利用城市垃圾焚烧飞灰煅烧水泥熟料初探

针对垃圾焚烧飞灰化学组成上的特点,进行了利用垃圾焚烧飞灰烧制水泥熟料的探索研究,通过试验研究了其对水泥生料的易烧性、烧制的水泥熟料的力学性能和水化速率等的影响规律。研究结果表明,垃圾焚烧飞灰可以用作水泥原料从而有效地降低其处置成本,减少其对环境造成的二次污染,硬化水泥浆体水化28d时各重金属浸出量低于鉴别标准规定的指标,是一种有待开发的潜在的水泥原料资源。     

垃圾焚烧飞灰胶凝活性和水泥对其固化效果的研究

垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧后烟气除尘器收下的物质,其主要成分属CaO-SiO_2-Al_2O_3-Fe_2O体系,与目前常用的高炉矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料非常接近,因其中含有能被水浸出的重金属物质而被认为是危险废物,必须对之进行稳定及固化处理。通过试验研究了掺入垃圾焚烧飞灰的硬化水泥浆体的力学性能和水化机理,考察了水泥固化垃圾焚烧飞灰的效果,探讨了垃圾焚烧飞灰作为辅助性胶凝材料利用的可行性。研究表明:垃圾焚烧飞灰的水化反应活性较低,它的掺入在一定程度上延缓了水泥的水化过程,虽然其水化过程可以形成适量的钙矾石,对强度发展有利,但掺量较大时会显著降低水泥强度;采用水泥稳定及固化垃圾焚烧飞灰的效果良好,垃圾焚烧飞灰中重金属可以通过包容、替代或吸收等形式固化进水化产物结构中。     

城市生活垃圾焚烧灰渣胶凝活性的初步研究

介绍了利用城市垃圾焚烧底灰和飞灰制备新型辅助性胶凝材料的初步试验研究工作。研究结果表明：焚烧底灰和飞灰均可不同程度地延缓水泥的凝结硬化，但两者都具有一定的胶凝活性；与焚烧底灰相比，焚烧飞灰的活性较好，但在水泥中的掺量不宜过大；与矿渣复合可改县焚烧飞灰的胶凝活性，提高水泥浆体的强度；焚烧飞灰宁的重金属可被固化于水泥水化产物中，不会对环境造成危害，通过一定的技术措施有望将焚烧飞灰开发成一种新型水泥基材料组分应用于建筑工程。     

土壤聚合物固化飞灰与水泥固化的比较研究

本文分析了焚烧飞灰的主要化学组成,对土聚物固化城市垃圾焚烧飞灰和水泥固化飞灰的效果进行了实验研究和比较,探讨了土壤聚合物固化垃圾焚烧飞灰的机理.结果表明,焚烧飞灰主要包括Ca、Cl、Si、Al、K、S、Na等,重金属包括Zn、Pb、Cu、Cd和Cr等.在相同的条件下,土聚物固化飞灰后固化体的抗压强度明显高于水泥固化体,且表现出早期抗压强度高的特点,固化体重金属的浸出毒性远低于国家有关浸出毒性标准.     

飞灰基地聚合物固化重金属的研究现状与发展趋势

城市生活垃圾焚烧飞灰是城市生活垃圾经850℃以上高温焚烧后,再经极速冷凝形成的细小颗粒物.因其含有重金属和二噁英,已被国家列为危险废物,如若直接堆存或排放会对自然环境和人体产生极大的危害,因此需采用有效的办法对其进行固化和稳态化处理.本文归纳并介绍了城市生活垃圾焚烧飞灰的理化性质,飞灰基地聚合物固化体的表征分析结果、固化机理,以及影响其固化效率的因素,并对飞灰的资源化利用前景进行了展望.     

富含重金属的焚烧飞灰对磷酸钾镁水泥体系性能的影响

为了研究富含Pb、Cd的模拟垃圾焚烧飞灰对磷酸钾镁水泥(MKPC)性能的影响,测试了含垃圾焚烧飞灰的MKPC体系的流动度、凝结时间、抗压强度和其中重金属Pb、Cd的浸出浓度,分析了MKPC体系的水化放热特性、物相组成和微观形貌,结果表明:复合缓凝剂和适量垃圾焚烧飞灰可有效延缓MKPC浆体的凝结时间.垃圾焚烧飞灰的加入和含量增加使MKPC浆体的早期抗压强度明显降低,随着水化龄期的延长,其抗压强度逐步提高,水化28 d时,掺50％飞灰的MKPC的抗压强度仍大于20 MPa.含垃圾焚烧飞灰的MKPC浆体中Pb、Cd的浸出浓度随垃圾焚烧飞灰含量的增加而增加、随水化龄期的延长而明降低.但含50％飞灰的MKPC硬化体(28 d)中Pb、Cd的浸出浓度均满足《危险废物鉴别标准》(GB5085.3-2007)要求.     

