垃圾焚烧飞灰-矿渣基胶凝体系和固镉研究

本研究以城市垃圾焚烧飞灰、矿渣及脱硫石膏作为胶凝材料,以尾矿砂为骨料制取高性能胶结充填材料对飞灰中的重金属镉进行固化处理。在满足矿山充填要求及环境无害的前提下,探索飞灰-矿渣基胶凝体系制成的充填材料中飞灰的极限掺量、（胶凝材料之间的配比、飞灰-矿渣基胶凝体系的最佳料浆浓度及）矿渣的最佳比表面积,并运用X射线衍射（XRD）对制成的净浆试块进行分析。此研究为解决飞灰中有色金属镉的污染问题提供解决思路和方案,为含镉地下充填体的长期稳定性提供理论参考。     

矿渣基胶凝材料固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

以矿渣部分或全部替代水泥，与垃圾焚烧飞灰和脱硫石膏组成胶凝材料，研究随矿渣掺量变化，胶凝材料对垃圾焚烧飞灰重金属的固化效果。结果表明：随着矿渣替代水泥量的增大，净浆试块抗压强度呈现先增大后减小的趋势；当飞灰掺量为20%、矿渣掺量为70%、脱硫石膏掺量为10%时制成的净浆试块，在温度为35 ℃、湿度为95%下养护28 d，试块的抗压强度达到47 MPa，重金属元素Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn的浸出浓度均低于饮用水标准；对Pb、Cr的固化效果明显优于纯水泥胶凝体系。XRD和FT-IR检测表明：该矿渣基胶凝材料水化生成的主要产物有钙矾石、C-S-H凝胶和水铝钙石，水化产物对重金属离子有良好的包裹作用。矿渣基胶凝体系比水泥基胶凝材料体系在固化垃圾焚烧飞灰重金属方面优越性明显。     

矿渣基胶凝材料固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

以矿渣部分或全部替代水泥，与垃圾焚烧飞灰和脱硫石膏组成胶凝材料，研究随矿渣掺量变化，胶凝材料对垃圾焚烧飞灰重金属的固化效果。结果表明：随着矿渣替代水泥量的增大，净浆试块抗压强度呈现先增大后减小的趋势；当飞灰掺量为20%、矿渣掺量为70%、脱硫石膏掺量为10%时制成的净浆试块，在温度为35 ℃、湿度为95%下养护28 d，试块的抗压强度达到47 MPa，重金属元素Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn的浸出浓度均低于饮用水标准；对Pb、Cr的固化效果明显优于纯水泥胶凝体系。XRD和FT-IR检测表明：该矿渣基胶凝材料水化生成的主要产物有钙矾石、C—S—H凝胶和水铝钙石，水化产物对重金属离子有良好的包裹作用。矿渣基胶凝体系比水泥基胶凝材料体系在固化垃圾焚烧飞灰重金属方面优越性明显。     

冶金渣胶凝材料协同固化铅的试验研究

以钢渣、矿渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料,研究了铅离子浓度和养护工艺对胶凝材料固铅效果的影响,并利用XRD和SEM对固铅胶凝材料的水化产物进行了分析。结果表明,冶金渣胶凝材料相对于水泥具有更高的固铅效率。冶金渣胶凝材料水化产物中存在的多种协同作用是其固铅效率显著高于水泥的重要原因。      

矿渣基胶凝材料固化、稳定化某铅锌重金属尾矿

固化稳定化技术是目前处理重金属最重要的方法,固化材料是该技术的核心。为克服传统固化材料性能、成本等缺陷,以大宗工业固废矿渣为主要原料,制备矿渣基新型胶凝材料,胶结固化某铅锌尾矿中的重金属,考察固结体强度和铅锌离子固化、稳定化效果。研究结果表明：矿渣基胶凝材料胶结铅锌全尾砂28 d和60 d龄期强度达6.40 MPa和6.44 MPa,满足矿山充填采矿对充填体强度的要求;固化后重金属铅的浸出浓度为0.012 mg/L（28 d）和0.010 mg/L（60 d）,达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）IV类水体中规定的重金属标准限值。矿渣基胶凝材料固化稳定化重金属尾矿,实现了“以废治废”,应用前景广阔。     

