垃圾焚燒飛灰-水泥熟料中重金屬固化行為及機理研究.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，已成為垃圾無害化和減容化處理技術的重要發(fā)展方向。城市生活垃圾焚燒后所產生的焚燒飛灰富含重金屬等有害物質，需對其進行無害化處置。垃圾焚燒飛灰中含有大量的硅鋁質，可實現(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，需對其進行預處理。
　　 針對以上問題，論文研究了不同預處理手段對垃圾焚燒飛灰中氯含量和堿

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

3、min及10:1，增加處理時間和液固比對預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對水泥熟料的燒成及后續(xù)水化過程造成一定影響。為較好的研究各重金屬對水泥熟料燒成及水化的影響，論文借助對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等先進測試手段探究重金屬對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水泥熟料燒成及水化性能的影響提供一定

4、理論基礎。
　　 圍繞上述問題，論文將對單礦的研究主要分為兩部分，一部分研究常溫狀態(tài)下，重金屬離子對純相單礦水化性能及其在單礦水化過程中的固化特性；另一方面則研究高溫狀態(tài)下，重金屬摻雜對單礦礦物形成及后續(xù)水化過程的影響，并探討其在高溫燒成過程中及水化過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的摻入可以促進純相C3S的水化，當摻入量增加至3％時，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離子的摻入會抑制純相C3S的早期水化，當水化7d后，Pb離子表現(xiàn)出對純相C3S水化的促進，而Zn離子仍然表現(xiàn)出對純相C3S水化的抑制作用。純相C3S水化28d后對Cr、Cu、Zn、Ni四種重金屬離子有較好的固化效果，而對Pb離子的固化效果較差。
　　 常溫狀態(tài)下，重金屬離子Cu和Ni可促進純相C3A-二水石膏體系的水化，Pb和Zn離子則會對純相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的燒成過程中，重金屬元素Pb基本上全部逸出進入空氣中，說明在利用含Pb廢棄物制備水泥熟料時需要嚴格控制廢棄物中的Pb含量。各重金屬摻雜對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轉變?yōu)門2型，此外，Cr摻雜還會導致

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型部分轉變?yōu)镸1型；而Zn摻雜可促使C3S由T1型轉變?yōu)镸1型，并逐步轉變?yōu)镽型。而對于C3A，重金屬摻雜對C3A晶型無明顯影響。
　　 重金屬摻雜單礦C3S和C3A水化過程中，不同重金屬摻雜對上述兩種單礦表現(xiàn)出不同的作用。水化28d后，固化體對Cu、Zn、Ni均表現(xiàn)出較好的固化效果，而對于Cr摻雜的兩種單礦，水化28d后Cr的浸出值超過了GB5