冶金渣基胶凝材料固化生活垃圾焚烧飞灰的性能研究

以矿渣、钢渣、脱硫灰和磷酸淤渣为原材料,优化4种原料的配合比,制备出冶金渣基胶凝材料,考察其对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化性能。结果表明:当m（矿渣）:m（钢渣）:m（脱硫灰）:m（磷酸淤渣）=36%:32%:12%:20%时,冶金渣基胶凝材料净浆试块的抗压强度达35.2 MPa。随着垃圾焚烧飞灰掺入量从10%增加到80%,固化体的强度不断下降;但是,当垃圾焚烧飞灰掺量高达到80%时,固化体抗压强度仍达2.2 MPa,Pb、Zn、Cr、Hg和As的固化率仍超过99%,垃圾焚烧飞灰固化体的抗压强度和重金属浸出浓度均满足《生活垃圾卫生填埋场污染控制标准（GB 16889—2008）》的要求。      

钙硅比对铅锌尾矿微晶玻璃性能及重金属浸出毒性的影响

为用铅锌尾矿合成微晶玻璃,研究了钙硅比(m_(CaO)/m_(SiO_2))对基础玻璃析晶温度、微晶玻璃结构、性能的影响,并采用TCLP法研究了其对重金属浸出毒性的影响。结果表明,随着钙硅比增大,基础玻璃的玻璃化转变温度和结晶温度先降后升。微晶玻璃的主要晶相为钠长石,钙硅比的增加阻碍了钠长石的晶体生长,但有利于透辉石、钙铝黄长石和霞石晶体的形成。当比值为0.45时,微晶玻璃的综合性能最好:此时铅锌尾矿掺入量为70.86%,密度为2.93g/cm~3,抗压强度为182.64MPa,在酸性溶液中失重为2.26%,在碱性溶液中失重为1.65%。浸出试验表明,锌、锰、铅的浸出随钙硅比升高的变化不具有相似性,微晶玻璃对铅固化效果最差。     

矿渣基胶凝材料固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

以矿渣部分或全部替代水泥，与垃圾焚烧飞灰和脱硫石膏组成胶凝材料，研究随矿渣掺量变化，胶凝材料对垃圾焚烧飞灰重金属的固化效果。结果表明：随着矿渣替代水泥量的增大，净浆试块抗压强度呈现先增大后减小的趋势；当飞灰掺量为20%、矿渣掺量为70%、脱硫石膏掺量为10%时制成的净浆试块，在温度为35 ℃、湿度为95%下养护28 d，试块的抗压强度达到47 MPa，重金属元素Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn的浸出浓度均低于饮用水标准；对Pb、Cr的固化效果明显优于纯水泥胶凝体系。XRD和FT-IR检测表明：该矿渣基胶凝材料水化生成的主要产物有钙矾石、C-S-H凝胶和水铝钙石，水化产物对重金属离子有良好的包裹作用。矿渣基胶凝体系比水泥基胶凝材料体系在固化垃圾焚烧飞灰重金属方面优越性明显。     

矿渣基胶凝材料固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

以矿渣部分或全部替代水泥，与垃圾焚烧飞灰和脱硫石膏组成胶凝材料，研究随矿渣掺量变化，胶凝材料对垃圾焚烧飞灰重金属的固化效果。结果表明：随着矿渣替代水泥量的增大，净浆试块抗压强度呈现先增大后减小的趋势；当飞灰掺量为20%、矿渣掺量为70%、脱硫石膏掺量为10%时制成的净浆试块，在温度为35 ℃、湿度为95%下养护28 d，试块的抗压强度达到47 MPa，重金属元素Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn的浸出浓度均低于饮用水标准；对Pb、Cr的固化效果明显优于纯水泥胶凝体系。XRD和FT-IR检测表明：该矿渣基胶凝材料水化生成的主要产物有钙矾石、C—S—H凝胶和水铝钙石，水化产物对重金属离子有良好的包裹作用。矿渣基胶凝体系比水泥基胶凝材料体系在固化垃圾焚烧飞灰重金属方面优越性明显。     

胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰固化机理研究

为确定低成本、安全、高效处置危废城市垃圾焚烧飞灰(MSWI)的方法,以钢渣微粉、矿渣粉、脱硫石膏、垃圾焚烧飞灰和尾砂为充填材料,进行了砂浆流动性能和胶结充填料强度试验,根据胶结充填料强度确定了胶凝材料的最优配比,并通过X射线衍射(XRD),红外(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析了净浆试块的微观结构和水化产物。试验结果表明,当垃圾焚烧飞灰掺量为15%、钢渣微粉掺量为4%、脱硫石膏掺量为14%、矿渣粉掺量为67%时,料浆的流动度为260 mm,满足自流型胶结充填的流动性需求,充填料试块28 d的抗压强度为24.54 MPa,满足矿山充填强度要求;充填料试块养护28 d重金属离子浸出浓度全部低于饮水标准;冶金渣-垃圾焚烧飞灰胶凝材料水化产物主要有钙矾石、C—S—H凝胶和Friedel盐。     

垃圾焚烧飞灰-矿渣基胶凝体系及固镉研究

以城市垃圾焚烧飞灰、矿渣及脱硫石膏作为胶凝材料,以尾矿砂为骨料制取高性能胶结充填材料对飞灰中的重金属镉进行固化处理。在满足矿山充填要求及环境无害的前提下,探索飞灰-矿渣基胶凝体系制成的充填材料中飞灰的极限掺量、料浆中胶凝材料间的配比、最佳料浆浓度及矿渣的最佳比表面积,并利用X射线衍射(XRD)对制成的净浆试块进行分析。此研究为解决飞灰中有色金属镉的污染问题提供解决思路和方案,为含镉地下充填体的长期稳定性提供理论参考。     

垃圾焚烧飞灰的固化及综合利用研究进展

垃圾焚烧飞灰作为一种危险废物,由于其中聚集着大量的重金属、二恶英、易溶盐等有毒组分,目前最有效的方法是对其进行固化稳定化处理。飞灰中CaO、Al_2O_3的存在使其具有潜在活性,从固体废弃物协同利用的角度出发,对利用矿渣基胶凝体系代替水泥固化/稳定化飞灰,作为胶结充填采矿中的胶凝材料进行展望。此外,总结了飞灰固化体中重金属离子的赋存状态,通过Tessier法和BCR法两种分析方法划分,其中残渣态在自然条件下不易释放,可在沉积物中长期稳定存在;同时描述了重金属在水泥基胶凝材料酸性介质中的浸出过程:酸迁移到液/固表面、酸穿过浸出层、在浸出边界的快速溶解、重金属穿过浸出层、重金属离子穿过液/固表面,为飞灰用作矿山充填料的安全性和浸出稳定性提供理论依据。     

垃圾焚烧飞灰的酸处理及其固化效果研究

以苏州城市垃圾焚烧灰为主要研究对象,采用磷酸、醋酸分别对其进行先陈化后酸浸的预处理,并控制酸处理飞灰的碱度p H值不低于8.0。采用水泥对其进行固化,按规范测定体系的凝结时间、无侧限抗压强度及膨胀性,结果表明:与原样飞灰水泥固化体系相比,酸处理飞灰水泥固化体系的凝结时间缩短,无侧限抗压强度接近1 MPa,对P2酸处理飞灰固化的水泥掺量达到22%后,体系无侧限抗压强度达到稳定土填埋标准(1.5 MPa);经过酸处理的飞灰胶砂体系的膨胀率明显小于原样飞灰胶砂体系。在10%水泥对酸处理飞灰固化的体系中,随着粉煤灰对酸处理飞灰替代量达到30%时,固化体系的无侧限抗压强度达到稳定土填埋标准。固化体系中Cu、Mn、Pb、Cd、Cr、Zn等重金属浸出质量浓度均远低于危险标准值。     