碱激发磷渣基胶凝材料固化/稳定化砷钙渣

以磷渣(PS)、高炉矿渣(BFS)、复合碱激发剂(复配钠盐(CN)+氢氧化钙(CH))制备的磷渣基胶凝材料作为砷钙渣(AL)固化剂,研究其固化量对固化过程中材料性能和微观结构的影响,采用X射线衍射仪、扫描电镜和傅里叶红外光谱仪对固化体进行表征。结果表明,PS、BFS、CH质量比为70∶20∶4,CN添加量固定为PS、BFS和CH总质量的2%,AL固化量(质量分数)分别为5%、10%时,磷渣基胶凝材料抗压强度分别达67 MPa和78 MPa,较无砷组(32 MPa)显著增强,且砷浸出质量浓度均低于1 mg/L。当AL固化量为40%时,固化体抗压强度为20MPa,砷浸出质量浓度为4.34 mg/L,低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的限制浓度5 mg/L,说明磷渣基胶凝材料对AL有较好的固化效果。表征分析结果表明,AL可改变磷渣基胶凝材料的水化产物,未添加AL时,材料水化产物主要为水化硅酸钙;添加AL后,主要水化产物为水化硅酸钙、水化铝硅酸钙、水化铝硅酸钠和钙矾石。AL经固化后,固化体中有Ca₂As₂O_7<...     

冶金渣胶凝材料对镉离子的固化性能研究

以钢渣、矿渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料,研究了其对镉离子的固化效果。研究结果表明:在Cd2+浓度不高于30 mg/kg时,胶凝材料对镉离子吸附效果较好,主要是因为镉离子能够以"类质同象"的方式替代Ca2+进入钙矾石（AFt）的晶格和Friedel盐,形成含镉复盐而被固化,再加上C-S-H对镉的吸附作用,共同促使Cd2+被高效固化。研究结果对于含镉废水的治理具有重要意义。      

垃圾焚烧飞灰的固化及综合利用研究进展

垃圾焚烧飞灰作为一种危险废物,由于其中聚集着大量的重金属、二恶英、易溶盐等有毒组分,目前最有效的方法是对其进行固化稳定化处理。飞灰中CaO、Al_2O_3的存在使其具有潜在活性,从固体废弃物协同利用的角度出发,对利用矿渣基胶凝体系代替水泥固化/稳定化飞灰,作为胶结充填采矿中的胶凝材料进行展望。此外,总结了飞灰固化体中重金属离子的赋存状态,通过Tessier法和BCR法两种分析方法划分,其中残渣态在自然条件下不易释放,可在沉积物中长期稳定存在;同时描述了重金属在水泥基胶凝材料酸性介质中的浸出过程:酸迁移到液/固表面、酸穿过浸出层、在浸出边界的快速溶解、重金属穿过浸出层、重金属离子穿过液/固表面,为飞灰用作矿山充填料的安全性和浸出稳定性提供理论依据。     

赤泥基胶凝材料钙硅比对Na+固化性能的影响

运用NMR、IR等分析手段,采用结构分析的方法研究了赤泥基胶凝材料的水化过程,揭示了胶凝材料钙硅比对水化产物Na+固化性能的影响规律。结果表明,随着钙硅比的降低,在Al对Si的取代作用下,［Si(Al)O₄］结构单元聚合度增大,桥［SiO₄］、［AlO₄］四面体增多,Si以Q¹、Q²结构形式存在的C-S-H凝胶转变为具有SiQ²、SiQ³和SiQ⁴结构单元的(Na,Al)-C-S-H凝胶,利于Na⁺以化学吸附和化学固溶形式的固化。     

硫化钠球磨反应固化垃圾焚烧飞灰中的重金属

为改善垃圾焚烧飞灰中重金属含量,本试验采用硫化钠球磨反应固化垃圾焚烧飞灰中重金属。结果表明,硫化钠的最佳用量为0.125‰,球磨反应最佳时间为5 min,固化后飞灰Cd、Cr、Cu、Pb、Zn质量浓度均符合GB 16889-2008规定,其中Cd、Cr、Cu、Zn质量浓度远低于标准限值,Pb质量浓度较靠近标准限值。处理每吨飞灰硫化钠成本为0.5～0.8元,是“螯合剂+水泥固化法”成本的2.5‰左右。本方法成本低,效率高,操作简单,实用性强,为飞灰处理提供了有效路径。     

垃圾焚烧飞灰制硫铝酸钙复合水泥基材料的耐久性

以垃圾焚烧(MSWI)飞灰为主要原料,烧制了硫铝酸钙(CSA)水泥.研究了单掺或复掺MSWI飞灰、石灰石粉(LI)、粉煤灰(FA)及矿渣粉(SL)的复合CSA水泥基材料的耐久性.结果表明,与单掺10％ MSWI飞灰的CSA水泥相比,复掺20％混合材的水泥抗压强度明显提高,尤其是复掺5％ LI和15％ SL;复掺20％混合材的CSA水泥基材料的干缩、抗碳化和抗硫酸盐侵蚀性能都有一定的改善,但对抗渗性略有负面影响;随着水化龄期增长,CSA水泥净浆试样的氯离子溶出量呈降低趋势,且长龄期后溶出量渐趋稳定.     

