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《重庆大学》 2013年
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碱矿渣水泥固化城市生活垃圾焚烧飞灰效率研究

周欢  
【摘要】:城市生活垃圾焚烧(Municipal Solid Waste Incineration,MSWI)飞灰因含可溶性重金属被列为危险废物,必须进行无害化处置。水泥固化法是目前最常用的处置方法。但传统水泥基材料固化MSWI飞灰存在重金属离子固结效率低和固化体长期稳定性不良的问题。与传统水泥基材料相比,碱矿渣水泥是一种新型低碳胶凝材料,其水化产物主要是低C/S的水化硅酸钙,在固化重金属离子方面具有独特潜力,加强固化效率及机理等关键技术研究对促进其应用具有重要意义。 本文在测试MSWI飞灰物理化学性质的基础上,采用碱矿渣水泥固化MSWI飞灰,研究了飞灰固化体的体积稳定性以及预处理工艺、碱掺量、水玻璃模数、活性矿物掺合料掺量对碱矿渣水泥石固化飞灰效率的影响。通过XRD、SEM、EDS等微观测试手段分析了碱矿渣水泥石固化飞灰中重金属离子的机理。研究结果表明: ①MSWI飞灰中重金属离子的浸出浓度受浸出方法的影响,采用翻转法和硫酸硝酸法测出的重金属浸出浓度相差不大,所测的Pb、Cr~(6+)/Cr浸出浓度高于醋酸缓冲法,Zn、Cd、Cu浸出浓度低于醋酸缓冲法。 ②MSWI飞灰固化体的早期膨胀是飞灰中的单质铝(Al~0)在胶结材水化的高碱环境下反应快速生成H_2所致,通过对飞灰进行预处理可基本解决此问题。其预处理是利用飞灰自身的碱性,将飞灰在水与飞灰质量比为2:3的条件下浸泡72h,若采用0.1mol/L的NaOH溶液(水/飞灰灰为2:3)浸泡24h也可达到同样的效果。对飞灰进行预处理可提高固化体抗压强度,降低固化体颗粒的重金属浸出浓度和表面浸出率,在水化28d的情况下,预处理工艺可将飞灰固化量由30%增至近70%。 ③碱矿渣水泥-飞灰固化体体积的长期稳定性良好。 ④碱矿渣水泥石固化飞灰中重金属离子的效率与碱当量、水玻璃模数有关。预处理飞灰掺量70%、碱当量在3~6%范围内,提高碱当量,重金属浸出浓度降低;水玻璃模数在1.0~2.42的范围内,提高水玻璃模数,重金属浸出浓度先降低后升高。 ⑤活性矿物掺合料部分替代矿渣对碱矿渣水泥石固化飞火中重金属离子的效率有重要影响。碱当量为4%、水玻璃模数为1.5、预处理飞灰掺量70%时,在0~9%掺量范围内,提高偏高岭土掺量,重金属浸出浓度升高;提高硅灰或粉煤灰掺量,重金属浸出浓度先升高后降低;提高沸石粉掺量,重金属浸出浓度降低。 ⑥碱矿渣水泥石固化MSWI飞灰中重金属离子的效率明显高于同条件下的普通硅酸盐水泥体系,主要原因在于碱矿渣水泥的主要水化产物为低C/S的C-S-H和少量的沸石类矿物,对重金属离子有很强的吸附和固溶能力。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X799.3

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