大创项目结题研究总结报告.doc

沈阳航空航天大学创新创业训练计划 项目研究报告 项目名称： 物质演变规律的影响 申请人： 张 桢 浩 所在： E-mail: cjq550792034@163.com 联系电话： 指导教师： 申请时间： 1 项目研究目的及意义 随着城市化建设的推进，生活垃圾处理已成为改善人们生活环境和实现城市可持续发展亟待解决的问题。目前，中国城市生活垃圾处理方式为卫生填埋、堆肥和焚烧。焚烧具有减容性明显、减量化显著和能量可回收利用三大优势，现已成为高热值生活垃圾规模化处理的首选方式。在2006-20年间，中国城市生活垃圾焚烧厂由69座增加到座，其年处理量由1137.6万吨增加到万吨。按固体残渣产率30-35wt%计算，2009年中国生活垃圾焚烧灰渣排放量约为-1621.8万吨。随着城市生活垃圾焚烧量的增加，排放大、堆存量大的焚烧灰渣占用大量的土地资源并对周围环境和人体健康造成潜在污染和威胁。2008年中国环境保护部公布的《国家危险废物名录》指出：生活垃圾焚烧飞灰是一种对自然环境具有毒性污染的危险废物。生活垃圾焚烧飞灰含有大量高浸出毒性的重金属及化合物和高毒性当量的二噁英类污染物，其稳定化处理和高附加值利用对我国固体废弃物综合利用水平提高具有积极推动作用。 然而在熔融处理技术中，氧化物的添加对熔融过程中矿物的种类影响较大。对于含有碱金属的多元氧化物而言，熔融时碱金属离子会进入灰渣中矿物质晶体，破坏硅氧四面体或铝氧四面体中的桥氧键（Si—O—Si），从而改变分子结构，即生成新的矿物组成。借助量子化学理论，开展多元氧化物熔融过程的定量结构与性能/性质关系（QSAR/QSPR）研究揭示掺入物对CaO-Al2O3-SiO2（CAS）三元系物质行为的影响组成 CaO Cl Na2O K2O SO3 SiO2 Al2O3 MgO P2O5 Fe2O3 原灰 47.52 17.67 10.69 7.81 6.10 4.14 1.41 1.10 0.90 0.89 1.76 40.09 14.91 9.02 6.59 5.15 19.14 1.19 0.92 0.76 0.75 1.49 24% 37.61 13.98 8.46 6.18 4.83 24.14 1.11 0.87 0.71 0.71 1.39 29% 35.13 13.06 7.90 5.78 4.51 29.14 1.04 0.81 0.66 0.66 1.30 34% 32.65 12.14 7.34 5.37 4.19 34.14 0.97 0.75 0.61 0.61 1.21 39% 30.17 11.22 6.79 4.96 3.88 39.14 0.89 0.70 0.57 0.57 1.12 44% 27.69 10.30 6.23 4.55 3.56 44.14 0.82 0.64 0.52 0.52 1.03 对六组配灰分别用灰锥法测出其熔点，并在各自熔点下熔融30分钟，水淬、烘干得到基础玻璃渣，用DSC测出六组玻璃渣的晶化温度和核化温度，将经过析晶处理微晶玻璃样品进行XRD分析（扫描角度为10-60o，扫描速度为2 o /min）。从图1中可以看出，主晶相随着SiO2含量的不同而改变，当SiO2含量在19%时，生成矿物的晶相主要为假硅灰石、钙铝黄长石和钙铁榴石；随着SiO2含量的增加，当SiO2含量在24%时，生成矿物的主晶相仍为假硅灰石、钙铝黄长石，且硅灰石、硬石膏的含量有所增加，钙铁榴石的含量下降。当SiO2含量在29%-34%时，微晶玻璃的主晶相变为硅灰石，此时钙铁榴石已经消失；当SiO2含量在39%时，生成矿物主晶相仍为硅灰石，此时出现了方石英；当SiO2含量在44%时，主晶相没有改变，但次晶相已经演变成了方石英。 图1 微晶玻璃的XRD图 3 基于量子化学理论的多元氧化物熔融QSAR/QSPR研究 3.1矿物晶体分子结构模型构建 图2 硅灰石分子结构 图3 钙铝黄长石分子结构 图4 假硅灰石分子结构