硫化钠球磨反应固化垃圾焚烧飞灰中的重金属

为改善垃圾焚烧飞灰中重金属含量，本试验采用硫化钠球磨反应固化垃圾焚烧飞灰中重金属。结果表明，硫化钠的最佳用量为0.125‰，球磨反应最佳时间为5 min，固化后飞灰Cd、Cr、Cu、Pb、Zn质量浓度均符合GB 16889-2008规定，其中Cd、Cr、Cu、Zn质量浓度远低于标准限值，Pb质量浓度较靠近标准限值。处理每吨飞灰硫化钠成本为0.5～0.8元，是“螯合剂+水泥固化法”成本的2.5‰左右。本方法成本低，效率高，操作简单，实用性强，为飞灰处理提供了有效路径。     

垃圾焚烧飞灰-矿渣基胶凝体系和固镉研究

本研究以城市垃圾焚烧飞灰、矿渣及脱硫石膏作为胶凝材料,以尾矿砂为骨料制取高性能胶结充填材料对飞灰中的重金属镉进行固化处理。在满足矿山充填要求及环境无害的前提下,探索飞灰-矿渣基胶凝体系制成的充填材料中飞灰的极限掺量、（胶凝材料之间的配比、飞灰-矿渣基胶凝体系的最佳料浆浓度及）矿渣的最佳比表面积,并运用X射线衍射（XRD）对制成的净浆试块进行分析。此研究为解决飞灰中有色金属镉的污染问题提供解决思路和方案,为含镉地下充填体的长期稳定性提供理论参考。     

螯合剂与鳌合工艺协同强化垃圾焚烧发电飞灰固化-脱盐一体化及应用

经济的快速发展使得城市垃圾处理问题日益严峻,垃圾焚烧发电是处理生活垃圾的主流手段。但垃圾焚烧过程中产生的飞灰对人体健康和生态环境具有较大危害,亟需高效且经济的飞灰固化技术,防止填埋过程中重金属浸出。依据重金属矿化及地球化学原理,利用磷酸盐和硫化物复配形成高效螯合剂。在实验室中取得了显著的固化效果,固化后飞灰浸出液中重金属含量均远小于国标。但是,在中试放大试验中,传质差大大限制了螯合效果。为了强化传质,改进鳌合方式,将鳌合剂浓度稀释至1%,与飞灰形成浆料鳌合,最后再利用板框过滤或离心分离,实现重金属固化与盐类分离的协同,进而提出了新型鳌合工艺,在500kg规模中试也取得了显著固化效果,其飞灰浸出液中12种重金属含量也远小于国标限制,更重要的是该技术还能从飞灰中回收钾盐和钠盐。因此,复配型螯合剂和新型鳌合工艺协同是一种强化垃圾焚烧飞灰固化的高效方法。     

针铁矿对垃圾焚烧飞灰中重金属离子的固化作用及机理分析

垃圾焚烧飞灰是一种危险固体废弃物,必须经过固化稳定化,满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》后方能填埋。针铁矿是一种表面带有丰富羟基功能基的固体表面活性剂,利用其表面羟基对金属离子的络合作用能够对垃圾焚烧飞灰进行固化。本论文探讨了工艺参数对针铁矿固化飞灰毒性浸出效果的影响;又利用酸碱滴定表征了针铁矿表面羟基化特性;用格氏图处理酸碱滴定数据,计算出针铁矿表面羟基活性位点密度。结果表明:在针铁矿添加量为15%、液固比为0.4、固化时间为3 d的条件下,固化后的飞灰能够满足生活垃圾填埋场进场要求;金属离子能够进入针铁矿表面stern层被紧密吸附,碱性条件下则更加有利于离子在针铁矿双电层的扩散层中吸附。      

