硅铝调控与晶种诱导对水热稳定飞灰中重金属的协同影响

研究了选取的粉煤灰、膨润土、高岭土、硅藻土作为外源硅铝调理剂添加与雪硅钙石人工晶种诱导对150℃水热法稳定垃圾焚烧飞灰中重金属Pb、Zn、Cu、Cd、Cr的协同影响。飞灰由于富钙而低硅铝的元素特征,导致其在水热条件下无法直接合成沸石类,Pb的浸出浓度仍然超标;当单一或混合添加硅铝调理剂添加量为10%时,其水热产物中有水钙铝榴石或加藤石生成;提高添加量至30%时,均有目标雪硅钙石的生成,这与30%添加量下飞灰中Ca/（Al+Si）元素比接近雪硅钙石的理想元素比值0.67~1.20直接相关。混合添加30%的粉煤灰与硅藻土为最佳选择,水热产物Pb的浸出浓度降低至0.30 mg·L^-1,且在此基础上再添加3%的诱导晶种可加速从第6 h开始即合成雪硅钙石,并使Pb的浸出浓度下降到最低值0.28 mg·L^-1。硅铝调控（30%的复合硅铝调理剂,其中粉煤灰：硅藻土为1：1）与晶种诱导的协同影响下高效生成雪硅钙石,并显著抑制Pb、Zn等在水热过程中向液相的转移、降低其在水热液相中的浓度,使飞灰中的重金属在水热后确实稳定于水热固相产物中而非迁移至水热液相造成污染转移,真正实现了飞灰中重金属的固定化。     

硅铝添加剂对机械化学法稳定飞灰中重金属的影响机制研究

在机械力作用下，添加膨润土、高岭土、硅灰、赤泥以提供硅/铝元素稳定生活垃圾焚烧飞灰中的重金属。实验结果表明，固化产物的成分与添加剂的硅铝比相关。添加膨润土的固化产物主要为纤水硅钙石、方解石和氧化钙；添加高岭土、赤泥的固化产物主要为方解石、水铝钙石；添加硅灰的固化产物含有方解石和少量的硅酸钙盐。固化产物均发生不同程度团聚，且孔隙直径变大。研究表明，机械化学法均能显著降低飞灰中铅、锌的浸出浓度。且铅、锌向更稳定的可氧化态和残渣态转变。综合对比发现，4种添加剂的固化效果由高到低依次为赤泥、高岭土和硅灰、膨润土。颗粒的团聚包裹作用、新生成的水铝钙石和硅酸钙盐以及可溶盐的溶解洗脱是机械化学法外加添加剂稳定飞灰中重金属的主要原因。     

基于硅基的垃圾焚烧飞灰中温热处理重金属稳固化实验

向垃圾焚烧飞灰(MSWI FA)中分别添加硅灰、硅溶胶、石英砂与一定比例的水,混合均匀并进行热处理。研究了添加物种类、热处理温度对垃圾焚烧飞灰中重金属浸出特性的影响,分析了飞灰热处理过程中重金属化学形态、晶体结构和微观形貌的变化。结果表明:热处理过程中,硅灰和硅胶与飞灰中的钙基物质反应生成CaSiO_3、Ca_2SiO_4、Ca_3SiO_4Cl_2、Ca_3Fe_2(SiO_4)3以及氢氧硅磷灰石等硅酸盐相,转变了重金属的化学形态,将重金属稳固在硅酸盐晶格中,降低了飞灰的浸出毒性;在硅灰添加量为10%或JN-40硅胶添加量25%,热处理温度600℃条件下,热处理1h后,飞灰中Pb的浸出浓度由11.91mg/L分别降至0.79mg/L和0.78mg/L,Cd的浸出浓度由3.18mg/L分别降至0.09mg/L和0.10mg/L;热处理过程中Cr的浸出浓度有所上升但未超出生活垃圾填埋场控制标准。     

不同硅质原料水热合成水化硅酸钙物相及其反应效率的研究

为探究不同硅质原料对水热合成水化硅酸钙物相的影响，研究了温度和硅钙比对产物的影响。采用X射线衍射(XRD)分析了水化硅酸钙物相，并探究了不同硅质原料与Ca(OH)₂的反应效率。结果表明，不同硅质原料与Ca(OH)₂的反应效率由高到低依次为硅藻土、石英、珍珠岩；在硅藻土-石灰体系中，硅藻土中非晶态二氧化硅的Si—O更易被破坏，具有不稳定性，致使硅藻土反应效率更高。在石英-石灰体系中，随着钙硅比的提高，空气中的CO₂参与反应，生成碳硅钙石与片柱钙石，且托贝莫来石与硬硅钙石会逐渐消失，通过合理调控硅钙比和水热温度可有效地控制反应产物，这对于不同硅质原料的选择、水热合成水化硅酸钙中产物的控制及水热合成水化硅酸钙应用领域具有重大意义。     

