垃圾焚燒飛灰-水泥熟料中重金屬固化行為及機(jī)理研究.pdf

1、焚燒法能有效處置城市生活垃圾，且具有處理速度快、減容減重率高、可回收二次能源等優(yōu)點(diǎn)，已成為垃圾無(wú)害化和減容化處理技術(shù)的重要發(fā)展方向。城市生活垃圾焚燒后所產(chǎn)生的焚燒飛灰富含重金屬等有害物質(zhì)，需對(duì)其進(jìn)行無(wú)害化處置。垃圾焚燒飛灰中含有大量的硅鋁質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)其在水泥工業(yè)中的資源化利用。然而，飛灰中一般含有較高含量的氯、堿金屬等不利水泥窯爐的有害成分，需對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。
　　 針對(duì)以上問(wèn)題，論文研究了不同預(yù)處理手段對(duì)垃圾焚燒飛灰中氯含量和堿

2、金屬含量的影響。首先研究了不同預(yù)處理劑對(duì)飛灰性質(zhì)的影響，研究表明采用純水、硫酸、磷酸進(jìn)行預(yù)處理后可有效減少飛灰中氯含量以及堿金屬含量，鹽酸預(yù)處理后對(duì)氯的去除率較差。硫酸預(yù)處理后飛灰中硫含量大幅增加，磷酸預(yù)處理后飛灰中磷含量也大幅增加，二者都對(duì)飛灰的主要化學(xué)成分影響較大。綜合考慮，采用純水對(duì)飛灰進(jìn)行預(yù)處理效果性能較好。此外，研究了不同預(yù)處理時(shí)間、不同液固比對(duì)飛灰性質(zhì)的影響，研究表明利用純水進(jìn)行飛灰預(yù)處理時(shí)，最佳的處理時(shí)間及液固比分別為10

3、min及10:1，增加處理時(shí)間和液固比對(duì)預(yù)處理效果的提高不明顯。
　　 此外，飛灰中所含有較高含量的重金屬會(huì)對(duì)水泥熟料的燒成及后續(xù)水化過(guò)程造成一定影響。為較好的研究各重金屬對(duì)水泥熟料燒成及水化的影響，論文借助對(duì)水泥熟料中主要礦物C3S和C3A兩種單礦的研究，利用XRD、水化熱、EPMA、ICP-AES等先進(jìn)測(cè)試手段探究重金屬對(duì)以上水泥單礦礦物形成、水化性能以及固化性能的影響，以期為揭示重金屬對(duì)水泥熟料燒成及水化性能的影響提供一定

4、理論基礎(chǔ)。
　　 圍繞上述問(wèn)題，論文將對(duì)單礦的研究主要分為兩部分，一部分研究常溫狀態(tài)下，重金屬離子對(duì)純相單礦水化性能及其在單礦水化過(guò)程中的固化特性；另一方面則研究高溫狀態(tài)下，重金屬摻雜對(duì)單礦礦物形成及后續(xù)水化過(guò)程的影響，并探討其在高溫?zé)蛇^(guò)程中及水化過(guò)程中的不同固化特性。
　　 研究表明，常溫狀態(tài)下，重金屬離子Cr和Cu的摻入可以促進(jìn)純相C3S的水化，當(dāng)摻入量增加至3％時(shí)，純相C3S的水化受到一定的抑制，并分別生成Ca2

5、Cr(OH)7·3H2O和2Ca(OH)2·4Cu(OH)2·H2O。Pb和Zn離子的摻入會(huì)抑制純相C3S的早期水化，當(dāng)水化7d后，Pb離子表現(xiàn)出對(duì)純相C3S水化的促進(jìn)，而Zn離子仍然表現(xiàn)出對(duì)純相C3S水化的抑制作用。純相C3S水化28d后對(duì)Cr、Cu、Zn、Ni四種重金屬離子有較好的固化效果，而對(duì)Pb離子的固化效果較差。
　　 常溫狀態(tài)下，重金屬離子Cu和Ni可促進(jìn)純相C3A-二水石膏體系的水化，Pb和Zn離子則會(huì)對(duì)純相C3A

6、-二水石膏體系的水化表現(xiàn)出一定的抑制作用。水化28d后，純相C3A-二水石膏體系對(duì)Cr、Cu、Zn、Ni、Pb五種重金屬離子均具有較好的固化效果。
　　 在單礦C3S和C3A的燒成過(guò)程中，重金屬元素Pb基本上全部逸出進(jìn)入空氣中，說(shuō)明在利用含Pb廢棄物制備水泥熟料時(shí)需要嚴(yán)格控制廢棄物中的Pb含量。各重金屬摻雜對(duì)C3S晶型有較大影響，各重金屬摻雜量低于3％的情況下，Cr及Ni摻雜可促使C3S由T1轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)2型，此外，Cr摻雜還會(huì)導(dǎo)致

7、C3S分解成為C2S和CaO，從而增加樣品中的f-CaO：Cu摻雜可促使C3S由T1型部分轉(zhuǎn)變?yōu)镸1型；而Zn摻雜可促使C3S由T1型轉(zhuǎn)變?yōu)镸1型，并逐步轉(zhuǎn)變?yōu)镽型。而對(duì)于C3A，重金屬摻雜對(duì)C3A晶型無(wú)明顯影響。
　　 重金屬摻雜單礦C3S和C3A水化過(guò)程中，不同重金屬摻雜對(duì)上述兩種單礦表現(xiàn)出不同的作用。水化28d后，固化體對(duì)Cu、Zn、Ni均表現(xiàn)出較好的固化效果，而對(duì)于Cr摻雜的兩種單礦，水化28d后Cr的浸出值超過(guò)了GB5