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

利用水泥窑处理危险工业废弃物已经成为全球水泥行业发展的趋势。介绍了实验室模拟水泥窑焚烧处理含重金属元素的危险工业废弃物的研究,旨在探讨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。结果表明：对于所研究的8种重金属元素(Cr,Co,Ni,Cu,Cd,Pb,Zn,As),实验用工业生料中绝大部分重金属元素含量不超过西欧和美国标准。在实验用工业生料基础上掺入含有重金属元素的危险工业废弃物,可以改善生料的易烧性,尤其是较低温度(1350℃)下的易烧性。焚烧含重金属元素的危险工业废弃物时,水泥熟料的早期强度降低而后期强度略有提高。水泥熟料矿物可以固化绝大部分重金属元素,熟料矿物对重金属元素的固化具有选择性。     

水泥熟料对污泥中重金属的固化特性

采用不同比例干污泥加入水泥生料中制备熟料,通过Tessier连续萃取实验、易烧性实验和扫描电子显微分析等方法,研究了各重金属的固化率、存在形态的转变以及对熟料烧成的影响.结果表明:污泥掺入比例影响重金属的固化率,掺量为1％时重金属的整体固化效果最优;Tessier连续萃取实验说明,污泥中重金属的固化过程主要是存在于有机物结合态的重金属被固溶到熟料矿物晶体结构中;同时微量重金属提高了熟料的易烧性,掺量为1％时游离氧化钙含量最低.     

氧化镁在铝酸钙盐中的固溶性

氧化镁在水泥熟料中的存在对安定性有直接的影响,因此了解氧化镁在各熟料矿物的固溶性至关重要.铝酸三钙是水泥熟料的主要溶剂型矿物之一,本文研究氧化镁在铝酸钙中的固溶性:空白试样3CaO+Al2O3,使用0. 5 mol和1 mol的氧化镁取代对应含量的氧化钙烧制铝酸盐矿物,与空白样进行研究对比.分别采用了XRD定性、精修XRD、岩相及SEM-EDS等分析方法进行研究对比.结果显示:本实验条件下,氧化镁的加入影响矿物的产物含量,更多的氧化镁固溶于过渡相C12A7中,氧化镁在它形晶比自形晶固溶量更大,Mg2+的含量与Al3+的含量呈正相关,氧化镁的局部最大固溶量可以达到9.28%,氧化镁固溶量还会使铝酸钙盐的衬度颜色改变.     

熟料中SO3含量对低热水泥性能的影响及机理研究

检测了同一温度下烧制的不同SO3含量的熟料制成的低热水泥的物理性能及水化速率,并采用岩相分析、XRD、EDS、化学分析方法研究了熟料中SO3含量对低热水泥熟料岩相结构、矿物组成、矿物晶型及矿物固溶组分的影响.结果表明,随着熟料中SO3含量的增加,水泥凝结时间显著延长,水化速率提高,7d、28d强度和水化热增大;提高熟料中SO3含量有利于A、B矿的生长和发育;熟料中SO3含量越高,早强矿物C4A3S的峰强越高,高温型B矿特征峰变窄而峰强变高,结晶程度提高;熟料中的SO3大部分固溶在硅酸盐矿物中,尤其是B矿中,SO3的引入,使A、B矿的Ca/Si增大,铝铁固溶量增多,其固溶异离子的量越多,越有利于活化阿利特晶体,稳定及活化贝利特的高温晶型,从而提高水泥的水化活性,增大水泥的后期强度.     

重金属在水泥熟料中的挥发与固化

以铅锌渣作为替代原料制备水泥熟料易引入重金属元素,利用微波消解、原子吸收光谱方法研究Pb、Cd、Cu、Zn在熟料烧成过程中的挥发与固化行为。结果表明:温度升高,Pb、Cd挥发率增大,Cu、Zn挥发率先增大后减小;掺加铅锌渣,Pb、Cd、Cu、Zn在熟料中固溶量增大;熟料矿物组成影响重金属的固溶。     

用城市生活垃圾焚烧炉渣制备水泥其制品的环境安全性评价

通过水泥制品的重金属极限溶出与表面浸渍试验,对生活垃圾焚烧炉渣制备的水泥其制品环境安全性进行了评价.试验结果表明:水泥浆体对炉渣带入的重金属有较强的固化作用.垃圾焚烧炉渣做水泥混合材制备的水泥其制品中重金属的极限溶出与表面浸渍溶出均能达到Ⅲ类地表水的要求,制品碳化后重金属的极限溶出可达到Ⅴ类地表水要求;垃圾焚烧炉渣作为生料原料之一制备水泥熟料,当炉渣掺量为5%时,其制品中重金属的极限溶出与表面浸渍溶出均能达到Ⅲ类地表水的要求.     