生活垃圾焚烧飞灰中无机氯盐的分离研究

对某生活垃圾焚烧飞灰进行了球磨水洗回收无机氯盐、蒸发分离氯化钙和浮选分离钾钠混盐等无机氯盐分离工艺研究,结果表明,球磨水洗-蒸发-浮选综合工艺获得了氯化钾、氯化钠纯度分别为98.31%、96.62%,回收率均高于90%的氯化钾、氯化钠产品。     

胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰固化机理研究

为确定低成本、安全、高效处置危废城市垃圾焚烧飞灰(MSWI)的方法,以钢渣微粉、矿渣粉、脱硫石膏、垃圾焚烧飞灰和尾砂为充填材料,进行了砂浆流动性能和胶结充填料强度试验,根据胶结充填料强度确定了胶凝材料的最优配比,并通过X射线衍射(XRD),红外(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析了净浆试块的微观结构和水化产物。试验结果表明,当垃圾焚烧飞灰掺量为15%、钢渣微粉掺量为4%、脱硫石膏掺量为14%、矿渣粉掺量为67%时,料浆的流动度为260 mm,满足自流型胶结充填的流动性需求,充填料试块28 d的抗压强度为24.54 MPa,满足矿山充填强度要求;充填料试块养护28 d重金属离子浸出浓度全部低于饮水标准;冶金渣-垃圾焚烧飞灰胶凝材料水化产物主要有钙矾石、C—S—H凝胶和Friedel盐。     

垃圾焚烧飞灰的酸处理及其固化效果研究

以苏州城市垃圾焚烧灰为主要研究对象,采用磷酸、醋酸分别对其进行先陈化后酸浸的预处理,并控制酸处理飞灰的碱度p H值不低于8.0。采用水泥对其进行固化,按规范测定体系的凝结时间、无侧限抗压强度及膨胀性,结果表明:与原样飞灰水泥固化体系相比,酸处理飞灰水泥固化体系的凝结时间缩短,无侧限抗压强度接近1 MPa,对P2酸处理飞灰固化的水泥掺量达到22%后,体系无侧限抗压强度达到稳定土填埋标准(1.5 MPa);经过酸处理的飞灰胶砂体系的膨胀率明显小于原样飞灰胶砂体系。在10%水泥对酸处理飞灰固化的体系中,随着粉煤灰对酸处理飞灰替代量达到30%时,固化体系的无侧限抗压强度达到稳定土填埋标准。固化体系中Cu、Mn、Pb、Cd、Cr、Zn等重金属浸出质量浓度均远低于危险标准值。     

微波作用下的垃圾焚烧飞灰湿法稳定化研究

提出微波加热选择性浸出重金属使垃圾焚烧飞灰无害化的新工艺路线,并进行了系统的试验研究.研究结果表明,微波作用下,随着浸出剂浓度、液固比以及反应时间的增加,重金属Pb、Zn的浸出率增加;确定了微波浸出的最佳工艺条件:反应时间4 min、盐酸浓度1 mol/L、液固比25∶1,得到Pb、Zn回收率大于95.00%.微波酸浸工艺能够通过回收重金属来增加飞灰的稳定性,防止飞灰对环境的危害.     

钢渣——脱硫灰基全固废胶凝材料及其砂浆界面过渡区的研究

为提高冶金行业伴生固废的资源化利用率,将钢渣粉与烧结烟气脱硫灰复配组成全固废胶凝材料,添加粉煤灰调整其硅铝矿相组成,取三异丙醇胺（Triisopropanolamine,TIPA）作为激发剂,首先对净浆的力学性能、水化产物组成、水化产物微形貌和孔结构以及水化放热表征分析,探究矿相调整与化学激发对钢渣—脱硫灰基全固废胶凝材料水化硬化过程的影响规律。然后采用铁尾矿砂与上述胶凝材料制备全固废砂浆,考察砂浆力学性能发展规律,并探究全固废胶凝材料与固废骨料之间界面过渡区的特征。结果表明:单掺20%的粉煤灰明显促进水化硅酸钙（C—S—H）生成,使净浆14 d抗压强度提升1.86倍,但粉煤灰掺量增大至50%则对3、7 d的强度不利;单独使用TIPA激发则可帮助净浆3 d抗压强度从0.52 MPa提升至11.44 MPa,借助TIPA对铁离子的络合作用,可促进高掺量（50%）粉煤灰的全固废胶凝材料的水化,3 d抗压强度可达3.69 MPa;钢渣—脱硫灰全固废砂浆界面过渡区内Ca（OH）₂生长在C—S—H骨架中而不与骨料直接接触,矿相调整后界面过渡区出现了垂直生长在骨料表面的钙矾石...     