水洗城市生活垃圾焚烧飞灰在水泥生产中资源化利用的研究现状

城市生活垃圾焚烧处理具有减容、减量、无害化程度高等特点,在我国得到了迅速发展,但焚烧过程中产生的焚烧飞灰含有毒有害成分较多,严重阻碍了其资源化利用,因此垃圾焚烧飞灰的预处理对建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。本文介绍了国内外关于城市垃圾焚烧飞灰物化性质的研究成果,重点分析了其在水泥工业中应用研究的现状,并提出在水泥工业生产中应适当提高石灰饱和系数、选择适宜水洗飞灰掺量以保证熟料质量的建议,旨在为城市垃圾焚烧飞灰用作为水泥生产的原材料进行有益的探索。此外,分析了国内外关于垃圾焚烧飞灰的水泥基材料环境安全性评价方法的研究现状,提出亟须建立一套符合建筑材料工程应用实际的重金属浸出试验方法和评价。     

垃圾焚烧飞灰中重金属固化/稳定化研究进展

为探究垃圾焚烧飞灰中重金属固化/稳定化领域的研究现状和研究方向，利用CiteSpace文献计量工具，以知网和Web of Science数据库收录的期刊作为数据来源，对近10年垃圾焚烧飞灰中重金属固化/稳定化研究领域的相关文献进行分析。分析结果指出，化学药剂螯合技术、地质聚合物固化技术和高温熔融固化技术等备受关注。传统无机化学药剂和有机螯合剂的重金属固化效果不稳定且提高了城市废弃物处置的需求。因此，广大学者聚焦于推进新型重金属固化/稳定化药剂(例如：垃圾焚烧底灰、气相二氧化硅、巯基官能化树枝状聚合物和二硫代羧基功能化四乙基五胺)的研发。地质聚合物固化/稳定化技术的研究尚在起步阶段，垃圾焚烧飞灰的添加量可能是接下来研究的重点。电阻熔融玻璃化技术因其特有的冷料层在垃圾焚烧飞灰处置领域大规模推广的潜力较大，未来在强化电阻熔融玻璃化技术的同时还需推进助熔剂的研究。综上，垃圾焚烧飞灰处理技术多样，依靠单一工艺难以彻底实现垃圾焚烧飞灰的减量化、无害化和资源化处置。因此，急需研发垃圾焚烧飞灰处置与资源化利用成套技术，以建立适应国内发展实际的垃圾焚烧飞灰处理处置与资源化利用新模式。     

不同粒径城市垃圾焚烧飞灰中重金属形态分析

城市生活垃圾焚烧处理过程中所含重金属会集中在垃圾焚烧飞灰中排出,且含量较高,因此若要安全处置垃圾焚烧飞灰必须要对其特性进行研究。不同粒径垃圾焚烧飞灰中重金属的含量不完全相同,呈现出一定的变化趋势。重金属的各种形态对其在环境中的迁移和转化也会产生一定的影响。通过分析不同粒径垃圾焚烧飞灰的重金属形态进行研究,可为其安全处理处置提供参考。     

