张 磊1,2,3,张亚楠4,荣 辉1,王雪平1,杨久俊1,2,3,梁瑞华5,司政凯4
前言
垃圾焚烧灰是垃圾焚烧系统中热回收系统和烟气净化系统收集的产物,因其含有重金属和二噁英等有害物质而被认为是危险固体废弃物[1]。随着越来越多垃圾焚烧发电厂的建立,产生的大量垃圾焚烧灰,将对环境和人体健康带来严重威胁,因此,对垃圾焚烧灰中有害重金属的处理有必要深入研究。垃圾焚烧灰中的重金属固化常用的一种方式是高温熔融固化,此方法实现了垃圾焚烧飞灰的玻璃化成渣,使残留的重金属进入玻璃结构的网格(Si-O等)中而被固化[2]。或将垃圾焚烧灰与其他固体废弃物在高温下熔融重构得到重构矿渣,将重构矿渣作为建筑材料掺入水泥,不仅可以消纳大量垃圾焚烧灰和矿渣,减少固体废弃物的量,并能有效固化垃圾焚烧灰中的重金属[3]。
建筑材料在正常使用过程中常常会受气候变化、化学侵蚀等因素的影响,使建筑物的外观和使用性能遭到破坏。其中,硫酸盐侵蚀被认为是最严重的盐侵蚀[4]。目前,对于垃圾焚烧灰高温重构矿渣作为建筑材料在侵蚀环境中的安全应用问题研究的很少。因此,本文在实验室条件下制备了不同冷却方式下的垃圾焚烧灰高温重构矿渣,将其以不同的掺量取代水泥,模拟自然环境中垃圾焚烧灰重构矿渣水泥复合体系在(冻融+干湿+硫酸盐侵蚀循环)环境下力学性能变化、重金属浸出特性,并对侵蚀环境下固化体的破坏机理进行分析。对比研究风冷重构渣和水淬渣水泥复合体系在侵蚀环境下的安全应用性能,提出了重构矿渣的安全应用阈值,以便为垃圾焚烧灰高温重构矿渣在建筑材料中的安全应用提供依据。
1 实验原材料
(1)垃圾焚烧灰: 采用某环保有限公司提供的城市生活垃圾焚烧飞灰,其主要矿物组成如表1和图1所示。
(2)矿渣: 采用中建商品混凝土搅拌有限公司提供的粒化高炉矿渣,经粉磨30min至一定细度的矿粉,其矿物组成如表1和图2所示,分析结果表明其主要矿物组成为玻璃体。
(3)水泥:采用唐山某水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥。
(4) 水:拌合水使用饮用水。
(5)硫酸盐:使用天津某公司生产的分析纯试剂无水硫酸钠。
张磊,张亚楠,荣辉,等.垃圾焚烧灰高温重构矿渣水泥复合体系安全应用研究[J].混凝土与水泥制品,2018(4):12-17.
ZHANG L,ZHANG Y N,RONG H,et al.Study on the Security Applications of Cement-blended Municipal Solid Waste Incineration Fly Ash Reconstructed Slag[J].China Concrete and Cement Products,2018(4):12-17.
