氯氧镁水泥对焚烧飞灰固化作用及影响因素_王彩萍1_周明凯1_陈_潇1_杨如仙2_ (1)

文章编号:1001-9731(2013)21-0001-04

氯氧镁水泥对焚烧飞灰固化作用及影响因素

∗

王彩萍1,周明凯1,陈㊀潇1,杨如仙2,黎小保3

(1.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,湖北武汉430070;

2.中钢集团武汉安全环保研究院,湖北武汉430081;

3.中国恩菲工程技术有限公司,北京100038)摘㊀要:㊀利用氯氧镁水泥对飞灰进行固化处理,研究了氯氧镁水泥对飞灰重金属离子的固化效果及影响因素㊂结果表明,氯氧镁水泥对飞灰固化存在一个最佳摩尔比,在最佳摩尔比条件下P b 浸出浓度最低,固化率达94%;随着活性氧化镁含量上升(由28.9%提高到60.56%),P b 浸出浓度显著降低,固化率提高23.

9%,当活性氧化镁含量进一步增加时,P b 浸出浓度降低幅度减小;按摩尔比为10ʒ1,水灰比为0.3配制氯氧镁水泥,在掺量为20%的条件下,固化效果优于掺量为40%的P ㊃O 42.5水泥,且满足生活垃圾填埋标准的限值,具有很好的应用前景㊂关键词:㊀垃圾焚烧飞灰;氯氧镁水泥;重金属;固化中图分类号:㊀X 705;T U 525.9

文献标识码:A

D O I :10.3969/j .i s s n .1001-9731.2013.21.0051㊀引㊀言

同垃圾焚烧飞灰因为富集了较高浓度的有毒重金属物质,属于国家规定的危险废弃物,在进入填埋场之前必须经过稳定化/固化处理㊂硅酸盐水泥稳定化/固化技术因其固化材料易得㊁处理效果好㊁成本相对低等优势,已成为国际上较普遍采用的处理方法[

1]

㊂但是,由于硅酸盐水泥固化技术存在固化基材添加量大,造成固化产物增重㊁增容比高,限制了该法的广泛应

用[2]

,目前国内外开展了一系列新型的稳定化/固化药剂和技术的研究[3-9]

,其中以螯合剂为主,其稳定重金属的效率高,所需要的量少,但是高昂的螯合剂费用使得固化成本居高不下㊂因此寻求一种重金属浸出毒性低,固化体增容比小,经济性好的固化剂迫在眉睫㊂

目前,用氯氧镁水泥固化处理焚烧飞灰的研究未见报道,但是氯氧镁水泥具有如下的特性为其用于稳定化焚烧飞灰提供了可能:(1)氯氧镁水泥的主要的水化产物之一氢氧化镁比表面积大,吸附能力强,易从各种不同的工业废水中吸附并除去对环境造成危害的

重金属离子[10,11]

;(2)氯氧镁水泥的碱度较低有较强

的缓冲能力,浆体滤液的p H 值始终波动在8.5~9.5之间,在弱碱性范围内,重金属离子的稳定化效果最佳[12]㊂采用石灰p H 值可达12.5,用烧碱可达14,

对于锌㊁铅等两性重金属离子来说高碱性会增大重金属离子的溶出,且高碱性使得固化体对生活垃圾填埋场底部及四周边坡的防渗漏垫层腐蚀性增强;(3)氯氧镁水泥具有很高的密实度,毛细孔相对于常规水泥

小的多,硬化后具有良好的抗渗性[12

],使得重金属离

子不易渗出㊂为此,本文探究了氯氧镁水泥对焚烧飞灰的固化作用及其关键影响因素㊂

2㊀实㊀验

2.1㊀实验材料

实验所使用的焚烧飞灰取自武汉某生活垃圾焚烧场㊂焚烧飞灰样品均匀混合后,使用X 射线荧光光谱仪对飞灰样品进行分析,试样中所含的元素及其含量见表1㊂按照‘固体废弃物试验分析评价手册“中方法

3050对焚烧飞灰进行消解,

根据‘固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法“(H J /T 300-2007)[13]

对飞灰进行毒性浸出实验,采用火焰原子吸收法(F -A A S )分析消解液及滤液中所含的重金属,结果见表2㊂表1㊀焚烧飞灰的主要化学成分(质量分数,%)

T a b l e 1C h e m i c a l c o m p o s i t i o no f f l y a

s h (w t %)S i O 2C a O A l 2O 3F e 2O 3

S O 3

N a 2O M g

O P 2O 5K 2O

C l

T i O 2

烧矢量28.1719.614.015.25

5.262.65

2.78

3.13

2.20

3.94

1.09

11.10

㊀㊀飞灰中重金属离子P b ㊁C d 离子的浸出浓度均超

过了生活垃圾填埋场的污染控制标准,超标倍数分别达10.1㊁3.6倍㊂

实验采用的85轻烧氧化镁粉和菱镁矿粉来自辽

宁大石桥华亿轻烧镁厂,其中轻烧氧化镁粉中活性氧化镁含量为68.9%㊂化学成分如表3所示㊂

1

472王彩萍等:氯氧镁水泥对焚烧飞灰固化作用及影响因素∗

基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(S S 2012A A 062204

);硅酸盐建筑材料国家重点实验室(武汉理工大学)开放基金(S Y S J J 2012-03

)收到初稿日期:2013-02-19收到修改稿日期:2013-06-02

通讯作者:陈㊀潇作者简介:王彩萍㊀(1989-)