城市生活垃圾焚烧飞灰组成特性及重金属熔融固化处理技术研究进展

近年来,我国城市生活垃圾清运量以每年5%左右的增速发展,垃圾焚烧处理能力不断提升,而垃圾焚烧过程会产生占焚烧总量3%~5%的垃圾焚烧飞灰。随着垃圾焚烧处理能力的不断提升,垃圾飞灰产量逐年增加,飞灰处置压力越来越大。城市生活垃圾焚烧飞灰作为一种高重金属浸出毒性的危险废弃物,对环境存在较大危害。论述了城市生活垃圾焚烧飞灰的组成特性及重金属的分布和性质,从飞灰熔融过程原理、重金属转化特性、重金属固化影响因素等方面阐述了熔融处理垃圾飞灰技术的研究进展,探究了飞灰组分和熔融条件对熔融过程及重金属固化效果的影响。论述了等离子熔融技术和熔融固化重金属的效果,最后对飞灰复配熔融及冷却过程优化处理给出参考性建议,并指出飞灰熔融处理技术未来发展方向。垃圾焚烧飞灰中重金属主要以其氧化物、氯化物、硫酸盐形式存在,熔融处理可以改变飞灰组分及相态,使飞灰发生多晶转变和熔融相变过程,重金属离子发生同晶置换反应,被固化在硅酸盐的Si—O四面体晶格结构中,很大程度上降低了飞灰的浸出毒性并实现熔渣资源化利用。熔融处理过程中,熔融气氛、时间及飞灰组分对过程特性和重金属的迁移转化影响较大,冷却方式不同会影响玻璃体熔渣的物理性质。根据重金属的熔点和沸点特性,在熔融处理后,烟气和二次飞灰中会携带部分挥发性强、沸点低的重金属。在今后研究中需要对烟气和二次飞灰进行冷却或二次捕集处理,并对烟气成分进行探究。由于熔融处理过程耗能大、投资高、关键设备研发难攻关,我国垃圾焚烧飞灰熔融处理技术仍处于技术研发阶段,尚无稳定化工业运行实例,但已有部分中试研究试验。熔融处理前,应先分析飞灰组成成分,根据飞灰组成进行预处理。通过添加助熔剂、调节飞灰碱度对飞灰进行复配熔融处理,降低熔融处理的能耗,高效稳定处理重金属。在实验室稳定有效试验的基础上,可以对等离子体熔融处理装置进行技术改进和创新,提高等离子火焰稳定性,实现熔渣的高效分离,提升装置耐久性。     

Effects of the incorporation of Municipal Solid Waste Incineration fly ash in cement pastes and mortars: II: Modeling

This work falls within the scope of the general problem of the assessment of concretes manufactured from waste materials. The main objective is to study the long-term evolution of these materials during leaching using the cellular automata-based hydration model developed at the National Institute of Standards and Technology (NIST). The work is based on the analysis of mortars and cement pastes containing experimental waste: Municipal Solid Waste Incineration fly ash (MSWI fly ash). After having determined the mineralogical composition of the MSWI fly ash and its interactions with cement during hydration, presented previously as Part I, the phases comprising the fly ash have been incorporated into the hydration model. The increase in porosity of cement pastes containing MSWI fly ash during leaching has then been simulated. Finally, a simplified leaching model has been developed to study the influence of the changes in microstructure on the release of calcium and sodium.     

垃圾焚烧飞灰早期胶凝活性激发研究

从城市生活垃圾焚烧飞灰在水泥混凝土材料领域中的资源化利用角度出发,采用比强度分析方法试验研究了飞灰的胶凝活性,探讨了化学激发剂对飞灰-水泥复合胶凝体系早期强度的活性激发以及相关的机理。结果表明：飞灰早期胶凝活性较低,尤其当掺量高于20％后,表现十分明显。分别掺入1％～3％的CaSO4,KAl（SO4）2,Al2（SO4）3和Na／SiO3的化学激发剂后,浆体的早期抗压强度明显提高,激发效果显著,但随龄期的延长,激发效果减弱。     

Effects of the incorporation of Municipal Solid Waste Incineration fly ash in cement pastes and mortars: I. Experimental study

This work falls within the scope of a general problem regarding the assessment of concrete manufactured from waste materials. The main objective is to study the long-term evolution of these materials during the leaching process, using the cellular automaton-based hydration model developed at the National Institute of Standards and Technology. The work is based on the analysis of mortars and cement pastes containing experimental waste: Municipal Solid Waste Incineration fly ash (MSWI fly ash). The study therefore aims to develop a methodology for assessing concrete manufactured from waste, and not to study a process or a formulation enabling the incorporation of the waste in concrete. The physical, chemical and mineralogical characteristics of MSWI fly ash were first analysed to introduce them into the model. A simplified quantitative mineralogical composition of the ash was proposed. The performance characteristics (setting times, compressive strengths, shrinkage, etc.) for mortars containing ash were then studied.     