污泥作二次原燃料煅烧水泥熟料的试验研究

以污泥资源化为宗旨,对污泥以二次原燃料形式煅烧水泥熟料进行了试验研究。结果表明：试验用污泥具有较高的热值,可作为燃料用于水泥熟料煅烧;污泥燃烧后的污泥灰含有钙、硅、铝、铁等化学元素,可以部分替代水泥生料原料;污泥中的重金属会通过固溶或掺杂等形式进入熟料矿物相中,有害元素可通过采取适当技术措施以防止水泥生产过程中的二次污染,环境安全性和经济性良好。     

添加稀土贫矿提高水泥质量机理研究（二）：熟料岩相结构及其微区组成

采用SEM、EDAX、OM等分析测试方法，研究了稀土贫矿掺加条件下，水泥熟料的岩相结构及其微区化学组成。结果表明，掺入稀土贫矿有利于改善水泥熟料的岩相结构，同时增加了A矿中Al2O3、Fe2O3的固溶量；研究了几种主要稀土元素在熟料中的分布状态。结果表明：Y元素能基本均匀地分布于所有熟料矿物中，而La、Nd元素则大部分固溶于中间相。     

水泥和粉煤灰中重金属和有毒离子的溶出问题及思考

介绍了水泥材料中有害组分的溶出试验方法，试验研究了粉煤灰水泥砂试体及粉煤灰硬化体中重金属离子的溶出问题，得出了重金属离子溶出的一些规律及抑制Cr^6 溶出的方法，并提出我国水泥工业今后在这方面有必要进行的研究工作。     

水泥熟料实际矿物组成的研究

分别采用蔗糖-KOH水溶液、水杨酸甲醇溶液和醋酸水溶液对水泥熟料进行相萃取，通过XRD与化学分析方法，研究了硅酸盐水泥熟料的实际矿物组成。试验结果表明，由于各组分之间的相互固溶使得熟料的实际矿物组成与理论矿物组成之间有较大的区别，尤其是C3A的含量差异显著。     

MgO对熟料烧成及性能的影响机理

采用化学试剂合成硅酸盐水泥熟料,应用X射线衍射结合Rietveld方法和差示扫描量热等,研究了MgO对熟料煅烧、矿物组成、阿利特晶型及熟料性能等的影响。结果表明:MgO在碳酸钙分解反应阶段已开始影响甚至参与了熟料烧成反应;MgO掺入使阿利特和铁铝酸四钙含量增多,贝利特和铝酸三钙含量相对降低;但当MgO掺量达到2%(固溶置换极限)及以上时,方镁石形成,熟料矿物组成基本不再变化;随着MgO的掺入,阿利特的晶型逐渐由M1型为主转变稳定为M3晶型。MgO掺量在1%附近时,靠近阿利特准同型相界处,熟料发展强度最高。     

氧化钼在熟料矿相中的固溶

本文研究含钼水泥熟料的矿物组成，水硬特性及氧化钼在各矿相中的固溶分布规律。从固体物理、结构化学的角度分析和探讨了氧化相对熟料各矿相的作用和含钼熟料早强高的原因，认为氧化钼可与铁酸盐相形成置换型固溶体，由于外掺钼离子进入铁酸盐相晶格结构所产生的晶格畸变、体系内能升高等一系列变化是导致铁酸盐相活性提高的关键。     

MgO对熟料煅烧的影响综述

全面回顾了MgO在水泥熟料煅烧中的作用,包括氧化镁对液相量,表面张力,液相粘度的作用以及对熟料四种主要矿物组成、含量和形貌的影响等,指出氧化镁在熟料矿物的固溶量和影响因素以及普通硅酸盐水泥熟料中的分布状态和形式,分析了游离MgO的形成条件和影响因素,讨论了高镁原材料使用时应该注意的事项和试验方向。     

水泥窑协同处置危险废物过程中重金属固化的问题研究进展

本文对水泥窑协同处置废弃物过程中,重金属固化机理以及相关影响因素的研究进行综述分析,结果表明:水泥生产过程中存在生料窑灰冷凝吸附、熟料晶格固溶以及水化凝胶吸附交换的作用机理,可确保危险废物中重金属有效固化;同时,可通过调控影响重金属固化效果的相关因素,减少重金属的挥发迁移,降低对生态环境造成污染和破坏的可能性。     

