高爐礦渣熔融固化垃圾焚燒飛灰有毒重金屬及其重構(gòu)水淬渣安全消納.pdf

1、垃圾焚燒飛灰因含有較高浸出濃度的重金屬和一定量殘余二噁英被視為危險廢物，必須經(jīng)有效固化處理后方可填埋或資源再利用。綜合考慮處置效果、處置成本以及長期穩(wěn)定安全性，傳統(tǒng)固化技術(shù)諸如水泥固化、化學(xué)藥劑穩(wěn)定化、高溫?zé)Y(jié)和熔融固化等尚不理想，處理后產(chǎn)品中的重金屬不但會對環(huán)境構(gòu)成潛在的危害，易發(fā)生二次污染，同時也造成資源的浪費。
　　本文主要針對垃圾焚燒飛灰殘余二噁英及有毒重金屬潛在威脅極大，活性偏低，難以在建材領(lǐng)域大摻量安全消納，現(xiàn)有固化技

2、術(shù)無法平衡處置效果和處置成本之間的矛盾等技術(shù)難點和關(guān)鍵科學(xué)問題，重點研究了借助熔融高爐礦渣高溫載體復(fù)合垃圾焚燒飛灰重構(gòu)水淬成渣，再大摻量復(fù)合水泥水化的垃圾焚燒飛灰有毒重金屬雙重固化技術(shù)。研究工作取得以下主要成果:
　　(1)進行了熔融礦渣高溫復(fù)合垃圾焚燒飛灰重構(gòu)及重金屬一重固化研究。重構(gòu)水淬渣呈現(xiàn)長程無序的玻璃態(tài)特征，XRD、SEM及FT-IR分析表明重構(gòu)水淬渣的化學(xué)組成及礦物組成與原狀礦渣相似。經(jīng)29SiNMR分析發(fā)現(xiàn)含超危垃圾

3、焚燒飛灰重構(gòu)水淬渣相比于原狀礦渣的Q1(-77.1ppm)和Q4(-118.0ppm)兩種聚合態(tài)峰值明顯寬化且減弱，且由Q0轉(zhuǎn)移至Q1說明其聚合度增加而活性降低。超危垃圾焚燒飛灰摻量低于30％時，重構(gòu)水淬渣重金屬浸出毒性滿足環(huán)境排放要求，實現(xiàn)了超危垃圾焚燒飛灰中重金屬的一重固化。一方面，是由于在高溫下重金屬揮發(fā)所致，易揮發(fā)重金屬如Pb、Zn，在加熱過程中大量揮發(fā)而進入煙氣中，以氯化物形式存在的Pb、Zn，在揮發(fā)的過程中趨向于形成雙金屬氯

4、化物，例如Na2ZnCl4·3H2O、K2ZnCl4和KPb2Cl5;另一方面，在熔融過程中，Zn、Cu、Pb和Cr取代硅酸鹽中Ca2+、Al3+而被固溶于網(wǎng)狀基體當中，試樣的重金屬浸出毒性明顯降低。當超危垃圾焚燒飛灰摻量超過50％時，重構(gòu)水淬渣重金屬浸出毒性明顯增加，甚至超過標準限值。
　　(2)進行了重構(gòu)水淬渣復(fù)合水泥常規(guī)性能及重金屬二重固化研究。首次提出利用高溫載體（熔融高爐礦渣）熔融重構(gòu)垃圾焚燒飛灰水淬成渣，再常溫狀態(tài)大摻

5、量復(fù)合水泥水化進行雙重固化有毒重金屬的新理念（Ⅰ-原材料，Ⅱ-復(fù)合高爐礦渣熔融一重固化，Ⅲ-復(fù)合水泥常溫二重固化）。其中Ⅲ過程中的重金屬固化主要分為兩個部分:一部分是Ⅱ過程中未實現(xiàn)有效固化部分游離重金屬，在復(fù)合水泥水化初期即隨重構(gòu)水淬渣參與反應(yīng)并固結(jié)于水泥復(fù)合體系水化產(chǎn)物中;另一部分是Ⅱ過程中已實現(xiàn)有效固化的重金屬，因為重構(gòu)水淬渣在參與水化反應(yīng)過程中產(chǎn)物和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，此部分原已有效固化的重金屬失去保護而微量釋放，而釋放的重金屬隨即又被

6、重構(gòu)水淬渣與水泥復(fù)合體系的水化產(chǎn)物及時固結(jié)包裹，重歸固化穩(wěn)定狀態(tài)。
　　(3)進行了嚴苛侵蝕環(huán)境下雙重固化體系的安全性分析。設(shè)置嚴苛侵蝕環(huán)境，根據(jù)該環(huán)境條件下重構(gòu)水淬渣復(fù)合水泥凈漿試件的外觀破壞及強度損失等宏觀性能變化及化學(xué)組分變化，將整個過程分為4個主要階段:潛伏期、膨脹開裂期、膨脹延續(xù)期、貫穿潰散期。經(jīng)過不同破壞循環(huán)各試件4種典型重金屬的浸出濃度均明顯低于國標限值。
　　經(jīng)復(fù)合水泥常規(guī)性能及嚴苛侵蝕環(huán)境下重金屬穩(wěn)定性研究