硅钙渣复合地聚物水化机理研究

为实现硅钙渣、粉煤灰及矿渣三种固废的协同利用,本文通过开展不同粉煤灰、矿渣比(灰渣比)下的硅钙渣复合地聚物制备实验,对硅钙渣复合地聚物的水化机理进行了研究。结果表明,硅钙渣复合地聚物是由β-硅酸二钙自身水化和碱激发水化共同形成的一种以C—S—H和C(N)—A—S—H为主的二元复合胶凝材料;相较于晶相矿物,玻璃相矿物更易发生碱激发水化反应,导致灰渣比在0.5以上时7 d水化物中残存大量未反应的莫来石,但随养护时间的延长莫来石会继续进行水化,并在28 d时生成蠕虫状四方钠沸石和条状贝德石。同时在灰渣比为1.0时,硅钙渣地聚物微观形貌最均匀致密,28 d抗压强度最高,达到37.9 MPa,说明此时能够发挥出粉煤灰、矿渣、硅钙渣之间最佳的协同效应。     

粉煤灰替代矿渣作为胶凝材料早期强度激发的研究

粉煤灰是热电厂排放的火山灰粉体废弃物,具有潜在活性通常用于水泥掺合料。但掺加粉煤灰的胶凝材料降低早期强度,导致粉煤灰掺加量受到很大限制。针对金川矿山充填采用棒磨砂充填料和水泥胶凝材料,开展了粉煤灰和矿渣微粉等复合胶凝材料早期强度激发剂试验。试验设计料浆浓度为78%,胶砂比为1:4。首先,采用生石灰、脱硫灰渣、芒硝、亚硫酸钠等复合激发剂的正交设计,进行粉煤灰和矿渣微粉早期激发作用的材料配比试验;然后,采用DPS数据处理软件,建立充填体强度与激发剂材料掺量的回归方程,并通过优化决策确定激发剂最优配比。结果显示,由质量分数分别为5%的生石灰、17.5%的脱硫灰渣、3%的芒硝、1.5%的亚硫酸钠构成的复合激发剂,胶结充填体3d强度达到2.19MPa,大于金川矿山设计的1.5MPa强度要求。当采用20%的粉煤灰替代矿渣微粉时,3d强度达到1.504MPa,也满足金川矿山对充填体强度要求,且28d沉缩率仅为8.68%。由此可见,充分利用粉煤灰和矿渣微粉开发充填胶凝材料,不仅可以降低充填成本、提高采矿经济效益,而且还能够保护环境,实现绿色开采。     

石渣替代石灰制备电石的可行性分析

为实现工业固废电石渣的回收利用,进行以电石渣代替石灰为原料制备电石的可行性分析。采用多级旋振湿筛分离技术对电石渣除杂,采用压力测试等物理方法对电石渣灰球与天然石灰块的硬度、粉末率等性能进行比较分析。并以电石渣灰球为原料,在2 000 ℃以上的高温下进行煅烧试验。结果表明,除杂后的电石渣中CaO的含量为88.32%,活性度为378 mL,活性度较高,符合电石用石灰的理化指标;在高温、摩擦及跌落撞击条件下,电石渣灰球的抗压强度及粉末率均优于天然石灰块;电石渣灰球与焦炭在高温条件下煅烧的产物的主要成分为CaC2,为电石;将电石渣代替石灰以制备电石是可行的。     

碱洗—氧化钙煅烧两段法改性粉煤灰脱除废水中Cr（VI）的性能研究

采用碱洗—氧化钙煅烧两段法对粉煤灰进行改性处理,利用红外光谱和扫描电镜对改性前后的粉煤灰的键位基团及形态进行表征,以投加量、pH值、煅烧温度和吸附时间作为变量对含Cr（VI）废水进行吸附处理。结果表明,当改性粉煤灰投加量为6 g/L、废水初始pH值为8、第二段煅烧温度为800℃、粉煤灰与氧化钙配比为3∶1时,吸附容量为16.06 mg/g,吸附效率达96.38%。动力学拟合过程表明该改性粉煤灰对Cr（VI）的吸附符合伪二阶动力学方程,以化学吸附为主,吸附过程具有持续性。