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《北京工业大学》 2004年
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水泥熟料固化危险工业废弃物中重金属元素的研究

张江  
【摘要】:摘 要 利用水泥回转窑处理危险工业废弃物正日益得到全球水泥行业的关注。本文 在对现有废弃物处理方法对比分析的基础上,提出了利用水泥回转窑焚烧处理危 险工业废弃物的有关问题,阐述了利用水泥回转窑焚烧处理含有重金属元素危险 工业废弃物的方法和优缺点。 在此基础上,在实验室模拟进行了利用水泥回转窑焚烧处理含重金属元素的 危险工业废弃物的实验研究,并通过 XRD、XPS、DTA、EPMA 等分析测试手 段,探讨了危险工业废弃物中重金属元素在水泥熟料形成过程中的作用及其固化 机理。并针对用水泥熟料固化重金属元素进行了生料烧结性能实验、重金属元素 在熟料中固化率实验、重金属元素在熟料矿物中分布实验、固化重金属元素后熟 料矿物相分析实验以及重金属元素在熟料中存在价态的实验。在这些实验的基础 上,进行了有关理论分析,得到了下列结论: 1 随着混合废弃物掺加量的逐渐增大,生料烧结性能得到了很大改善:在混 合废弃物掺烧量足够大的前提下,生料固相和液相反应发生了明显的变化,熟料 主要矿物 C3S 的形成温度有明显降低,降低幅度大约在 200℃左右;差热分析表 明,当混合废弃物掺量达到一定水平时,热能利用成为可能;高掺量混合废弃物 对生料烧结性能影响的作用机理还有待进一步研究。 2 所研究重金属元素在实验室模拟煅烧条件下的固化率分别为:Cr 83.8%; Co 86.1%;Ni 86.5%;Cu 74.3%;Zn 74.3%;Cd 88.1%;Pb 86.3%;As 89.3%;由于 实验室模拟煅烧与工业回转窑气流的循环方式不同,重金属元素在工业熟料中的 固化率大于实验室模拟固化率;同时,重金属元素在混合废弃物中的存在形态会 影响其在熟料中的固化率,并使这种情况下的固化率大于单纯以氧化物形式加入 的化学试剂的固化率;不同的水泥生料因熟料矿物的不同而使熟料对重金属元素 的固化率有所不同; 3 熟料矿物对重金属元素的固化具有选择性:Zn 集中存在于熟料的中间矿 物中;As、Co、Cu 和 Ni 大部分存在于熟料的中间矿物相中,但在 C3S 和 C2S 中也有存在;Cd 和 Pb 则不能明显区分出主要存在于熟料的哪个主要矿物中,可 以认为它们是比较均匀地分布在熟料主要矿物中。 I WP=5 北京工业大学工学硕士学位论文 4 随着生料中混合废弃物掺量的增大,在本实验所确定的化学试剂掺烧量的 前提下,掺烧所带入的重金属元素对熟料主要矿物相没有本质的影响。 5 同属于第一过渡系元素的 Co;Ni;Cu;Zn 和 Fe 在原子结构上具有很大 的相似性,它们可以取代 Fe 而形成置换型固溶体:Co3+,Ni3+,Cu2+主要取代八 面体中的 Fe3+,而 Zn2+主要取代四面体中的 Fe3+;同时,Co3+,Ni3+,Cu2+和 Zn2+ 可以填充在 C3A 的半径为 1.47 ? 的孔穴中形成间隙式固溶体;Cd2+和 Pb4+可以 取代 C3S 中和 O2-以八面体形式连接的 Ca2+;As3+可以取代 SiO4四面体中的 Si4+。 6 由于 Co;Ni;Cu;Zn 的原子序数和电负性的增大,使正电荷和 O2-之间 引力加大,使它们更加接近,减小了离子间的距离,晶面间距也随之变小。所以, 无论以混合废弃物的形式还是以单纯化学试剂形式掺烧,带入熟料中的重金属元 素都会引起熟料中间矿物相晶面间距的减小,而对于 C3S 和 C2S 则没有这样的 规律。 7 通过 XPS 和热力学分析,8 种重金属元素在水泥熟料主要矿物相中存在的 主要价态分别是:Cr,+3; Co,+3;Ni,+3;Cu,+2;Zn,+2; Cd,+ 2; Pb,+4; As,+3。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TQ172

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【引证文献】
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8 郭随华;含C_4A_3(?)硅酸盐熟料矿物体系亚平衡关系及其微波二次合成方法研究[D];中国建筑材料科学研究院;2004年
9 白晨艳;基于PEDA的可UV固化水性聚氨酯分散体的合成及改性研究[D];中国科学技术大学;2007年
10 王明海;热塑性树脂改性环氧体系相分离过程中的流变行为[D];复旦大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张江;水泥熟料固化危险工业废弃物中重金属元素的研究[D];北京工业大学;2004年
2 李柏楼;工业废弃物管理模式及其资源化途径研究[D];重庆大学;2003年
3 谢礼国;三峡库区工业废弃物处置与利用战略思路与技术途径研究[D];重庆大学;2004年
4 胡成松;工业废弃物的资源化回收利用及研究[D];苏州大学;2005年
5 王彩云;重金属元素在水泥混凝土中的浸出性及固化机理研究[D];北京工业大学;2004年
6 张静波;基于循环经济的工业废弃物资源化模式研究[D];合肥工业大学;2007年
7 王修昌;利用花岗岩石粉等工业废弃物制备莫来石陶瓷材料的研究[D];昆明理工大学;2008年
8 樊兆燕;工业废弃物用于湿法脱硫的试验研究[D];山东大学;2008年
9 田园;含碱工业废弃物煅烧及固硫反应动力学特性研究[D];山东大学;2006年
10 赵慧;利用花岗岩石粉等工业废弃物制备地聚合物材料的研究[D];昆明理工大学;2008年
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