石灰石粉-粉煤灰对水泥浆体性能的影响

通过测定水泥浆体流动度和不同龄期强度、吸水率以及化学结合水量,研究了单掺石灰石粉、粉煤灰以及石灰石粉与粉煤灰双掺对水泥浆体性能的影响.结果表明:随着石灰石粉掺量增加,水泥浆体流动度减小.粉煤灰掺量增加,水泥浆体流动度增大.粉煤灰能改善石灰石粉水泥浆体流动性.水泥浆体早期强度随石灰石粉掺量增加出现先增大后减小变化,掺量为...     

Hydration of fly ash-portland cements

Hydration products of fly ash-portland cements were studied with x-ray diffraction (XRD), differential thermal analysis (DTA) and scanning electron microscopy (SEM) as part of a continuing research effort to understand the pozzolanic activity of fly ashes. It was found that the amount of calcium hydroxide crystals in the cement pastes is diminished due to the addition of fly ash to the cement. Ettringite was produced in the early age, and the consumption of sulfate by the formation of ettringite was accelerated by the addition of fly ash. A partial conversion of ettringite to monosulfate within the first 7 days of hydration in the fly ash-portland cement pastes, but the formation of ettringite continued to form up to at least 28 days of hydration in the pastes without fly ash. Examination of the fly ash bearing pastes showed, in all cases, varying amounts of calcium hydroxide and unreacted portland cement, with minor quartz and gehlenite hydrate. It appears that hydration reactions actually occur in the fly ash cement pastes more or less on a particle-by-particle basis.     

利用城市垃圾焚烧飞灰研制阿利尼特水泥熟料

以城市垃圾焚烧飞灰(以下简称焚烧飞灰)为主要原料,在实验室电炉里成功烧成了阿利尼特水泥熟料,分析了熟料烧成所需适宜的生料组成和最佳煅烧温度,并研究了石膏掺量对阿利尼特水泥强度影响,以及阿利尼特水泥的标准稠度用水量和凝结时间.结果表明:以焚烧飞灰为主要原料合成阿利尼特水泥熟料无需外掺MgO;较适宜的生料化学组成为CaO 55%～59%,SiO2 17%～20%,Al2O3 3%～5%-MgO 0.5%～3%,Cl 8%～10%最佳煅烧温度为1200℃;添加适量石膏有助于提高阿利尼特水泥早期抗压强度;阿利尼特水泥较硅酸盐水泥有较低的标准稠度用水量和较短的凝结时间.     

粉煤灰水泥石碳化性能的化学分析

开发了一种自制测量装置。利用该装置,沿碳化深度方向,分层测定了碳化粉煤灰水泥石中CaCO3的含量。绘制了＂CaCO3含量–深度＂曲线。根据曲线特点,定义了完全碳化区、部分碳化区、未碳化区等概念和碳化程度、碳化速度等特征指标。研究了粉煤灰掺量、水胶比、龄期、养护条件、碳化前烘干处理、碳化时间、碳化湿度等对粉煤灰水泥石碳化性能的影响。结果表明：粉煤灰掺量越大,水胶比越高,龄期越短,养护环境越干燥,碳化前试件越干燥,粉煤灰水泥石的抗碳化性能越差;碳化时间越长,碳化湿度越低,粉煤灰水泥石的碳化程度越高;但碳化速度随碳化时间的增长而减慢。这些结论与文献报道的用其他方法得到的公认的结论一致。本方法还得到了更加深入的研究结果,即：粉煤灰掺量越大、粉煤灰水泥石中可碳化物质的相对含量越低;水胶比、龄期、养护条件、碳化时间、碳化湿度基本不改变粉煤灰水泥石中可碳化物质的相对含量;龄期、养护条件可改变未碳化粉煤灰水泥石中碳酸盐的相对含量。     

低品位粉煤灰的改性及其对水泥浆体强度和自收缩的影响

采用石灰石粉对低品位粉煤灰进行煅烧改性,利用X射线衍射、扫描电镜和能谱分析等方法对改性粉煤灰的矿物组成和化学组成进行表征.同时测定了掺改性粉煤灰的水泥浆体的抗压强度和自收缩,并采用背散射扫描电镜和压汞测孔仪研究了掺改性粉煤灰水泥浆体的微观结构.结果表明,粉煤灰经煅烧改性生成了水硬性矿物β-C2S,水化可生成CSH凝胶,改善了等外粉煤灰颗粒与水泥基体的界面粘接,降低了复合水泥浆体的孔隙率和自收缩,提高了复合水泥浆体的强度.