城市生活垃圾焚飞灰特性与资源化利用--烧制轻质陶粒研究.pdf

Characterization of MSWI Fly Ash and Its Utilization ——sintered lightweight ceramsite A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Doctor’s Degree of Engineering By Tan Wenfa Supervised by Prof. Wang Li’ao Specialty: Environmental science and engineering College of Resources and Environmental Sciences of Chongqing University, Chongqing, China April 2013 中文摘要 摘 要 随着城市生活垃圾焚烧（Municipal Solid Waste Incineration ）事业在国内的迅 速发展，MSWI 飞灰的产量呈明显增加的趋势。由于垃圾组分比较复杂，垃圾中 所含有的重金属、有机毒物等污染物在焚烧过程中发生迁移和转化，使 MSWI 飞 灰中富集了较高浓度的重金属、难降解有毒物质。若将 MSWI 飞灰直接进行填埋 或处理不当，在自然环境下由于酸雨等因素的作用，污染物将逐渐渗滤出来，重 新进入环境，污染地下水源、危害人类。因此被国家列为危险废弃物，必须进行 特殊的处理。这已经成为一个目前必须面对的突出问题和固废处理领域的研究热 点。 本文基于 MSWI 飞灰的化学组成、元素组成及焙烧性质，综合考虑原料来源 及制备轻质陶粒对原料性质的要求，确定采用 MSWI 飞灰、页岩和锯末进行制备 轻质陶粒资源化技术研究，解决 MSWI 飞灰中重金属污染问题，也为资源化利用 提供实践的可行性。首先通过 XRF 、XRD 、粒径分析仪、SEM、FT-IR 及 AAS 等 手段对 MSWI 飞灰、页岩及锯末的化学组成、粒径分布、物相组成、化学基团、 重金属毒性等基本特性进行全面表征、并借助比表面积孔径测试仪、SEM 及 TG-DSC 等手段对原材料的比表面积及孔径、微观结构和热反应动力学特性进行表 征。 运用有约束的均匀设计方法分析原辅料配比对烧成陶粒颗粒强度、表观密度 和 1hr 吸水率的影响；再通过正交实验开展三叶旋转窑烧制轻质陶粒的焙烧工艺参 数最优化研究，探索焙烧工艺参数影响陶粒主要产品性能品质的变化规律；最后 结合研究所得烧制轻质陶粒的最佳原材料质量配合比以及烧制轻质陶粒的三叶旋 转窑焙烧工艺参数，开展烧制轻质陶粒的放大实验研究；利用 SEM-EDS 观察陶粒 产品的微观结构特征、分析其微区元素含量；利用 XRD 、FT-IR 及 AAS 等技术手 段分析轻质陶粒物相形成、化学基团变化和重金属固化效果；根据烧成动力学理 论分析陶粒烧成机理，建立热反应动力学模型并求解最概然机理函数。全面分析 了陶粒产品的建材特性品质和环境安全性指标，并对轻质陶粒在混凝土中的应用 做了尝试。 通过以上各方面的研究得到以下主要结论： 1）供试MSWI 飞灰大部分呈现细小无定形灰色颗粒状，烧失量 27.08% ，吸脱 附等温线呈 S 型属于Ⅱ型等温线类型。主要含有Zn、Pb、Cu、Cd、Cr、Hg 等重 金属，主要的物相为 KCl、NaCl 等可溶性盐类以及 SiO 、CaSO 和铝硅酸盐晶体。