无熟料垃圾底灰胶凝材料研制

以垃圾底灰、粉煤灰、矿渣及脱硫石膏为主要原料,外掺少量复合激发剂,配制出力学性能符合32.5普通水泥要求的无熟料胶凝材料。首先对固体废渣的潜在活性进行测试,选取适合的激发剂配比进行试探性选择,再通过两组正交试验确定各材料对强度性能的影响,从而初步确定配合比。根据物理力学性质确定最终配合比,并且进一步研究了该配合比下的无熟料垃圾底灰胶凝材料的耐久性和环境安全性。     

基于均匀试验与智能算法的全固废充填胶凝材料制备

为了制备满足矿山要求的超细尾砂全固废充填胶凝材料, 基于均匀设计方案, 开展了全固废充填胶凝材料激发剂配比的胶结体强度试验, 结果表明, 矿渣粉配比量为全尾砂胶结充填体7 d及28 d抗压强度的主要影响因素, 脱硫石膏配比量对充填体7 d抗压强度影响较大, 而钢渣配比量影响28 d抗压强度。建立了胶凝材料配比优化模型, 利用智能算法的全局寻优, 获得低成本全固废充填胶凝材料最优配比为: 脱硫石膏20%、钢渣微粉33%、粉煤灰25%、矿渣微粉22%, 材料成本为34.92元/m³;根据该配比进行了室内制备试验, 结果显示, 充填体7 d和28 d抗压强度分别达到1.38 MPa和3.56 MPa, 并且随着反应龄期增加, 该材料体系中C-S-H凝胶和钙矾石的质量损失从3.64%增加到8.7%, 充填体强度呈增加趋势。采用该方法制备的胶凝材料能满足矿山要求。     

铁尾矿—磷渣—脱硫灰三元固废混凝土抗压性能研究

为实现铁尾矿固废材料的再生利用,提高工业固废利用率,以铁尾矿、磷渣、脱硫灰作为掺合料部分代替水泥制备混凝土,研究三元体系下钙相固废与铁尾矿协同作用对混凝土抗压强度的影响,测试不同水胶比、铁尾矿研磨时间、掺合料掺量及掺合料比例对混凝土抗压强度的影响。结果表明,混凝土抗压强度与水胶比呈正相关关系,机械研磨提高了铁尾矿的比表面积,有利于铁尾矿表面与自由水发生水化反应,30%掺量混凝土后期抗压强度较20%掺量下降不大,在铁尾矿比表面积为1 589.3 m²/kg,铁尾矿、磷渣、脱硫灰分别占胶凝材料的6%、16%、8%时制备的混凝土抗压强度最高,28 d抗压强度达到40.9 MPa。通过采用压汞法（MIP）和背散射电子成像技术（BSE）研究了混凝土的微观结构,结果表明,掺合料的掺入优化了混凝土的孔隙结构,促进了界面过渡区的发展。铁尾矿、磷渣、脱硫灰三元体系在30%掺量下对混凝土强度影响较小,可代替水泥制备混凝土。     

大宗工业固废高值建材化利用研究现状与展望

当前我国已经迈入了工业大国的行列,带动了我国社会经济的快速发展。新时期,在制定工业发展计划的同时,更需要将生态环境保护放在首要位置。在工业化发展的历史进程中,遗留了很多生态污染问题,其中工业固体废弃物的长期堆积对生态环境造成了严重地破坏。主要论述了典型大宗工业固废(铁尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣及脱硫石膏)高值建材化用的研究现状,对6种典型工业固废未来发展趋势进行了分析,并提出了高值建材化利用的可行性措施。大宗工业固废的高值建材化利用是确保我国工业可持续发展的一项长远战略方针,要想提高大宗工业固废综合利用水平,人们需要因地制宜地选择适当的工业固废处置和利用方式。在现有的政策基础上,科研单位和相关企业要进一步加强技术创新和模式创新,探索工业固废跨行业的协同处置和利用方法,为进一步提高我国大宗工业固废综合利用水平提供合理参考。