首頁 > 新聞 > 正文

垃圾焚燒飛灰制備硫鋁酸鹽水泥的安全性研究

時間:2018-10-30 14:09

來源:水泥

作者:鄧愷

城市生活垃圾焚燒飛灰中常含有大量的具有高浸出毒性的可溶性重金屬,其含量比一般土壤中高10~100倍,如對這些飛灰采取簡單的填埋處理,勢必增加對生態環境的污染,嚴重威脅人類的生存和生活環境[1]。與此同時,焚燒飛灰主要化學組成屬CaO-SiO2-Al2O3體系,已有研究表明,利用焚燒飛灰輔以其他校正原料煅燒,不僅可以制備硅酸鹽水泥,還可制備以無水硫鋁酸鈣或阿利尼特等為主的節能水泥[2-5]。

QQ截圖20181030111912.jpg

本文在已有研究基礎上,采取適宜率值在低于硅酸鹽水泥熟料燒成溫度下制備硫鋁酸鹽水泥熟料,高溫去除飛灰中劇毒性有機物的同時,重點研究燒成過程中重金屬的逸放及其在硬化水泥漿體中的浸出特性,為焚燒飛灰在水泥工業中資源化利用的可行性及安全性提供依據。

1 試驗材料與方法

1.1 原材料

試驗采用垃圾焚燒飛灰的XRD圖譜見圖1。從圖1可知,其主要物相包括KCl、NaCl、Ca(OH)2、CaCl2、CaClOH、CaSO4、CaCO3、SiO2和CaO等。校正原料包括石灰石粉、鋁礬土和脫硫石膏。采用X射線熒光光譜(XRF)測得的原料化學成分見表1。

QQ截圖20181030112011.jpg

圖1 垃圾焚燒飛灰XRD分析

表1 試驗用原料的主要化學組成 %

QQ截圖20181030112006.jpg

1.2 試驗方法

在已有研究基礎上,控制堿度Cm、鋁硫比P和鋁硅比n分別為1.05、2.5和3,焚燒飛灰在原料中的摻量為30%。原材料按比例混合均勻后置于Φ30mm×50mm圓形試模中,在200kN壓力下,穩壓2min后卸壓。將所得試樣放入高溫爐中以30℃/min勻速升溫至1250℃并保溫2h。采用X射線衍射儀(XRD)和X射線熒光光譜(XRF)對燒成熟料礦物及化學組成進行分析。

將無水石膏按不同摻量與磨細硫鋁酸鹽水泥熟料充分混合,以0.3為水灰比拌合成型凈漿試樣,在(20±2)℃、相對濕度95%條件下養護至設定齡期,測試其抗壓強度,并采用XRD對硬化漿體的礦物組成進行分析。

對燒制水泥熟料和焚燒飛灰中的重金屬含量進行測定。將試樣粉磨至全部通過0.08mm的方孔篩,準確稱取粉末適量,采用HF-HNO3-HClO4聯合消解法消解后定容,使用等離子原子發射光譜儀(ICP-AES)測定各樣品中的Zn、Cu、Cd、Ni、Cr和Pb重金屬元素含量。

對含5%無水石膏的硫鋁酸鹽水泥水化28d試樣,分三組進行重金屬浸出試驗:第一組參照GB5086.2—1997《固體廢物浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》進行,硬化水泥漿體破碎并過5mm篩,顆粒隨即轉入600ml含去離子水廣口聚乙烯瓶中;第二組參照TCLP 1311(美國標準毒性浸出方法)進行,樣品準備過程與第一組相同,浸出液則采用pH值為2.8醋酸;第三組試樣則不經破碎,直接浸泡在去離子水中,并參照GB7023《放射性廢物固化體長期浸出試驗》進行。第一、二組試樣經振蕩器振蕩8h,靜置16h,第三組試樣浸泡至28d,均采用中速定量濾紙進行過濾,濾液經定容后用ICP-AES測定重金屬離子含量。

2 結果與討論

2.1 硫鋁酸鹽水泥熟料的組成

經1250℃煅燒2h后所得硫鋁酸鹽水泥熟料的XRD分析結果見圖2。由圖2可知,熟料中的主要礦物為C4A3S、C2S和少量CaSO4。表2為熟料XRF分析結果,在此基礎上結合物相組成,采用鮑格公式對熟料的礦物組成進行計算,具體結果為:C4A3S:70%;C2S:26%;CaSO4:4%。

QQ截圖20181030111959.jpg

圖2 硫鋁酸鹽水泥熟料XRD分析

表2 硫鋁酸鹽水泥熟料的主要化學組成 %

QQ截圖20181030111953.jpg

2.2 石膏對硫鋁酸鹽水泥性能的影響

石膏摻量分別為0%、5%、10%、20%時,配制硫鋁酸鹽水泥各齡期的抗壓強度見圖3。未摻石膏的試樣在水化前3d均強度太低且增長十分緩慢,但是后期強度發展較快。摻5%石膏時,各齡期強度理想,到56d時強度依然保持增長的趨勢。而石膏摻量增至10%時,雖然水化早期(1d)強度較高,但后期強度增長較慢。當石膏摻量增至20%時,各齡期強度均有所降低。

由于石膏對硫鋁酸鹽水泥水化起到至關重要作用,采用XRD對摻5%石膏硬化水泥漿體的礦物組成進行分析,結果見圖4。由圖4可知,水化3d后,漿體中便有大量AFt生成;水化28d后,C4A3S 的主要特征峰高度較3d時顯著下降,AFt特征峰略有提高。石膏摻量在很大程度上決定熟料中C4A3S 的水化程度和鈣礬石等水化產物的形成量。

不摻加石膏時,水化形成鈣礬石所需硫質來源于熟料本身,因而純熟料早期的水化速度較慢。加入石膏后,C4A3S 水化速度大大加快,但石膏摻量存在一個限值,當摻量過大時,水泥石后期強度反而發展緩慢。

這是因為在水化初期,鈣礬石生成促進了強度的發展,當水泥石達到一定的強度后,再生成的過量AFt和二次石膏會造成膨脹,使已達穩定結構的水泥石結構疏松、孔隙率增加,導致強度反而有所降低。此外,熟料中C2S持續水化也有助于水泥后期強度的穩定發展。

QQ截圖20181030111948.jpg

圖3 石膏摻量對硫鋁酸鹽水泥抗壓強度的影響

編輯:劉影

0
  • 微信
  • QQ
  • 騰訊微博
  • 新浪微博

版權聲明: 本網注明"來源:E20環境平臺"、"來源:中國固廢網"、"中國固廢網訊"等字樣的文字、圖片內容,版權均屬中國水網所有,如若轉載,請注明來源。同時本網轉載內容不代表本網觀點。

網友評論 0人參與 | 0條評論

相關新聞

010-88480317

[email protected]

湖南体彩赛直播网