电解锰渣协同城市生活垃圾焚烧飞灰制备陶粒试验研究

发布时间：2020-11-12 05:45

　　 城市生活垃圾焚烧(MSWI)已成为全国各大城市处理生活垃圾广泛适用的技术,其焚烧过程中产生的MSWI飞灰由于富含重金属、有机毒物等污染物,对自然环境与人体存在危害性,而被定义为危险废物,必须经过处置以达到稳定无害化。电解锰渣是电解锰矿行业产生的固体废物,不仅占用了大量的土地,而且由于其存在一定量的重金属,具有潜在危险性,然而电解锰渣含有较高的SiO_2、Al_2O_3和其他氧化物,使其具备资源化应用潜力。本文以MSWI飞灰和电解锰渣为主料,粉煤灰为辅料,锯末为造孔剂,进行制备陶粒的试验研究。通过单因素试验确定初步陶粒原料配比和烧制工艺条件,再通过均匀设计法和正交设计法分别对陶粒配比和烧制工艺进行优化,最后对陶粒性能、重金属固化效果分析研究。主要结论如下:⑴以MSWI飞灰和电解锰渣为主料,粉煤灰为辅料烧制陶粒。通过单因素试验,分析原料配比和烧制工艺条件对陶粒颗粒强度、堆积密度和1h吸水率的影响,确定初步原料配比:MSWI飞灰:电解锰渣:粉煤灰:12%:50%:38%以及烧制工艺条件:预热温度600℃,预热时间20min,焙烧温度1140℃,焙烧时间14min,并通过均匀设计法与二次多项逐步回归模型分析优化陶粒配方,得到陶粒优化配比为:电解锰渣49.01%、MSWI飞灰14.46%、粉煤灰36.53%,其陶粒性能:颗粒强度为849N,堆积密度为796kg/m~3,1h吸水率为5.78%。⑵将MSWI飞灰进行水洗预处理,并添加锯末为造孔剂混合电解锰渣和粉煤灰烧制陶粒。MSWI飞灰通过水洗预处理之后,Cl、SO_3含量百分比明显下降,SiO_2、Al_2O_3含量相对百分比增加。通过均匀设计法与二次多项逐步回归模型分析二次优化陶粒配方及最优配方验证试验,获得最优陶粒原料配比:电解锰渣:粉煤灰:水洗MSWI飞灰:锯末:39.46%:33.45%:18.81%:8.28%,所烧制的陶粒性能:颗粒强度为828N、堆积密度为697kg/m~3、1h吸水率为10.54%;通过正交试验获得陶粒的最宜烧制工艺条件:预热温度为600℃,焙烧温度为1140℃,焙烧时间17min。在最佳配比与最宜烧制工艺条件下制备的陶粒性能:颗粒强度为816N、堆积密度693kg/m~3、吸水率9.72%,均满足《轻集料及其试验方法》(GB/T17431.1-2010)所规定的普通轻集料700级技术质量要求。⑶通过陶粒表面和剖面的微观形貌可知,陶粒表面致密呈釉化,内部呈现多孔隙结构。通过重金属分析,经过焙烧后陶粒中的MSWI飞灰和电解锰渣中重金属Zn、Cu、Cr、Cd、Pb的形态由不稳定形态转化为稳定的残渣态,陶粒的重金属毒性浸出浓度均远低于危险废物鉴别标准(GB/T5083.3-2007)和填埋标准(GB16889-2008)所规定的浸出标准值。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X70
【部分图文】：

加上我国电解锰生产起步晚、锰产品生产技术落后，目前工业上使用较多的为硫酸锰溶液电解法，具体工艺如图1.5所示。随着锰矿行业的迅速发展，在推动国民经济增长的同时也带来了严重的污染问题，据相关统计，每生产1t电解锰粉将产生约为5t-8t的电解锰渣[25]。电解锰渣是采用硫酸法来浸取氧化锰或碳酸锰制备电解锰溶液后产生的酸性废渣，因锰矿原料和使用工艺不同，所产生的电解锰渣成分复杂，基本含有Ca、Al、Si、K、Mg、Fe、Mn等元素，此外还含有少量其它元素如Cr、Ni、Zn、Pb、Cu等危险金属[26]。电解锰渣中有较高含量的硫酸盐、锰和硅铝等物质，具有可回收再利用的价值[27]。1.2.2 电解锰渣危害发展迅速的电解金属锰行业为中国工业发展和区域经济建设做出了巨大的贡献的同时也引发了严重的污染。由于电解锰废渣没有经过处理措施而直接堆放在土壤之上，其含有的重金属：Mn、Cu、Zn、Cr、Ni、Pb等,经过长时间风化淋溶作用，使得其中大量的重金属迁移到周边的地表水以及地下水中，使得水体中的重金属浓度超标污染环境。杨爱江[28]等研究渗滤液收集井旁土壤得出

收集资料、查阅国内外相关文献锰渣、物理、究MSWI 飞灰及电解锰渣研究国内外现状确定主要研究内容和研究方法选取辅助材料开展实验烧制陶粒原材料配比及工艺参数试验陶粒形貌特征与性能测试采正方

(c)图 3.5 焙烧时间对陶粒性能的影响Fig.3.5 Effect of calcination time on properties of ceramsite由图（a）可知，焙烧时间由 5min 升至 15min 时，陶粒的颗粒强度有明显升趋势，最大达到 834N；随后焙烧时间 15min 上升至 25min 过程中，陶粒的强度开始下降至 421N。焙烧时间过短，陶粒内部硅铝氧化物没有充分时间融应构成硅铝架构，支撑陶粒强度，随着焙烧时间的延长，陶粒配料内部液相，使陶粒致密化，陶粒表面形成液相包裹陶粒表面，使陶粒颗粒强度增大；烧时间超过 20min，出现陶粒过烧现象如图 3.6，陶粒液相持续增加流出，破部结构，这是导致陶粒强度降低的主要原因。由图（b）可知，随着烧结时间增加，陶粒的堆积密度从 612kg/m3增加7kg/m3，在烧焙时间为 25min 时，陶粒已融化严重变形。随着焙烧时间增加粒液相增多填充陶粒内部空隙，增大了陶粒的堆积密度。由图（c）可知，1h 吸水率呈现相反趋势，随着焙烧时间增加，吸水率不断，最低达到 5.12%。
【参考文献】

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本文编号：2880331