油頁(yè)巖復(fù)合灰制備微晶玻璃及其固化垃圾焚燒飛灰的研究.pdf

1、本文選取油頁(yè)巖飛灰(OSFA)為主要研究對(duì)象，在高摻雜油頁(yè)巖飛灰的情況下，將其制備成高附加值灰渣微晶玻璃，并研究了堿度對(duì)微晶玻璃性能的影響。在此基礎(chǔ)之上，從提高工業(yè)廢物在灰渣微晶玻璃中的消納量以及降低能耗角度出發(fā)，基于不周廢物的化學(xué)組成特點(diǎn)，將油頁(yè)巖飛灰和城市垃圾焚燒底灰優(yōu)勢(shì)配伍制得油頁(yè)巖復(fù)合灰，使其化學(xué)組成滿足CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)微晶玻璃的要求，然后利用油頁(yè)巖復(fù)合灰熔融后得到的復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣與油頁(yè)巖飛灰二次復(fù)合共燒結(jié)制得

2、微晶玻璃。同時(shí)，鑒于復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣較高的燒結(jié)活性和析晶能力，將其作為固化劑對(duì)城市垃圾焚燒飛灰進(jìn)行固化/穩(wěn)定化處理。其具體內(nèi)容和主要研究結(jié)論如下:
　　(1)通過(guò)調(diào)控CaO和Al2O3在油頁(yè)巖飛灰中的含量，得到具有不同堿度(CaO/SiO2)的初始玻璃配料，采用高溫熔融/水淬和一步燒結(jié)法將其制備成CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)微晶玻璃。利用Kissinger-Augis-Benne方程研究了堿度對(duì)微晶玻璃析晶動(dòng)力學(xué)的影響，并借助

3、差示掃描量熱法、X-射線衍射分析以及毒性浸出測(cè)試等方法研究了堿度對(duì)微晶玻璃的結(jié)晶相組成、微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械物理性能、耐化學(xué)腐蝕性以及重金屬毒性浸出的影響。結(jié)果表明，微晶玻璃的析晶機(jī)理為表面析晶機(jī)理，當(dāng)堿度從0.2增加到0.5時(shí)，析晶活化能從231.61kJ/mol降低到196.84kJ/mol。微晶玻璃的主晶相由鈣長(zhǎng)石(CaAl2Si2Og)轉(zhuǎn)變成鈣鋁黃長(zhǎng)石(Ca2Al2SiO7)和鈣長(zhǎng)石的多晶共存體系。微晶玻璃的抗壓強(qiáng)度值和抗彎強(qiáng)度值隨著

4、堿度的增大逐漸增強(qiáng)，當(dāng)堿度為0.5、燒結(jié)溫度為1050℃時(shí)，分別達(dá)到最大的186MPa和78MPa。微晶玻璃對(duì)酸堿溶液的抗腐蝕性能力由強(qiáng)到弱依次為:NaOH＞HAc＞H2SO4。重金屬的毒性浸出測(cè)試(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)表明，微晶玻璃浸出液中的重金屬濃度遠(yuǎn)低于US EPA規(guī)定的重金屬浸出閾值，重金屬被穩(wěn)定她固化于形成的晶格網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)環(huán)境具有良好的穩(wěn)定性和安全性。
　

5、　(2)油頁(yè)巖飛灰和城市垃圾焚燒底灰通過(guò)優(yōu)勢(shì)配伍制得復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣，然后將介穩(wěn)態(tài)的復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣與油頁(yè)巖飛灰二次復(fù)合共燒結(jié)制得微晶玻璃。通過(guò)對(duì)微晶玻璃的結(jié)晶相類型、物理機(jī)械性能（燒結(jié)收縮率、重量損失率、密度和抗壓強(qiáng)度）和耐化學(xué)腐蝕性的分析，研究了復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣添加量和燒結(jié)溫度對(duì)微晶玻璃性能的影響。研究結(jié)果表明，微晶玻璃的主晶相是鈣長(zhǎng)石和石英。燒結(jié)收縮率、密度和抗壓強(qiáng)度隨著復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣添加量的增加和燒結(jié)溫度的升高而逐漸增大，但重

6、量損失率則呈現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)。當(dāng)燒結(jié)溫度為1000℃，油頁(yè)巖飛灰在二次復(fù)合料中的含量由10％增加到30％時(shí)，復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣衍生微晶玻璃的燒結(jié)收縮率從29.61％降至17.2％，密度從2.13g/cm3降至1.73g/cm3，抗壓強(qiáng)度從139.63MPa降至35.69MPa，重量損失率從4.28％升高至8.12％。而緩慢冷卻熔渣衍生產(chǎn)品的燒結(jié)收縮率由12，43％降至10.28％,密度由1.66g/cm3降至1.55g/cm3，抗壓強(qiáng)度

7、由23.08MPa降至16.76MPa，重量損失率由10.35％升高至13.91％。此外，復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣衍生微晶玻璃的耐化學(xué)腐蝕性也強(qiáng)于緩慢冷卻熔渣衍生產(chǎn)品。這說(shuō)明介穩(wěn)態(tài)的復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣在相同的燒結(jié)溫度下具有更強(qiáng)的燒結(jié)活性和析晶能力，更易于通過(guò)結(jié)晶方式降低內(nèi)能向穩(wěn)定的結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變，燒結(jié)產(chǎn)品中的晶體體積分?jǐn)?shù)更大，微觀結(jié)構(gòu)更加緊密，產(chǎn)品的性能越強(qiáng)。在復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣衍生微晶玻璃的抗壓強(qiáng)度滿足天然大理石建材標(biāo)準(zhǔn)的情況下，對(duì)比常規(guī)路線的制備過(guò)

8、程，所提方法的能耗降低率可以達(dá)到5.91-12.53％。
　　(3)復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣較強(qiáng)的燒結(jié)活性和析晶能力使得其易于通過(guò)黏性液體流動(dòng)傳質(zhì)過(guò)程實(shí)現(xiàn)混合態(tài)粉末的燒結(jié)致密化和結(jié)晶化?；诖耍瑢⑵渥鳛楣袒瘎┡c活性較低的城市垃圾焚燒飛灰在低溫下(≤1000℃)進(jìn)行混合共燒結(jié)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)相遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中不同物質(zhì)間的相變反應(yīng)實(shí)現(xiàn)焚燒飛灰的固化和穩(wěn)定化。結(jié)果表明，復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣添加量的增加和燒結(jié)溫度的升高使得垃圾焚燒飛灰中原有晶體的衍射峰逐漸減

9、弱，燒結(jié)產(chǎn)品中出現(xiàn)鈣長(zhǎng)石(CaAl2Si2O8)、鈣霞石(Ca(Al，Si)2O4)、氯磷鈣石(Ca10(SiO4)3(SO4)3Cl2)、氯硅鋁鈣石(Ca6Al5SiO16Cl13)以及重金屬化合物等新晶體。復(fù)合型玻璃質(zhì)熔渣添加量的增加使得燒結(jié)產(chǎn)品中重金屬的殘留率逐漸增大，但其浸出濃度依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)、歐洲以及我國(guó)規(guī)定的重金屬浸出濃度閾值。氯離子由可溶鹽存在轉(zhuǎn)變成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的化合物存在是導(dǎo)致其浸出率和浸出潛力降低的主要原因，且隨著復(fù)