粉煤灰对水泥中重金属存在形式的影响

本文对添加不同含量的粉煤灰后，熟料水化过程中重金属元素（Cr、Mn、Cu、Pb、Zn）存在形式及其浸出毒性进行了实验和探讨。随着粉煤灰掺入量由0%提升至10%，水化产物形貌中微细孔增多，重金属元素在C-S-H中富集程度增加，熟料重金属元素浸出毒性呈现不同程度下降趋势，最大下降幅度达到56.1%，主要因为微细孔对重金属有较好的吸附作用，且重金属元素在水化产物周围的富集程度增加，有助于重金属离子以较为稳定的形态固化在水化产物中。     

准东煤高温燃烧过程中含钙矿物质的转化规律

采用3种萃取液（水、醋酸铵和盐酸）对准东煤进行逐级萃取实验,使用高温气氛炉对准东原煤及萃取后的煤样进行燃烧实验,使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪和X射线衍射物相分析仪对萃取前后的固体煤样及燃烧后煤灰样品分别进行Ca元素分析和矿物检测。研究结果表明,准东煤中的钙元素主要以醋酸铵溶钙和盐酸溶钙形式存在。在燃烧过程中,准东煤中含钙矿物质与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、斜硅钙石与钙铝石等;其中经水萃取后碱酸比减小,灰熔融温度升高,盐酸溶钙与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、硅铝石等,不溶钙主要以稳定的硅铝酸盐形式存在。     

土聚水泥技术在飞灰资源化中的应用

固体废物焚烧处理技术在我国日益得到推广应用,这导致我国垃圾焚烧飞灰产量巨大.垃圾焚烧飞灰中含有浸出毒性较高的重金属,属危险废弃物.但飞灰中含有丰富的活性组分,可以作为合成材料的原料而加以综合利用.飞灰基土聚水泥作为一种新型碱激活胶凝材料,可以大大降低飞灰中重金属的浸出毒性,同时具有较高的抗压强度.本文在介绍土聚水泥聚合机理的基础上,从飞灰预处理、外加硅铝原料的添加、碱激发剂浓度和掺量、水灰比、骨料、养护条件等方面阐述了对飞灰基土聚水泥强度和重金属浸出毒性的影响,最后对飞灰基土聚水泥重金属浸出毒性方面研究提出了建议.     

准东煤高温燃烧过程中含钙矿物质的转化规律

采用3种萃取液(水、醋酸铵和盐酸)对准东煤进行逐级萃取实验,使用高温气氛炉对准东原煤及萃取后的煤样进行燃烧实验,使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪和X射线衍射物相分析仪对萃取前后的固体煤样及燃烧后煤灰样品分别进行Ca元素分析和矿物检测。研究结果表明,准东煤中的钙元素主要以醋酸铵溶钙和盐酸溶钙形式存在。在燃烧过程中,准东煤中含钙矿物质与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、斜硅钙石与钙铝石等;其中经水萃取后碱酸比减小,灰熔融温度升高,盐酸溶钙与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、硅铝石等,不溶钙主要以稳定的硅铝酸盐形式存在。     

水热条件下钾长石的分解反应机理

实验研究了以氧化钙为助剂在水热条件下的钾长石的分解反应过程及反应机理.研究结果表明:在碱性条件下,钾长石的分解反应具有化学反应控制的特征.搅拌速率对反应速率无明显影响,但通过提高反应温度、提高n(Ca)/n(Al Si)比值、减小钾长石的粒度3种途径,可以明显提高钾长石的分解率.钾长石的分解反应并不是简单的离子交换作用,而是在碱金属离子与水作用的基础上,反应物中的活化离子OH-与矿物表面的碱金属离子K ,Na ,Ca2等作用,首先形成表面富硅贫铝的前驱聚合体(SiO2·nH2O),然后这些前驱聚合体分解,生成最终产物雪硅钙石.在水热条件下钾长石的分解率最高可达89.01%.     

盐酸-氢氟酸对高铝粉煤灰中铝的浸出作用

高铝粉煤灰是一种重要的潜在铝资源。采用盐酸-氢氟酸混合酸对内蒙古准格尔矿区含氧化铝质量分数为48.83%、主要含铝矿物为莫来石和刚玉的粉煤灰进行氧化铝的联合浸出研究。研究结果表明,在盐酸和氢氟酸浓度分别为4.95 mol/L和4.93 mol/L、液固质量比为5∶1、反应温度为95℃、反应时间为3 h条件下浸取粉煤灰,氧化铝浸出率达到88.14%,氧化铝与二氧化硅、二氧化钛浸出率差值分别为33.28%、29.70%。氢氟酸溶液对强化粉煤灰中莫来石的浸出具有重要作用,但必须严格控制氢氟酸的浓度以避免氟化铝的生成而降低氧化铝的浸出率,同时减轻浸出的硅与氟结合生成氟硅酸根而加重环境负担。     

