城市生活垃圾焚燒(MSWI)已成為全國各大城市處理生活垃圾廣泛適用的技術(shù),其焚燒過程中產(chǎn)生的MSWI飛灰由于富含重金屬、有機毒物等污染物,對自然環(huán)境與人體存在危害性,而被定義為危險廢物,必須經(jīng)過處置以達(dá)到穩(wěn)定無害化。電解錳渣是電解錳礦行業(yè)產(chǎn)生的固體廢物,不僅占用了大量的土地,而且由于其存在一定量的重金屬,具有潛在危險性,然而電解錳渣含有較高的SiO_2、Al_2O_3和其他氧化物,使其具備資源化應(yīng)用潛力。本文以MSWI飛灰和電解錳渣為主料,粉煤灰為輔料,鋸末為造孔劑,進行制備陶粒的試驗研究。通過單因素試驗確定初步陶粒原料配比和燒制工藝條件,再通過均勻設(shè)計法和正交設(shè)計法分別對陶粒配比和燒制工藝進行優(yōu)化,最后對陶粒性能、重金屬固化效果分析研究。主要結(jié)論如下:⑴以MSWI飛灰和電解錳渣為主料,粉煤灰為輔料燒制陶粒。通過單因素試驗,分析原料配比和燒制工藝條件對陶粒顆粒強度、堆積密度和1h吸水率的影響,確定初步原料配比:MSWI飛灰:電解錳渣:粉煤灰:12%:50%:38%以及燒制工藝條件:預(yù)熱溫度600℃,預(yù)熱時間20min,焙燒溫度1140℃,焙燒時間14min,并通過均勻設(shè)計法與二次多項逐步回歸模型分析優(yōu)化陶粒配方,得到陶粒優(yōu)化配比為:電解錳渣49.01%、MSWI飛灰14.46%、粉煤灰36.53%,其陶粒性能:顆粒強度為849N,堆積密度為796kg/m~3,1h吸水率為5.78%。⑵將MSWI飛灰進行水洗預(yù)處理,并添加鋸末為造孔劑混合電解錳渣和粉煤灰燒制陶粒。MSWI飛灰通過水洗預(yù)處理之后,Cl、SO_3含量百分比明顯下降,SiO_2、Al_2O_3含量相對百分比增加。通過均勻設(shè)計法與二次多項逐步回歸模型分析二次優(yōu)化陶粒配方及最優(yōu)配方驗證試驗,獲得最優(yōu)陶粒原料配比:電解錳渣:粉煤灰:水洗MSWI飛灰:鋸末:39.46%:33.45%:18.81%:8.28%,所燒制的陶粒性能:顆粒強度為828N、堆積密度為697kg/m~3、1h吸水率為10.54%;通過正交試驗獲得陶粒的最宜燒制工藝條件:預(yù)熱溫度為600℃,焙燒溫度為1140℃,焙燒時間17min。在最佳配比與最宜燒制工藝條件下制備的陶粒性能:顆粒強度為816N、堆積密度693kg/m~3、吸水率9.72%,均滿足《輕集料及其試驗方法》(GB/T17431.1-2010)所規(guī)定的普通輕集料700級技術(shù)質(zhì)量要求。⑶通過陶粒表面和剖面的微觀形貌可知,陶粒表面致密呈釉化,內(nèi)部呈現(xiàn)多孔隙結(jié)構(gòu)。通過重金屬分析,經(jīng)過焙燒后陶粒中的MSWI飛灰和電解錳渣中重金屬Zn、Cu、Cr、Cd、Pb的形態(tài)由不穩(wěn)定形態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的殘渣態(tài),陶粒的重金屬毒性浸出濃度均遠(yuǎn)低于危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB/T5083.3-2007)和填埋標(biāo)準(zhǔn)(GB16889-2008)所規(guī)定的浸出標(biāo)準(zhǔn)值。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X70
【部分圖文】：

加上我國電解錳生產(chǎn)起步晚、錳產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)落后，目前工業(yè)上使用較多的為硫酸錳溶液電解法，具體工藝如圖1.5所示。隨著錳礦行業(yè)的迅速發(fā)展，在推動國民經(jīng)濟增長的同時也帶來了嚴(yán)重的污染問題，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1t電解錳粉將產(chǎn)生約為5t-8t的電解錳渣[25]。電解錳渣是采用硫酸法來浸取氧化錳或碳酸錳制備電解錳溶液后產(chǎn)生的酸性廢渣，因錳礦原料和使用工藝不同，所產(chǎn)生的電解錳渣成分復(fù)雜，基本含有Ca、Al、Si、K、Mg、Fe、Mn等元素，此外還含有少量其它元素如Cr、Ni、Zn、Pb、Cu等危險金屬[26]。電解錳渣中有較高含量的硫酸鹽、錳和硅鋁等物質(zhì)，具有可回收再利用的價值[27]。1.2.2 電解錳渣危害發(fā)展迅速的電解金屬錳行業(yè)為中國工業(yè)發(fā)展和區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)的同時也引發(fā)了嚴(yán)重的污染。由于電解錳廢渣沒有經(jīng)過處理措施而直接堆放在土壤之上，其含有的重金屬：Mn、Cu、Zn、Cr、Ni、Pb等,經(jīng)過長時間風(fēng)化淋溶作用，使得其中大量的重金屬遷移到周邊的地表水以及地下水中，使得水體中的重金屬濃度超標(biāo)污染環(huán)境。楊愛江[28]等研究滲濾液收集井旁土壤得出

收集資料、查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)錳渣、物理、究MSWI 飛灰及電解錳渣研究國內(nèi)外現(xiàn)狀確定主要研究內(nèi)容和研究方法選取輔助材料開展實驗燒制陶粒原材料配比及工藝參數(shù)試驗陶粒形貌特征與性能測試采正方

(c)圖 3.5 焙燒時間對陶粒性能的影響Fig.3.5 Effect of calcination time on properties of ceramsite由圖（a）可知，焙燒時間由 5min 升至 15min 時，陶粒的顆粒強度有明顯升趨勢，最大達(dá)到 834N；隨后焙燒時間 15min 上升至 25min 過程中，陶粒的強度開始下降至 421N。焙燒時間過短，陶粒內(nèi)部硅鋁氧化物沒有充分時間融應(yīng)構(gòu)成硅鋁架構(gòu)，支撐陶粒強度，隨著焙燒時間的延長，陶粒配料內(nèi)部液相，使陶粒致密化，陶粒表面形成液相包裹陶粒表面，使陶粒顆粒強度增大；燒時間超過 20min，出現(xiàn)陶粒過燒現(xiàn)象如圖 3.6，陶粒液相持續(xù)增加流出，破部結(jié)構(gòu)，這是導(dǎo)致陶粒強度降低的主要原因。由圖（b）可知，隨著燒結(jié)時間增加，陶粒的堆積密度從 612kg/m3增加7kg/m3，在燒焙時間為 25min 時，陶粒已融化嚴(yán)重變形。隨著焙燒時間增加粒液相增多填充陶粒內(nèi)部空隙，增大了陶粒的堆積密度。由圖（c）可知，1h 吸水率呈現(xiàn)相反趨勢，隨著焙燒時間增加，吸水率不斷，最低達(dá)到 5.12%。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2880331