垃圾焚烧炉渣建材资源化研究

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1、垃圾焚烧炉渣建材资源化研究摘要近年来垃圾焚烧炉渣排放量越来越大，其安全处理问题亟待解决。本论文用SEM和XRD分别研究了其微观形貌和矿物组成。研究显示，垃圾焚烧炉渣的颗粒呈不规则状，垃圾焚烧炉渣的结晶矿物主要有二氧化硅和碳酸钙。因为垃圾焚烧炉渣中含有1%金属铝，本文设计了一种测定垃圾焚烧炉渣中金属铝的量的方法和装置，并对比了垃圾焚烧炉渣与纯铝粉发气特性差异。结果显示，该装置可以较为准确和快速地测定出垃圾焚烧炉渣中金属铝的含量。按垃圾焚烧炉渣中的有效铝含量进行计量，平均粒径为23.2μm垃圾焚烧炉渣稍优于70.4μm纯铝粉的发气性能。在NaOH溶液中，垃圾焚烧

2、炉渣发气性能随pH值升高而升高。垃圾焚烧炉渣在pH值约为12的NaOH和Ca(OH)2溶液中的发气性能相似，但前者稍好，均随温度升高而升高。研究表明，当垃圾焚烧炉渣的细度及发气温度合适时，其发气特性可接近用于生产加气混凝土纯铝粉的发气特性。本论文做了用垃圾焚烧炉渣用作水泥混凝土掺合料的研究，结果发现随垃圾焚烧炉渣掺量增加，胶凝系统的标准稠度需水量和初、终凝时间均有所增加。搅拌时间对系统胶砂强度有显著影响，在12min内，抗折强度和抗压强度均随搅拌时间有显著增加，但12min后则趋势变缓。系统胶砂抗折强度和抗压强度均随其掺量增加而降低，这是由于垃圾焚烧炉渣的掺

3、入阻碍了系统水化。试验中测试的安定性合格而且初终凝时间均符合国家标准。总的来说垃圾焚烧炉渣是可以作为水泥掺合料来使用的。本文研究了用垃圾焚烧炉渣制作蒸压加气混凝土，分别用粉煤灰和保定渣与垃圾焚烧炉渣制作了蒸压加气混凝土。研究发现平均粒径23.2μm垃圾焚烧炉渣和70.4μm纯铝粉同样掺量下，前者所制备的蒸压加气混凝土内部气泡更小、分布也更均匀，同时干体积密度和抗压强度也均高于后者。垃圾焚烧炉渣的掺入未明显改变水化产物种类和微观形貌。另外虽然蒸压加气混凝土的SEM图片显示，垃圾焚烧炉渣的掺入影响了托勃莫来石的结晶形态。但从蒸压加气混凝土的XRD图片可以看出垃圾

4、焚烧炉渣的掺入并未明显地改变系统水化产物。研究表明，当垃圾焚烧炉渣的细度及发气温度合适时，完全可以作为发气剂生产蒸压加气混凝土。1绪论1.1研究背景和意义由于城市生活垃圾成分复杂，目前其处理方式有很多，其中以填埋为主。随着社会城市化的进一步发展，垃圾排放量越来越大，整座城市几乎被包围在垃圾之中，垃圾安全处理问题亟待解决。由于生活垃圾中存在大量有热值的物质，因此燃烧后会放出热量，从而可用来发电，同时体积会有大幅度的缩减，从而增长了填埋场的最大使用限度，减少了对土地资源的占用量。垃圾发电是通过对已经经过分类的垃圾进行焚烧而产生电能的技术。从二十世纪七十年代起，一

5、些国家便开始使用燃烧垃圾产生的热能进行火力发电。科学家测算，垃圾中存在热值很高的有机可燃物等的二次能源。两吨垃圾燃烧产生的热量大约相当于一吨煤。在垃圾燃烧过程中产生的高温完全消灭了其中的腐蚀性有机物和病源性生物。在垃圾在高温燃烧过程中产生的热能转化为高温蒸气来推动发电机的轮机转动产生电能。但这又带来了垃圾焚烧灰渣的处理问题。垃圾焚烧灰渣的主要成分有飞灰和炉渣，其中前者富集了很多重金属和二恶英类有机物，普遍认为其毒性相对较大需要按危险废物进行管理，而后者则相对较低。目前的研究主要分两大类，一是把灰渣（尤其是飞灰）当做废物进行固化或作稳定化后填埋，二是对其进行资

6、源化利用。建材行业是一个对固体废弃物吸纳量最大的行业。因此，对我们而言,研究集中在垃圾焚烧灰渣的建材资源化上，目前飞灰和炉渣的排放量大约是20/80，炉渣占绝对优势；而且，从成分上看，炉渣用于建筑材料的可能性更大，因此我们的研究主要针对磨细炉渣进行。1.2混凝土掺合料概述混凝土掺合料是在混凝土拌合时掺入的能改善混凝土性能的粉状物质。在加入混凝土掺合料后，可以提高混凝土的各项性能，如和易性，粘聚性，可泵性；降低混凝土的坍落度损失；降低混凝土内部早期干燥收缩，使硬化后的混凝土结构更密实，混凝土早期和后期强度都能得到提高，抗渗、抗冻及耐化学腐蚀能力会有显著的改善。

7、掺合料可分成非活性掺合料和活性掺合料。活性掺合料有火山灰质材料，粉煤灰，粒化高炉矿渣粉，沸石粉，硅灰等。这一类掺合料能与水泥水化生成的氧化钙起反应生成水硬性的胶凝水化产物。活性掺合料有矿渣，磨细石英砂，石灰石等。这一类掺合料与非活性掺合料不同它本身不硬化或者硬化速度很慢。按可以分为：工业废物类，天然类，人工类。工业废料类主要有煅烧煤矸石，硅灰，粉煤灰，水淬高炉矿渣等。天然类的主要品种有火山灰，黏土页岩，硅藻土，钙性黏土，蛋白质黏土等。人工类主要有煅烧页岩成黏土等。火山灰类物质、粉煤灰、粒化高炉矿渣等都是常用的混凝土掺合料。矿物掺合料在高性能混凝土中的功效：　

8、　1）改善新拌混凝混的工作性，改善抹面的工作品质。活