垃圾焚烧飞灰微晶玻璃化及Cr固化机理

垃圾焚烧飞灰微晶玻璃化及Cr固化机理

垃圾焚烧是我国城市生活垃圾的主要处理方式之一,其环境问题备受关注。垃圾焚烧飞灰因富含铅、锌、铬、铜等重金属元素,已被列入《国家危险废物名录》(2016版),为HW772-002-18危固。垃圾焚烧飞灰一般采用防渗填埋、水泥固化、熔融固化等方式处置,存在有毒重金属浸出风险。垃圾焚烧飞灰无害化处置资源化利用已经成为亟需研发的重要课题。本研究以生活垃圾焚烧飞灰为原料,废玻璃、粉煤灰、钢渣、酸洗污泥和挥发窑渣等为添加料,制备了多种类型的微晶产品,研究了碱度对微晶玻璃析晶的影响,构建了微晶玻璃快速

析晶模型,揭示了 Cr在微晶玻璃中的固化机理,主要结论如下:以垃圾焚烧飞灰、不锈钢渣和粉煤灰为原料,研究了碱度对透辉石微晶玻璃的影响。基于垃圾焚烧飞灰的高Ca低Si的化学组成特点,调控(Ca+Mg)和(Si+Al)在混合料中的比例,采用高温熔融热处理技术制得了CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃。系统研究了碱度

(Ca+Mg)/(Si+Al)的变化对微晶玻璃析晶动力学、桥氧含量、结晶相组成、微观结构、机械物理性能、耐化学腐蚀性的影响。结果表明,当碱度从1.2降低到0.9时,桥氧含量增加,玻璃网络的聚合度增加。硅氧四面体与三个桥氧相连接的结构单元的含量增加致聚合度增加、析晶活化能增加。微晶玻璃的硬度和抗弯强度随碱度的降低而降低,碱度为1.2时,微晶玻璃的抗弯强度、耐酸度和耐碱度分别为120.4 MPa、≥99%和≥99%,均高于《工业用微晶板材》(JC/T 2097-2011)

规定的抗弯强度≥70 MPa、耐酸度≥96%和耐碱度≥98%的要求。以垃

圾焚烧飞灰和底灰为原料,以铅挥发窑渣为发泡剂,Na3PO4为稳泡剂,制备了泡沫微晶玻璃。实验结果表明,68wt%垃圾焚烧飞灰、17wt.%

底灰、10wt.%铅挥发窑渣和5wt.%Na3PO3的原料,经球磨后混合后在1150℃保温1h所制备的试样具有较优的综合性能,气孔直径为0.3～1.2mm,表观密度为0.92 g/cm3,孔隙率为70.45%,吸水率为10.21%,抗压强度为12.33 MPa。本研究为垃圾焚烧灰协同处置铅挥发窑渣并高值化利用提供了新的解决方法。建立了“快速析晶”模型,阐明了快速析晶的分相-形核-晶体生长机制。基础玻璃分相过程中,Na+和

K+降低了玻璃网络聚合度,加速了基础玻璃的分相,提高了透辉石主

晶相的形核驱动力,主晶相与玻璃相界面处形成富Na+和K+的扩散层,缩小形核温度和晶化温度差,使形核与晶体生长在相同温度下连续进行。提高扩散层中Na2O的含量,可促进玻璃网络的进一步解聚。随着Na+从0.10mol增加到0.14mol,基础玻璃中的晶粒数量增加了 3.5倍,但是使得晶体颗粒周围快扩散层中Si-O-Na键的含量相对变少,反而抑制了晶体的生长。研究了Cr在微晶玻璃中的固化机理。Cr在于辉石相中形成置换固溶体,被固化在微晶玻璃中,多余的Cr以镁铬尖晶石MgCr2O4的形态被固化在晶相中,这两种晶相都不易被环境中H+置换浸出。微晶玻璃中Cr2O3的含量达到16.6wt%时,Cr的浸出量为0.72mg·L-1,低于TCLP标准限值(5mg·L-1)。