垃圾焚烧飞灰水泥熟料中重金属固化行为及机理的研究

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1、武汉理工大学硕：{二学位论文摘要焚烧法能有效处置城市生活垃圾，且具有处理速度快、减容减重率高、可回收二次能源等优点，已成为垃圾无害化和减容化处理技术的重要发展方向。城市生活垃圾焚烧后所产生的焚烧飞灰富含重金属等有害物质，需对其进行无害化处置。垃圾焚烧飞灰中含有大量的硅铝质，可实现其在水泥工业中的资源化利用。然而，飞灰中一般含有较高含量的氯、碱金属等不利水泥窑炉的有害成分，需对其进行预处理。针对以上问题，论文研究了不同预处理手段对垃圾焚烧飞灰中氯含量和碱金属含量的影响。首先研究了不同预处理剂对飞灰性质的影响，研究表明采用纯水、硫酸、磷酸进行预处理后可有效减少飞灰中氯含量以及碱

2、金属含量，盐酸预处理后对氯的去除率较差。硫酸预处理后飞灰中硫含量大幅增加，磷酸预处理后飞灰中磷含量也大幅增加，二者都对飞灰的主要化学成分影响较大。综合考虑，采用纯水对飞灰进行预处理效果性能较好。此外，研究了不同预处理时间、不同液固比对飞灰性质的影响，研究表明利用纯水进行飞灰预处理时，最佳的处理时间及液固比分别为10min及10：l，增加处理时间和液固比对预处理效果的提高不明显。此外，飞灰中所含有较高含量的重金属会对水泥熟料的烧成及后续水化过程造成一定影响。为较好的研究各重金属对水泥熟料烧成及水化的影响，论文借助对水泥熟料中主要矿物C3S和C3A两种单矿的研究，利用XRD、水

3、化热、EPMA、ICP．AES等先进测试手段探究重金属对以上水泥单矿矿物形成、水化性能以及固化性能的影响，以期为揭示重金属对水泥熟料烧成及水化性能的影响提供一定理论基础。围绕上述问题，论文将对单矿的研究主要分为两部分，一部分研究常温状态下，重金属离子对纯相单矿水化性能及其在单矿水化过程中的固化特性；另一方面则研究高温状态下，重金属掺杂对单矿矿物形成及后续水化过程的影响，并探讨其在高温烧成过程中及水化过程中的不同固化特性。研究表明，常温状态下，重金属离子Cr和Cu的掺入可以促进纯相C3S的水化，当掺入量增加至3％时，纯相C3S的水化受到一定的抑制，并分别生成Ca2Cr(On)

4、7·3H20和2Ca(OH)2·4Cu(OH)2·H20。Pb和历离子的掺入会抑制纯相C3S的早期水化，当水化7d后，Pb离子表现出对纯相C3S水化的促进，而历武汉理工大学硕士学位论文离子仍然表现出对纯相C3S水化的抑制作用。纯相C3S水化28d后对Cr、Cu、Zn、Ni四种重金属离子有较好的固化效果，而对Pb离子的固化效果较差。常温状态下，重金属离子Cu和Ni可促进纯相C3A---水石膏体系的水化，Pb和Zn离子则会对纯相C3A．二水石膏体系的水化表现出一定的抑制作用。水化28d后，纯相C3A-二水石膏体系对Cr、Cu、Zn、Ni、Pb五种重金属离子均具有较好的固化效果。

5、在单矿C3s和C3A的烧成过程中，重金属元素Pb基本上全部逸出进入空气中，说明在利用含Pb废弃物制备水泥熟料时需要严格控制废弃物中的Pb含量。各重金属掺杂对C3S晶型有较大影响，各重金属掺杂量低于3％的情况下，Cr及Ni掺杂可促使C3S由Tl转变为T2型，此外，Cr掺杂还会导致C3S分解成为C2S和CaO，从而增加样品中的f-CaO：Cu掺杂可促使C3S由Tl型部分转变为Ml型；而乙掺杂可促使C3S由TI型转变为Ml型，并逐步转变为R型。而对于C3A，重金属掺杂对C3A晶型无明显影响。重金属掺杂单矿C3S和C3A水化过程中，不同重金属掺杂对上述两种单矿表现出不同的作用。水化

6、28d后，固化体对Cu、Zn、Ni均表现出较好的固化效果，而对于Cr掺杂的两种单矿，水化28d后Cr的浸出值超过了GB5085．3-2007所规定的限值，说明在资源化利用含Cr废弃物制备水泥熟料时应特别关注Cr的含量。关键词：垃圾焚烧飞灰，预处理，重金属，固化，硅酸三钙，铝酸三钙武汉理工大学硕士学位论文AbstractWiththeadvantagesofhighefficiency,highvolumeandweightreductionrateandsecondaryenergyrecovery,Municipalsolidwaste(MSW)canbeeffectiv

7、elydisposedbythemeansofincineration,andMunicipalsolidwasteincineration(MSWDhasbecomeanimportantdevelopmentdirectionofMSWtreatmenttechnobgy,However,MSWI-nyashwhichisrichinheavymetalsandotherharmfulsubstanceswillbegeneratedbymunicipalsolidwasteunderhightemperatt