,女,山西太原人,在读博士,师承周明凯教授,从事固体废弃物处理与利用研究㊂网络出版时间：2013-10-29 15:13网络出版地址：/kcms/detail/50.1099.TH.20131029.1513.005.html

表2㊀垃圾焚烧飞灰重金属浸出特性

T a b l e 2H e a v y m e t a l s l e a c h i n gp r o p e r t i e s o f f l y a

s h 重金属离子种类垃圾焚烧飞灰中重金属离子含量

(m g /k g

)垃圾焚烧飞灰重金属离子浸出量

(m g

/L )生活垃圾填埋场污染控制标准[

14]

(m g

/L )P b

683.192.5250.25C d 23.460.540.15N i 41.420.2130.5C u 459.2721.4540Z n 1856.1519.68100C r

124.44

0.312

4.5

表3㊀轻烧镁粉与菱镁矿粉主要化学成分(%)

T a b l e 3C h e m i c a l c o m p o s i t i o no f l i g h t -b u r n e dm a g n e s i a p o w d e r a n dm a g

n e s i t e p o w d e r (%)化学成分

M g

O S i O 2

C a O

A l 2O 3F e 2O 3S O 3

P 2O 5

M n O

C l

K 2O

T i O 2

烧矢量

菱镁矿粉44.724.72

0.88

0.80

0.470.0540.020.0220.0320.050.02948.20

85轻烧镁粉86.282.991.480.36

0.400.190.040.010.060.02-8.18

㊀㊀M g C l 2㊃6H 2O 为分析纯;普通硅酸盐水泥为华新牌水泥,标号为42.5㊂2.2㊀实验方法

2.2.1㊀固化体的制备

实验时,首先将一定量M g C l 2㊃6H 2O 溶解于称量好的水中,备用㊂用水泥净浆搅拌机将一定量的焚

烧飞灰和轻烧镁粉混合体与氯化镁溶液搅拌均匀后,倒入40mmˑ40mmˑ40mm 的水泥净浆模具中振实成型,24h 后拆模,在室温下养护至7d 进行抗压强度测试和浸出实验㊂

2.2.2㊀测试方法

轻烧镁粉中活性氧化镁含量按照‘轻烧氧化镁化

学活性测定方法“(Y B /T 4019-2006)中水合法测定㊂固化体的抗压强度按‘水泥胶砂强度检验方法“(G B /T

17671-1999),采用WA Y -300全自动抗压抗折试验机测试固化体的抗压强度㊂重金属浸出浓度是检验固化效果的关键指标,浸出实验方法采用‘固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法“(H J /T 300-2007)

进行,浸出液重金属浓度用火焰原子吸收法进行测定㊂

3㊀结果与讨论

3.1㊀M g O /M g C l 2摩尔比对焚烧飞灰固化效果的影响

M g O /M g C l 2摩尔比是决定氯氧镁水泥性能的重

要参数,一般而言,M g O /M g C l 2摩尔比宜在4

~6[15]

㊂实验中用85轻烧氧化镁粉,水灰比为0.3,固化剂的掺量为40%,不同摩尔比条件下氯氧镁水泥对垃圾焚烧飞灰的固化效果见图1㊂从图1可知,随着摩尔比的增加,P b 离子浸出浓度强度均先显著降低而后缓慢上升,即固化体的强度越低,其对重金属离子固化效果越好㊂当摩尔比为10ʒ1时,P b 离子浸出浓度比6ʒ1时降低了7.5%,且比纯飞灰的浸出浓度降低94%㊂

而在该条件下,固化体的强度仍达3.5M P a

,也满足生活垃圾填埋场对强度的要求[

14]

㊂图1㊀不同摩尔比对飞灰固化效果的影响

F i g 1S o l i d i f i c a t i o n e f f e c to ff l y a

s h e sa td i f f e r e n t M g O /M g C l 2m

o l e r a t i o 3.2㊀轻烧镁粉中活性氧化镁含量对飞灰固化效果的

影响

轻烧镁粉活性是影响氯氧镁水泥性能的又一重要参数,通过在不同的煅烧制度下,对菱镁矿粉进行煅烧,得到不同活性氧化镁含量的轻烧镁粉,结果列于表

4㊂以表4中不同活性氧化镁含量的轻烧镁粉为原料,

制备氯氧镁水泥对焚烧飞灰进行固化,其中水灰比为0.3,固化剂掺量为40%,M g O /M g C l 2摩尔比为10ʒ1㊂氯氧镁水泥对焚烧飞灰的稳定化化效果如图2所示㊂

㊀㊀由实验结果可知,

随着轻烧镁粉中活性氧化镁含量的增加(由28.9%提高到60.56%),P b 浸出浓度明显下降㊂活性氧化镁含量从28.9%增大至60.56%时,P b 浸出浓度从0.84m g /L 下降至0.236m g /L ,固化率提高23.9%㊂这是因为,一方面高活性含量的轻烧镁粉晶体间有很大的空隙,结构比较疏松,对重金属

2

4722013年第21期(44

)卷