垃圾焚烧飞灰低温烧结制备多孔陶瓷体研究

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1、垃圾焚烧飞灰低温烧结制备多孔陶瓷体研究第一章绪论1.1城市垃圾现状及构成近几十年，中国经济高速发展，城市规模和人口数量迅速扩大，消费水平也在不断的提高。据统计我国城市生活垃圾年增长速度达到8%-10%，2010年，全国共清运了1.64亿吨生活垃圾，预计到2020年全国城市垃圾产量达到3.23亿吨[1]。城市垃圾排放量不仅迅速的增长，垃圾的构成和特性也随着人们生活水平的提高而发生巨大的变化。但是，城市生活垃圾中都会含有有机物和无机物，有机物主要包裹废纸、木材、水果皮、树叶和塑料等，无机物主要有建筑垃圾、废玻璃、电池和金属等。垃圾的构成和产量与城市规模、性质、地理条件、居民生活习惯和生活水平等有关

2、。........1.2城市生活垃圾处理现状在我国生活垃圾的处理方式主要有填埋、焚烧和堆肥处理，据调查，2007年末城市生活垃圾无害化处理约为62%，其中50.6%的垃圾进行填埋、9.4%被焚烧、1.6%进行堆肥处理。目前填埋是我国垃圾处理的主要方式，但是卫生填埋占用大量的土地，并容易造成二次污染，对于我国，土地资源稀少，卫生填埋不是一个好的发展方向。焚垃圾焚烧具有减容（85%～90%）、减量（70%～80%）、高温消毒、热能利用等优点，是许多发达国家处理城市生活垃圾的主要方法。我国部分经济较发达的城市，生活垃圾低位发热值较高，填埋所需的土地资源紧张，已将焚烧作为城市生活垃圾减量化、资源化及无

3、害化的发展方向。目前，我国已建垃圾焚烧装置近百座，处理能力超过5万吨/天，年产垃圾焚烧飞灰超过54万吨[2]。城市垃圾焚烧飞灰是指在烟气净化系统和热回收利用系统（如节热器、余热锅炉等）中收集而得的残留物，包括烟灰，注入的吸附剂、烟道气的冷凝产物与反应产物等[3,4,5]。垃圾焚烧过程中发生复杂的物理化学反应，通常包含蒸发、燃烧分解、熔融传质、传热等过程组成。燃烧过程中大致包含四种燃烧方式：一是蒸发燃烧，有机化合物在温度较高的情况下，融化蒸发，在空气中与氧元素发生反应而燃烧，比如垃圾中的汽油、酒精等可燃性液体，第二种是表面燃烧，固体燃料不发生融化，蒸发，直接在固体表面与空气反应燃烧，比如垃圾中的

4、木炭等。第三种是分解燃烧，垃圾受热后分解，分解产物与空气中的氧气发生反应燃烧，如垃圾中的木材、煤等。扩散燃烧，可燃气体和空气分子互相扩散混合，发生燃烧。..........第二章实验材料与方法2.1实验原料实验中使用的生活垃圾焚烧飞灰取自上海御桥垃圾焚烧厂，该厂采用炉排式焚烧炉、布袋除尘。利用XRD衍射仪、X射线荧光分析法(XRF)及SEM扫描仪等，对垃圾焚烧飞灰进行物相组成、化学成分及微观形貌进行分析。X射线荧光光谱实验（XRF）对垃圾焚烧飞灰的成分进行分析，实验结果如表2-1所示，结果表明SiO2的含量和CaO的含量分别为37.76%、33.82%。钙的含量很高有一部分原因是由于垃圾焚烧烟

5、气处理的过程中加入了CaO；此外，Na和K的含量分别为5.43%和5.90%。图2-1为垃圾焚烧飞灰的XRD图，从图中可知，垃圾焚烧飞灰的物相非常复杂，其中含有KCl、SiO2和NaCl，其他的物质大多以非晶体形式存在。可见飞灰中盐的含量较高，大量存在这种盐类对水泥固化有明显的不利影响[73]。飞灰之所以能用于资源化再利用，和其化学组成是密不可分的，飞灰中CaO和SiO2的含量极高，这些物质都是制备多孔陶瓷中必不可少的骨架成分。从表2-2中可以看出Pb、Cd和Cr的浸出浓度超过了危险废弃物的鉴别标准，属于危险废弃物。从图2-2扫描电镜照片可以看出，飞灰的颗粒尺寸都较小，都能保持在十几到30&m

6、u;m之间，能够完全通过100目筛子，有助于提高飞灰和其它配料混合均匀，并在烧结过程中保证反应的稳定性。.........2.2实验方法根据水泥砂浆配方进行混合均匀，以水灰比为3：4制成水泥砂浆，以40mm40mm160mm水泥胶沙试模（国标JC/T726-1997）将砂浆做成试块[75]。试块在室温温度下进行养护，由于本实验是对水泥固化成型技术的研究，所以测量试块抗压强度前应对试块进行预处理，在50±0.5℃下风干6h，然后再测其抗压强度。水泥固化配方如表2-5。取水泥固化体，在干燥炉中烘干6h，烘干温度为105±0.5℃，放入电炉中置于电炉（如图2-3中），升温

7、过程为110℃保温30min，然后以10℃/min升至600℃，保温30min，然后以10℃/min升至预定温度进行烧结，烧结完成后随炉温缓慢冷却至室温。实验气氛是以空气介质的氧化性气氛，烧结后随炉温缓慢冷却至室温。分别对烧结体进行烧结XRD分析、SEM分析及重金属浸出进行分析。助熔剂的加入方法：将四硼酸钠溶于热水中，然后与配好的粉体混合成浆，注浆成型。将干压好的成型体，放入电炉中置于电路中，根据