用FGD激活废弃粗粉煤灰固化/稳定重金属废物的研究

摘要

固化/稳定技术通常被用作有害废弃物掩埋前的最后处理工序,该技术主要是通过在害废弃物中添加一种或多种固化/稳定材料而使混合物能够转变为具有一定强度的密实的固结体,从而可以降低有害废弃物的渗漏.水泥基粉煤灰固化/稳定材料是一种广泛用于阻碍有害物质渗透的胶结料.粉煤灰是火力发电厂燃煤过程烟气处理所得的副产品,经分级设备筛选所得的细灰(<45μm)已经被广泛地用做建筑材料和固化/稳定材料,但是分级筛选所得的另一部分比例也很大的粗灰却由于含碳量高、颗粒粒径大等原因而被弃置不用.烟气脱硫污泥(Flue Gas Desulphurization(FGD)sludge)是火力发电厂在控制烟气SO<,2>排放量过程中所得的副产品,其主要成分为石膏.但是这些产量庞大的污泥,至今还没有被有效利用.鉴于固化/稳定系统对材料强度要求相对较低,而石膏类材料又可用作促进粉煤灰反应的激发剂,该研究首次尝试利用FGD做激发剂来激发废弃粗粉煤灰的反应活性,从而使其可用于有害废弃物的固化/稳定.该研究包括两大部分,一部分主要研究如何激发废弃粗粉煤灰的火山灰活性,另一部分则研究利用废弃粗粉煤灰和FGD来固化/稳定重金属废物的可行性.通过对废弃粗粉煤灰火山灰特性的研究发现,与细粉煤灰相比,废弃粗粉煤灰在养护早期具有较低的反应特性.只添加Ca(OH)<,2>也无法有效激发其活性,但是再添加Na<,2>SO<,4>后却可以有效地提高28天和90天养护龄期的强度发展,添加K<,2>SO<,4>则只对28天养护龄期的强度发展有帮助,添加FGD则只在90天养护龄期后才可以发挥效用,而添加CaCl<,2>的作用则相对较弱;蒸汽养护预处理虽然可以有限地促进28天养护龄期的强度发展,但却降低了90天养护龄期的强度;粉磨作用可以有效促进90天养护龄期的强度发展,如果再同时添加化学激发剂则可以显著提高28天和90天养护龄期的强度.通过对废弃粗粉煤灰-水泥系统和废弃粗粉煤灰-水泥-FGD系统的固化/稳定效果的研究发现这两个固化/稳定系统不仅强度指标满足了固化/稳定的要求,而且TCLP和DLT的试验结果也表明二者可以被安全地用作固化/稳定材料;径向渗透试验发现样品中的重金属在酸溶液浸润下不仅会从样品中心向固液界面迁移,而且还会在距离固液界面不远的区域富集起来,富集程度与重金属的种类和样品中的Ca(OH)<,2>含量有关.此外,研究还发现重金属锌可以彻底阻碍C3S的水化,也会显著地减缓C3A的水化,重金属铅和铜也可以显著减缓C3A的水化,却对C3S的水化基本没有影响,重金属铅、铜、锌对硫铝酸盐的反应基本没有影响.

目录

文摘

英文文摘

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引言

一、研究背景及现状

1.有害废物的危害性

2.有害废物的治理

3.固化与稳定技术

4.固化与稳定方法的选取

5.固化与稳定技术的研究现状

二、研究目的和意义

三、技术路线

第一章测试方法

1.1抗压强度

1.2粉煤灰水化程度测试

1.3毒性渗透试验(TCLP)

1.4改进型毒性渗透试验(Progressive TCLP)

1.5动态渗透试验(DLT)

1.6含重金属固体材料的消化方法

1.7孔隙率测试(MIP)

1.8 DSC-TG测试

1.9 X射线衍射

1.10扫描电镜测试

1.11重金属含量测定

第二章试验材料和样品制备

材料

1.固化/稳定材料

2.C3S和C3A单矿

3.重金属污泥

样品制备

1.圆柱形样品

2.圆片形样品

3.粉末样品

第三章废弃粗粉煤灰的火山灰性研究

3.1试验结果及讨论

3.1.1强度发展

3.1.2粉煤灰的水化程度

3.1.3扫描电镜(SEM)观测

3.2讨论

3.3结论

第四章FGD对废弃粗粉煤灰的激发

4.1试验结果

4.1.1抗压强度

4.1.2水化程度

4.1.3 X射线衍射

4.1.4孔隙率

4.2讨论

4.2.1 7天养护龄期

4.2.2 28天养护龄期

4.2.3 90天养护龄期

4.3结论

第五章化学激发剂对废弃粗粉煤灰的激发

5.1试验结果

5.1.1抗压强度

5.1.2水化程度

5.1.3 X射线衍射

5.1.4孔隙率测定

5.2讨论

5.3结论

第六章不同方法激活废弃粗粉煤灰的比较

6.1试验结果

6.1.1抗压强度

6.1.2差示扫描量热法

6.1.3 X射线衍射

6.1.4孔隙率

6.2讨论

6.3结论

第七章废弃粗粉煤灰-水泥系统作为固化/稳定材料的可行性研究

7.1试验结果

7.1.1抗压强度

7.1.2水化程度

7.1.3 TCLP

7.1.4 DLT

7.1.5孔隙率

7.2讨论

7.3结论

第八章FGD对固化/稳定效果的影响

8.1试验结果

8.1.1抗压强度

8.1.2水化程度

8.1.3 TCLP和改进型TCLP

8.1.4 DLT

8.1.5孔隙率

8.2讨论

8.3结论

第九章固化/稳定机理探讨

9.1 DLT

9.2样品边缘的重金属分布

9.3重金属在样品中的迁移

9.4讨论

9.5渗透图示模型

9.6渗透数学模型

9.7结论

第十章重金属对胶凝反应的影响

10.1试验结果

10.1.1差示扫描量热分析

10.1.2 X射线衍射

10.1.3扫描电镜

10.2讨论

10.3结论

结论

参考文献

致谢

在学期间公开发表的学术论文