用Mehlich 3通用浸提剂法测定粉煤灰中微量元素的研究

用Mehlich 3通用浸提剂-ICP法测定了不同粒级粉煤灰中P、K、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn、B、Al、Hg、As、Cr、Cd、Pb、Tl、Ge、Se元素的含量,并与土壤进行了比较.结果表明:随着粒级的减小,粉煤灰的微量元素M3浸出值呈上升趋势,而与土壤的变化趋势相反(B元素除外).在细颗粒比例较高的粘壤土类中,适量添加200目以上粉煤灰,有利于补充土壤中P、K、Cu、Zn等营养元素.150目以上底灰施入土壤后,将增加土壤重金属污染的危险性(Pb除外).飞灰施入土壤后,将增加土壤重金属Pb、As污染的危险性.     

垃圾焚烧飞灰中重金属的药剂稳定化处理研究

以江苏某生活垃圾焚烧发电厂焚烧飞灰为研究对象,考察了硫化钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、TMT、ES有机鳌合剂5种化学药剂对飞灰重金属的稳定化效果,并选择无机药剂与有机药剂复配的方式对飞灰进行稳定化处理。结果表明:(1)5种化学药剂都对飞灰中的重金属具有一定的稳定化效果,其中有机鳌合剂效果明显优于无机药剂。无机药剂中硫化钠效果最佳,硫化钠投加量2.0%时Pb、Cd的浸出浓度均低于GB16889-2008的规定限值;有机鳌合剂中ES鳌合剂效果最佳,当其投加量为1.5%时Pb、Cd的浸出浓度可满足生活垃圾填埋场入场填埋要求。(2)ES鳌合剂和硫化钠复配使用时,当二者配比为4︰1时稳定化产物中Pb、Cd的浸出浓度低于GB 16889-2008的规定限值。     

电渗析法分离医疗垃圾焚烧飞灰浸出液中重金属

采用电渗析法分离医疗垃圾焚烧飞灰浸出液中重金属,考察了电流密度、液固比、处理时间等参数对重金属移除的影响,并分析了电渗析处理对飞灰特性、重金属形态及其浸出毒性的影响. 结果表明,电流密度0.8 mA/cm2、液固比10(w)和处理时间14 d条件下飞灰浸出液中重金属分离效果最好,11.1% Pb, 42.3% Zn, 56.7% Cd, 38.7% Cu, 7.5% Cr被移除,飞灰中大量NaCl被移除,氯含量从20.43%降低到0.78%,热灼减率从11.1%升高到34.3%,可溶态和碳酸盐态重金属含量降低,飞灰基质减少及不可溶态重金属存在导致残灰中重金属含量增加,Pb和Cd浸出浓度仍超过生活垃圾填埋场的阈值.     

粉煤灰中硅铝溶出规律及定向合成X型沸石研究

采用分光光度法测定水热合成条件下大同塔山电厂粉煤灰中硅、铝溶出量,据此调配粉煤灰水热合成沸石凝胶体系的硅铝比,在研究优化室温陈化时间、晶化温度和晶化时间等工艺参数的基础上,定向制备出X型沸石;采用氮气吸附仪、X射线衍射仪、醋酸铵法等表征沸石的比表面积、物相组成及阳离子交换容量.结果表明:水热合成条件下大同煤粉煤灰中硅、铝溶出量随时间延长先增大后减小,在14～16 min达到峰值,此时硅、铝溶出率分别为16.9％、9.1％,凝胶体系硅铝比为3.9,适宜制备X型沸石;室温陈化24 h、100℃晶化8h工艺条件下制备的沸石性能较好,比表面积为97.5 m2/g,阳离子交换容量为214.2 cmol/kg,产物主要为NaX型沸石.     

