鈣礬石對重金屬的固化及穩(wěn)定性研究.pdf

1、市政生活垃圾通過高溫焚燒后產(chǎn)生的垃圾焚燒飛灰，一般富集有重金屬，需要通過處置才能填埋。水泥固化是成本最低，最實(shí)用的處理技術(shù)之一。市政垃圾焚燒飛灰中含有大量的硅鋁質(zhì)，可以作為水泥生產(chǎn)工業(yè)的原材料提供硅和鋁，同時(shí)，高溫焚燒的飛灰也具有一定的膠凝活性，通過預(yù)處理后可以做為混合材使用。水泥特別是硫鋁酸鹽水泥固化重金屬主要以鈣礬石形成過程中的化學(xué)吸附或離子替代為主。因此，研究重金屬對鈣礬石形成的影響以及鈣礬石對重金屬的固化效果及穩(wěn)定性，對硫鋁酸鹽

2、水泥工業(yè)資源化利用垃圾焚燒飛灰或硫鋁酸鹽水泥處理垃圾焚燒飛灰都具有重要的意義。
　　 本文采用4CaO·3Al2O3·SO3水化法來合成鈣礬石，在4CaO·3Al2O3·SO3水化過程中引入重金屬，研究鈣礬石對重金屬的固化機(jī)理和固化閾值。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地研究重金屬-鈣礬石固化體系的穩(wěn)定性，包括碳化穩(wěn)定性，pH穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。采用硫鋁酸鹽水泥來對重金屬進(jìn)行固化，研究含重金屬硫酸鹽水泥水化特性和固化體對環(huán)境的影響，探討鈣礬石固

3、化重金屬的實(shí)際應(yīng)用。
　　 研究結(jié)果表明，CaF2可以顯著降低4CaO·3Al2O3·SO3的燒成溫度。CaF2摻量為0.3％時(shí)，4CaO·3Al2O3·SO3燒成溫度降低約100℃，CaF2摻量為0.5％時(shí)，其燒成溫度降低約200℃。但是CaF2摻量繼續(xù)增加，4CaO·3Al2O3·SO3晶粒邊緣會(huì)出現(xiàn)蝕熔現(xiàn)象，并且燒成產(chǎn)物中會(huì)出現(xiàn)12CaO·7Al2O3·CaF2。CaF2不影響4CaO·3Al2O3·SO3的水化性能，摻有

4、礦化劑的4CaO·3Al2O3·SO3，其24h水化放熱總量會(huì)顯著增加，鈣礬石形成量區(qū)別不大。
　　 鈣礬石對Zn的固化閾值會(huì)受到陰離子的影響，摻入的鋅鹽是硝酸鋅(Zn(NO3)2·6H2O)和氯化鋅(ZnCl2)時(shí)，鈣礬石對Zn的固化閾值在1.32～2.2％之間。若為硫酸鋅(ZnSO4·7H2O)，鈣礬石對Zn的固化閾值不超過1.32％。鈣礬石體系對Cu，Pb，Cr的固化閾值分別是1.32～2.2％之間，6％和0.22％。

5、r>　　 在干燥空氣環(huán)境下，重金屬-鈣礬石體系很穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生碳化分解。水固比為0.25，0.5和0.75的水溶液環(huán)境下，不論水溶液是純水還是氯化鎂溶液，經(jīng)過45d加速碳化，鈣礬石均全部分解。水固比為0.75，水環(huán)境是氯化鎂溶液，在空氣中正常碳化45d后，鈣礬石只有部分分解。浸出毒性特性測試顯示，碳化后的固化體系中重金屬浸出濃度未超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。從pH穩(wěn)定性試驗(yàn)可以得知，在pH為9.18的環(huán)境中，重金屬-鈣礬石會(huì)發(fā)生緩慢地分解反應(yīng)

6、，而在其它試驗(yàn)所涉及的pH環(huán)境下很穩(wěn)定。浸出毒性特性測試顯示，在這3種pH環(huán)境下重金屬-鈣礬石體系均能穩(wěn)定存在，固化體系中重金屬的濃度低于國家規(guī)定的濃度限值。固化體系在120℃下烘干24h后，其中的鈣礬石組分已經(jīng)全部分解。重金屬的浸出濃度并未超過國家規(guī)定的濃度限值。鈣礬石分解有可能生成含有10～13個(gè)水分子的單硫型硫鋁酸鈣，該礦物是無定形態(tài)，并無衍射特征峰，有可能這種新產(chǎn)生的礦物起到固化穩(wěn)定化重金屬離子的作用。
　　 從凝結(jié)時(shí)間

7、的測試數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，硫鋁酸鹽水泥的初凝和終凝時(shí)間都會(huì)隨著重金屬摻量的增加而遵循先減小后增大的變化規(guī)律，其中Zn造成的影響最明顯。凝結(jié)時(shí)間最小時(shí)，初凝和終凝間隔時(shí)間最短。此時(shí)，Zn，Cu和Pb對應(yīng)的摻量分別為0.22％，0.88％，1.32％。含有此摻量Zn或Pb的硫鋁酸鹽水泥的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間相對于空白樣下降約50％，而摻Cu的下降約25％。
　　 硫鋁酸鹽水泥3d和28d的抗壓強(qiáng)度隨重金屬摻量增加而變化的規(guī)律一致，隨著Zn和

8、Pb的摻量先增加后減少，抗壓強(qiáng)度最大時(shí)，對應(yīng)Zn和Pb的摻量均為1.32％；摻有1.32％Zn的硫鋁酸鹽水泥，其3d和28d抗壓強(qiáng)度相對于空白樣分別提高約55％和70％，Pb在此摻量時(shí)，3d和28d抗壓強(qiáng)度分別提高約95％和40％；摻有Cu的硫鋁酸鹽水泥的3d和28d抗壓強(qiáng)度均隨著Cu摻量的增加而增大，Cu摻量為2.2％時(shí)，3d和28d抗壓強(qiáng)度相對于空白樣分別提高約150％和85％。
　　 固化體系的毒性浸出特性測試結(jié)果顯示，固