锡尾矿配料烧成水泥熟料动力学及熟料特性研究

根据Arrhenius' formula和Gentling equation对反应速率常数k、反应活化能Ea等动力学参数进行模拟计算,研究以锡尾矿对熟料为原料烧制尾矿水泥熟料的形成动力学特性,并结合TG-DTA、XRD及SEM测试手段,分析其对熟料烧成性能、熟料物相组成及矿物形貌的影响,探求锡尾矿应用于生产水泥熟料的规律.研究表明:锡尾矿配料制备水泥熟料的反应动力学满足Arrhenius' formula和Gentling equation,以锡尾矿为原料烧制水泥熟料的动力学控制机理与一般硅酸盐水泥熟料一致.锡尾矿配入可降低熟料矿物烧成温度及形成活化能Ea,提升固相反应速度,控制尾矿量在26％～30％时,Ea比一般硅酸盐水泥减小77.220～112.954 kJ·mol-1,且锡矿尾配入基本不改变热反应历程,可降低生料中碳酸盐分解温度、固相反应温度和烧成能耗.     

掺垃圾焚烧飞灰烧制的水泥熟料对水泥性能影响的试验研究

研究了城市生活垃圾焚烧飞灰的性质以及其用于水泥生料配料对水泥力学性能、工作性能和水泥制品环境安全性的影响,探讨了水泥工业协同处置城市生活垃圾焚烧炉渣的技术及其可行性。研究结果表明：掺烧飞灰的熟料的安定性、标准稠度用水量、凝结时间、抗折强度都和基准样相差不大,但是3d和28d抗压强度略微下降;由于掺入飞灰后生料的易烧性得到改善,因此可以稍微调高KH值来抵消强度下降;飞灰掺量为4．62％时,烧制的水泥熟料其制品的重金属极限溶出能够达到Ⅲ类地表水标准,重金属的长期浸渍溶出主要集中在早期,0—3d、3～7d龄期重金属浸渍液能够达到Ⅲ类地表水标准;7—28d、28～60d龄期重金属浸渍液能够达到Ⅱ类地表水标准。     

利用水泥窑处理污水厂污泥的应用研究

介绍了利用水泥窑处理污水处理厂污泥的工业试验情况，研究结果表明，利用污水处理厂污染替代部分粘土质原料，可以生产出合格的水泥熟料，而且可以有效地消除重金属离子以及腐败有机物产生的危害。利用水泥窑处理城市废弃物是有效利用资源、节约能源和改善环境的可持续发展之路。     

杂质离子对硅酸盐水泥熟料烧成影响的研究进展

杂质离子对硅酸盐水泥熟料烧成有不同影响。综合评述了碱金属离子及碱土金属离子、过渡金属离子以及阴、阳离子的复合等对熟料烧成影响，从化学结构参数角度分析了杂质离子所起的作用。一些杂质离子单独或复合使用，能够改善熟料易烧性，提高熟料的强度。其作用机理是：降低碳酸钙分解温度；改善液相性质，增加液相量；在熟料矿物中形成缺陷，引起晶格畸变或稳定不同的晶型变体；形成新矿物等。这些作用与杂质离子半径、电价、电负性等化学结构参数有关。应进行深入研究，以便于无害化、资源化、有利化地利用工业废渣。     

工业污泥对水泥熟料性能影响的试验研究

为安全高效地实现工业污泥的资源化利用,基于对工业污泥化学成分的分析,着重研究其掺量对水泥熟料的烧成、胶砂强度、凝结时间以及重金属溶出的影响。试验结果表明:工业污泥与水泥原料的主要化学成分基本相同;适量工业污泥的掺入对水泥熟料烧成的影响较小,随着工业污泥掺入量的增大,水泥熟料烧成的难度也将逐渐增大;当KH=0.92时,掺2%的工业污泥使得试件28d的抗压、抗折强度均有所提高,对试件3d的抗压、抗折强度的影响较小;工业污泥的掺入对凝结时间的影响较小;掺工业污泥烧成的水泥中的重金属元素可得到有效的固化。     

水泥水化产物结构及其对重金属离子固化研究进展

水泥基材料对重金属离子吸附固化是处理固化废弃物中重金属元素的有效途径,也是多年来人们研究热点.本文分析了水泥基胶凝材料主要水化产物结构特点及对外来离子吸附交换特性,并就目前国内外对重金属元素(Pb、Cr、Cu、Zn、As、Co等)在水化产物中存在形式、固化机制,以及其对水泥水化进程影响等研究现状进行归纳总结,指出了当前重金属元素在水化固化研究中存在的不足,并对今后水泥基材料重金属离子固化的研究方向进行了展望.