利用污泥、铅锌渣制备硅酸盐水泥熟料时重金属的挥发与固化

发布时间：2017-08-17 14:24

  本文关键词：利用污泥、铅锌渣制备硅酸盐水泥熟料时重金属的挥发与固化

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【摘要】：水泥工业协同处置固体废弃物时,固废不仅可作为替代原料,还可使其热值得到充分利用,是固废减量化、无害化、资源化利用的重要手段之一,也是实现水泥工业可持续发展的重要举措。废弃物通常含有Pb、Cd、Cu、Zn等微量有毒有害重金属组分,有可能影响水泥生产,因此研究重金属的迁移、转化行为已成为水泥窑协同处置固废领域的热点。现有研究多关注于重金属在水泥熟料中的固溶量、固溶极限与存在状态,但对协同处置过程中重金属的挥发特性尚缺乏深入系统研究。本文以城市污泥(典型城市废弃物)、铅锌渣(毒性大、难以处置的工业废弃物)为对象,研究了协同处置对水泥熟料烧成的影响以及烧成过程中重金属组分(Pb、Cd、Cu、Zn)的挥发与固化行为,以期为水泥窑协同处置污泥、铅锌渣的安全性和环境影响提供科学依据。获得具体研究成果如下:(1)污泥、铅锌渣的掺入对水泥熟料烧成与性能的影响。污泥中重金属组分可降低碳酸盐分解温度,但熟料烧成温度提高,并使水泥水化放热峰稍有延迟,放热总量减小;随污泥掺量的增加,熟料中B矿增多、A矿减少,A矿尺寸增大、形状不规则且熔蚀严重。铅锌渣掺量少于6.2%时,能降低液相出现温度,有利于固相反应和熟料的烧成,A矿包裹物少、边缘被熔蚀,B矿也易被中间相熔蚀,熟料水化放热峰略有延迟,但放热总量受影响不大。(2)煅烧温度对水泥熟料烧成过程中重金属组分挥发的影响。对于高挥发性重金属Pb和Cd,随温度升高其挥发率逐渐增加,1450℃时挥发率均高于80%。对于难挥发性重金属Cu和Zn,在600~1300℃,其挥发率随温度升高而增加;而在1300~1450℃,由于液相量急剧增加,大部分Cu和Zn固溶于熟料矿物或生成难挥发化合物,导致其挥发率降低,1450℃时挥发率均小于30%。(3)污泥、铅锌渣掺量对重金属挥发特性的影响。污泥掺量小于15%时,Cu、Zn的挥发率随掺量增加而增大;污泥掺量超过15%时,Zn挥发率随污泥掺量增加继续增大,但增幅减小并趋于平缓,而Cu挥发率则逐渐下降;Pb、Cd无明显规律性变化。随铅锌渣掺量的增加,Pb、Cd、Cu、Zn挥发率变化趋势类似,均先减小后增加。(4)率值对熟料中重金属固化量的影响。增大石灰饱和系数(A矿含量增加),减小硅率(液相量增加)和减小铝率(C4AF含量增加,液相粘度降低)均有利于熟料对重金属组分的固化,减少挥发。(5)重金属在水泥熟料中的分布与存在状态。Pb、Cd、Cu大部分固溶在硅酸盐矿物中,固化量分别为1.85mg/g、4.12mg/g、6.14mg/g,Zn主要固溶于铁铝酸盐矿物中(25.61mg/g);水泥熟料中,Pb2+、Cd2+能取代熟料矿物中的Ca2+,以硅酸盐、铝酸盐、铁铝酸盐的化学形态存在。基于本文研究结果,建议在利用水泥窑协同处置废弃物时,城市污泥投加量宜小于10%、铅锌渣投加量宜小于2.5%。本研究为水泥窑协同处置污泥、铅锌渣技术的进一步研发提供了基础数据,对水泥工业可持续发展、城市垃圾和危险废弃物处置具有一定的参考价值。
【关键词】：协同处置 重金属 挥发 固化 污泥 铅锌渣
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ172.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 固体废弃物的产生与处置现状11-14
• 1.1.2 水泥窑协同处置固体废弃物现状14-15
• 1.2 水泥窑协同处置固体废弃物过程中重金属组分的迁移15-19
• 1.2.1 固体废弃物中的重金属15-17
• 1.2.2 水泥窑协同处置过程中重金属组分的挥发17-18
• 1.2.3 水泥窑协同处置过程中重金属组分的固化18-19
• 1.3 尚存问题19-20
• 1.4 研究目的及意义20
• 1.5 研究内容20-21
• 第二章 原材料与试验方法21-29
• 2.1 原材料21-24
• 2.1.1 水泥原料21
• 2.1.2 化学试剂21
• 2.1.3 污泥、铅锌渣21-24
• 2.2 水泥熟料样品制备24-26
• 2.3 试验方法26-29
• 第三章 污泥、铅锌渣对水泥熟料烧成与水化的影响29-38
• 3.1 污泥、铅锌渣对水泥熟料烧成的影响29-32
• 3.1.1 熟料烧成过程29-30
• 3.1.2 熟料烧成质量30-32
• 3.2 污泥、铅锌渣对水泥熟料矿物组成与形貌的影响32-35
• 3.2.1 矿物组成32-34
• 3.2.2 矿物形貌特征34-35
• 3.3 污泥、铅锌渣对水泥熟料水化的影响35-36
• 3.4 本章小结36-38
• 第四章 重金属组分在熟料烧成过程中的挥发38-48
• 4.1 煅烧温度对重金属组分挥发的影响38-40
• 4.2 污泥掺量对重金属组分挥发的影响40-42
• 4.3 铅锌渣掺量对重金属组分挥发的影响42-44
• 4.4 水泥熟料矿物组成与重金属组分挥发的关系44-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第五章 重金属组分在熟料矿物中的分布48-56
• 5.1 熟料矿物中重金属的分布48-49
• 5.2 熟料矿物中重金属的固化量49-51
• 5.3 熟料矿物中重金属的化学形态51-53
• 5.4 重金属组分在水泥熟料中的固化机理53-55
• 5.5 本章小结55-56
• 结论56-58
• 研究成果56
• 展望56-58
• 参考文献58-63
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果63-64
• 致谢64-65
• 附件65

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本文编号：689497