重固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

摘要

垃圾焚烧飞灰是城市生活垃圾经焚烧处理后，在烟气净化装置中收集得到的粉体状残留物，其中含有多种较高浸出浓度的重金属以及高毒性的二噁英等，属于危险固体废物。当前飞灰的排放量日益庞大，环保标准要求在对其处理以及资源化利用时必须保证对环境无害。若借助高炉矿渣具有的高温熔融态，在排渣过程中加入飞灰，通过高温作用下矿渣与飞灰的物相反应，使矿渣在高温熔融状态下结合飞灰并固化其中的重金属，固化飞灰后的熔融态矿渣（本文称为固熔体）再经水淬后仍然能够形成具有一定活性的水淬固熔体，固熔体要保持其固化重金属的稳定性，必须保持固熔体的碱性环境，同时为保证大量消纳飞灰，可将固熔体用于碱激发材料的制备。这样既减少了单纯加热熔融固化处置飞灰的能耗和费用并且可以比较彻底的去除飞灰中的二噁英。探索实现成本低廉、工艺简单、技术可行、固化重金属效果安全可靠的垃圾焚烧飞灰处置技术。
　　为模拟矿渣在熔融状态下对飞灰的固熔，拟在不同煅烧温度和飞灰掺量下对矿渣和飞灰进行压制成型后煅烧，考查在不同温度和飞灰掺量下的固熔体中重金属浸出规律和固熔体的胶凝性以及用于矿物掺合料时的安全性；分析固熔体用于制备的碱激发材料的基本特性，固化重金属的效果及重金属对碱激发材料的作用机理。
　　试验结果表明，在高温作用下飞灰和矿渣发生了一系列反应形成固熔体，在固熔体形成过程中，重金属会参与反应，固熔体以化学键合的方式固化飞灰中的部分重金属，温度对重金属浸出效果的影响较大；在煅烧温度为1200℃及飞灰掺量为40％时，固熔体胶凝活性最高，此时硬化水泥浆体对固熔体中的重金属固化也较好，同时掺固熔体的水泥浆体的标准稠度需水量以及凝结时间和安定性都在合格的范围内，将固熔体作为一种矿物掺合料具有可行性；固熔体用于制备的碱激发材料具有良好的力学性能，当固熔体中飞灰掺量为40%及NaOH掺量为4%时，试块3d强度达38.4MPa和良好的后期发展规律，并且固熔体的掺入能降低试块的收缩率，重金属Cu不仅延缓而且在一定程度上阻碍了物料的早期水化，垃圾焚烧飞灰中高浸出浓度的重金属经过高温挥发及矿渣和碱激发材料的双重固化作用，其浸出量已微乎其微，不会对环境造成危害；掺固熔体碱激发材料其抗酸性较差，120d强度损失达62%，质量损失达20%，但有较强的抗碱、氯盐及硫酸盐能力，而在自然环境中，试块强度有所降低但依然保持了很高的强度，重金属浸出量增加但对生态没有影响，可见固熔体用于制备碱激发材料具有良好的耐久性且固化重金属具有长期稳定性。

目录

声明

致谢

1 引言

1.1 城市垃圾的发展趋势

1.2 垃圾焚烧飞灰的产生

1.3 垃圾焚烧飞灰的特性

1.4 垃圾焚烧飞灰的处理技术现状

1.5 课题的来源

2 试验设计及测试方法

2.1 研究内容及方案

2.2 分析项目及测试方法

3 试验用原材料的性质分析

3.1 原材料的基本物理化学性质

3.2 原材料的微观性质

4 固熔体第一次固化飞灰中重金属的研究

4.1 固熔体中重金属的固化及浸出研究

4.2 固熔体胶凝性研究

4.3固熔体用于水泥掺合料安全性分析

4.4 小结

5 碱激发材料二次固化飞灰中重金属的研究

5.1 碱掺量对碱激发材料强度的影响

5.2 固熔体中飞灰掺量对碱激发材料的影响

5.3 碱激发材料的性能分析

5.4 碱激发材料对重金属的固化效果及机理分析

5.5 重金属对碱激发材料水化过程的影响

5.6 小结

6 碱激发材料的耐久性及固化重金属的稳定性研究

6.1 碱激发材料的抗化学侵蚀性能

6.2 自然环境下碱激发材料的性质

6.3 小结

7 结论与展望

结论

创新点

展望

参考文献

作者简历

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