垃圾焚烧灰高温重构矿渣水泥复合体系安全应用研究
张 磊1,2,3,张亚楠4,荣 辉1,王雪平1,杨久俊1,2,3,梁瑞华5,司政凯4
前言
垃圾焚烧灰是垃圾焚烧系统中热回收系统和烟气净化系统收集的产物,因其含有重金属和二噁英等有害物质而被认为是危险固体废弃物[1]。随着越来越多垃圾焚烧发电厂的建立,产生的大量垃圾焚烧灰,将对环境和人体健康带来严重威胁,因此,对垃圾焚烧灰中有害重金属的处理有必要深入研究。垃圾焚烧灰中的重金属固化常用的一种方式是高温熔融固化,此方法实现了垃圾焚烧飞灰的玻璃化成渣,使残留的重金属进入玻璃结构的网格(Si-O等)中而被固化[2]。或将垃圾焚烧灰与其他固体废弃物在高温下熔融重构得到重构矿渣,将重构矿渣作为建筑材料掺入水泥,不仅可以消纳大量垃圾焚烧灰和矿渣,减少固体废弃物的量,并能有效固化垃圾焚烧灰中的重金属[3]。
建筑材料在正常使用过程中常常会受气候变化、化学侵蚀等因素的影响,使建筑物的外观和使用性能遭到破坏。其中,硫酸盐侵蚀被认为是最严重的盐侵蚀[4]。目前,对于垃圾焚烧灰高温重构矿渣作为建筑材料在侵蚀环境中的安全应用问题研究的很少。因此,本文在实验室条件下制备了不同冷却方式下的垃圾焚烧灰高温重构矿渣,将其以不同的掺量取代水泥,模拟自然环境中垃圾焚烧灰重构矿渣水泥复合体系在(冻融+干湿+硫酸盐侵蚀循环)环境下力学性能变化、重金属浸出特性,并对侵蚀环境下固化体的破坏机理进行分析。对比研究风冷重构渣和水淬渣水泥复合体系在侵蚀环境下的安全应用性能,提出了重构矿渣的安全应用阈值,以便为垃圾焚烧灰高温重构矿渣在建筑材料中的安全应用提供依据。
1 实验原材料
(1)垃圾焚烧灰: 采用某环保有限公司提供的城市生活垃圾焚烧飞灰,其主要矿物组成如表1和图1所示。
(2)矿渣: 采用中建商品混凝土搅拌有限公司提供的粒化高炉矿渣,经粉磨30min至一定细度的矿粉,其矿物组成如表1和图2所示,分析结果表明其主要矿物组成为玻璃体。
(3)水泥:采用唐山某水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥。
(4) 水:拌合水使用饮用水。
(5)硫酸盐:使用天津某公司生产的分析纯试剂无水硫酸钠。
张磊,张亚楠,荣辉,等.垃圾焚烧灰高温重构矿渣水泥复合体系安全应用研究[J].混凝土与水泥制品,2018(4):12-17.
ZHANG L,ZHANG Y N,RONG H,et al.Study on the Security Applications of Cement-blended Municipal Solid Waste Incineration Fly Ash Reconstructed Slag[J].China Concrete and Cement Products,2018(4):12-17.
摘 要:将不同冷却方式(风冷、水冷)下得到的垃圾焚烧灰高温重构矿渣掺入水泥,研究了重构矿渣水泥复合体系在(冻融+干湿+硫酸盐侵蚀)循环条件下的重金属浸出性能、力学性能,并对固化体破坏机理进行分析。结果表明:①经过28次侵蚀循环后,固化体重金属浸出浓度均低于危险废物浸出毒性鉴别标准限值;②在本实验条件下制备的重构矿渣,当风冷重构渣掺量小于30%,水淬渣掺量小于50%时,固化体均能够保持结构的完整,无溃散现象,即风冷重构渣和水淬渣在建筑材料中的安全应用阈值分别为30%、50%;③在(冻融+干湿+硫酸盐侵蚀)循环条件下,固化体主要经受盐结晶压、渗透压、结冰压、钙矾石结晶破坏、石膏结晶型破坏等物理、化学破坏作用。
Abstract: The heavy metal leaching performance of reconstituted slag cement composite system under the cycle conditions of freeze-thaw + wet-dry + sulphate erosion was studied by incorporating the waste incinerated fly ash from different cooling systems (air cooling and water cooling) into cement. Mechanical propertiesand the damage mechanism of the solidified body was analyzed. The results show that: ①After 28 cycles, the leaching concentration of heavy metals in the cured solid was lower than the limit value of leaching toxicity of hazardous wastes.②When the content of water quenched slag is less than 50%, the solidified body of the reconstituted slag prepared under the experimental conditions can keep the integrity of the structure without collapsing phenomenon, that is, the safe application threshold of air-cooled remold slag and water quenching slag in building materials is 30%, 50%, respectively. ③Under the cycle conditions of (freeze-thaw + wet-dry+sulfate erosion), the solidified body is mainly subjected to salt crystallization pressure, osmotic pressure, icing pressure, crystallization of ettringite, chemical destruction.
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