粉煤灰基沸石分子筛的合成及应用进展

煤炭在燃烧利用过程中产生大量的粉煤灰。我国粉煤灰产量高居世界第1位,由于综合利用率只有70%,仍有大量粉煤灰露天堆存,造成严重的环境污染和资源浪费。消除粉煤灰的环境污染、提高其资源化利用率对我国循环经济的发展具有重要的现实意义。我国粉煤灰的利用由早期的粗放型规模化利用逐渐向精细型高值化利用转变。由于粉煤灰中富含硅铝元素,以粉煤灰为原料合成沸石分子筛是近年来粉煤灰高值化利用的研究热点。从4个方面对粉煤灰基沸石分子筛的合成及应用展开论述。首先,介绍了粉煤灰的形成、物化性质及其危害和治理利用现状。粉煤灰是一些矿物组成不同、形态不同的颗粒的机械混合物,其性质与原煤的成分、产地和燃烧方式有关。而粉煤灰的特性是决定其综合利用方式的关键。其次,论述了粉煤灰的3种主要活化方式,包括机械活化、水热活化和碱(盐)融活化。粉煤灰中的硅铝元素主要以非晶矿物玻璃体形式存在,其表面是致密的玻璃质外壳,粉煤灰合成沸石分子筛的关键问题是如何使硅和铝被充分活化,并得到有效利用。相比于机械研磨活化和碱(盐)熔融活化,水热活化有更高的活化效率和较低的能耗。第3部分论述了粉煤灰基沸石分子筛放入水热合成方法,重点介绍了直接水热合成法、碱融-水热合成法、微波/超声波-水热合成法、晶种法和转晶法。粉煤灰合成沸石分子筛一般均基于水热合成过程,多步水热处理可提高产物纯度,辅以超声、微波、碱熔融和添加晶种等方法可提高产率、晶化速率和结晶度。转晶法可极大拓展粉煤灰基沸石的骨架类型和酸性位,是更有利的粉煤灰基沸石分子筛的制备技术。最后,概述了粉煤灰基沸石分子筛的应用。粉煤灰基沸石分子筛的应用尚处于探索阶段,主要用于环境治理领域,包括工业废水中重金属离子的吸附脱除、大气污染物的吸附脱除以及温室气体CO2吸附。     

粉煤灰活化法提取高纯硅、铝的工艺研究

以粉煤灰为原料,探讨了粉煤灰中硅铝同提的提取工艺,通过试验得出了焙烧活化和酸浸的最佳工艺条件。试验结果表明,最佳焙烧时间2h,焙烧温度为900℃,酸浸时浸出温度为200℃,硫酸浓度16mol/L,液固比为0.9:1,粉煤灰硅铝平均提取率可达到82.38%以上,表明该工艺从粉煤灰提取硅铝具有较好的效果,为粉煤灰综合提取多种元素设计了一套切实可行的工艺路线。     

硅藻土合成片状托贝莫来石及其机理研究

以硅藻土为硅质原料,采用动态水热法合成了具有良好片状结构的托贝莫来石,并研究了原料中铝组分及十二烷基硫酸钠（SDS）对产物形貌的影响及其机理。结果表明：在合成温度为200 ℃、时间为6 h、液固比为20 mL/g、SDS添加量为2.4%、搅拌转速为160 r/min条件下,可以合成出片状结构良好的托贝莫来石产物;以纯二氧化硅为硅源作为对比,当硅藻土作为硅源时,硅藻土中的含铝组分是片状托贝莫来石生成的主要因素之一;铝原子可通过对桥联四面体中硅原子的取代阻碍硅氧四面体双链的生成,进而促使晶体向片状的晶形生长;此外,十二烷基硫酸钠作为一种阴离子型表面活性剂,可与托贝莫来石（001）晶面的H—O发生键合,阻碍晶体在（001）晶面的生长,对片状晶形的生长同样具有促进作用。     

两种粘土矿物对重金属污染底泥的稳定性研究

分别向自然条件重金属污染底泥和人工污染重金属污染底泥中添加2种稳定化剂,进行熟化试验和浸出毒性试验,研究膨润土和硅藻土对高、低浓度重金属污染底泥的稳定化效果。结果表明,在一个试验周期内,膨润土和硅藻土对自然条件重金属污染底泥中重金属Cu、Pb、Cr均具有稳定化效果,且对Pb和Cr的抑制能力相似;膨润土和硅藻土对人工污染重金属污染底泥中重金属Cu和Pb的释放具有明显抑制效果,而硅藻土对Cr的释放具有一定抑制作用。     

高岭土微球上晶种法原位合成ZSM-5分子筛的研究

以HZSM-5为晶种,水热条件下考察在高岭土微球上原位晶化合成ZSM-5分子筛的碱硅比、水硅比、晶化时间、晶化温度、晶种投入量和投料硅铝比等合成条件对晶化产物的影响,并对合成的ZSM-5进行了表征。结果表明,在晶化温度170 ℃、投料硅铝比90~150、晶种投入量10%、碱硅比0.15~0.2和水硅比20的条件下晶化一定时间,在高岭土微球上成功合成出粒径（1~2） μm、结晶度40%的ZSM-5分子筛晶体。     

用稻壳灰水热合成硬硅钙石的研究

研究了用稻壳灰作硅质材料水热合成硬硅钙石。结果表明，在合理选择钙硅比、水固比、搅拌时间，反应时间、反应温度等水热合成条件的情况下，稻壳灰中的ＳｉＯ２能够与Ｃａ（ＯＨ）２反应生成硬硅钙石晶体，并且这种纤维状的晶体还能相互交织成二次球形粒子。