飞灰湿式研磨对重金属吸附、固化的机理研究

发布时间：2020-07-01 23:38

【摘要】：粉煤灰和垃圾焚烧飞灰的处理/处置是目前的研究热点之一。随着我国对电力的需求量越来越大,粉煤灰的产生量迅速增加,但是前人对粉煤灰的高值利用研究较少。与此同时,全国投产的生活垃圾焚烧发电项目逐渐增加,也伴随着产生大量的垃圾焚烧飞灰。目前来说,中国比较流行的垃圾焚烧方式有两种:炉排炉和流化床焚烧方式。按照重金属含量由低到高,我国典型飞灰的排序依次是粉煤灰、流化床灰、炉排炉灰。由于炉排炉焚烧方式比较成熟,前人学者对垃圾焚烧炉排炉飞灰研究较多,对垃圾焚烧流化床飞灰研究较少。针对上述问题,本文基于湿式研磨处理方法对粉煤灰和垃圾焚烧流化床飞灰制定了不同的利用及处理方案。对于重金属含量较少的粉煤灰,本文提出一种新的粉煤灰常温常压下合成沸石的方法,并开展了沸石吸附脱除溶液中的重金属Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的研究;进一步利用高铁粉煤灰合成沸石进行Cr(Ⅵ)的吸附脱除,并对吸附过程中的影响因素及脱除机理深入研究。对于垃圾焚烧流化床飞灰,本文针对其重金属浸出及热挥发的特性,以水为介质对垃圾焚烧流化床飞灰进行湿式研磨预处理,探讨了垃圾焚烧流化床飞灰中重金属的固化机理,建立“湿式研磨-热处理”的流化床飞灰联合处理方案。首先,在碱性介质下,通过湿式研磨的方法将粉煤灰合成沸石,并以阳离子交换能力(CEC)作为评价指标,通过正交法得到该方式下合成沸石的最优工况,即NaOH浓度为4 mol/L,液固比为4,研磨时间为24 h,转速为350 rpm。XRD和傅里叶红外的结果表明,经过湿式研磨处理后,粉煤灰样品中有Na-X型沸石(Na_(4.43)Al_6Si_6O_(24)·(H_2O)_(8.882))生成,同时伴随有莫来石峰的消失和减弱,这意味着碱性介质下的湿式研磨处理过程中有莫来石的溶解,该方法对莫来石中Si和Al的利用率更高;比表面积的测试结果表明,经过湿式研磨处理后,粉煤灰的比表面积由原来的3.5 m~2/g提高到65.0 m~2/g,孔容由原来的0.01 cm~3/g增加到0.13 cm~3/g,均提高了10倍以上。进一步将湿式研磨法合成的沸石用于废水中重金属Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附脱除。结果表明,湿式研磨法合成的沸石对重金属Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)有很好的吸附脱除效果,脱除率可达到90%以上,这主要是因为合成的沸石对溶液中重金属吸附脱除后,溶液呈现强碱性,因而会存在大量的OH~-,OH~-会与重金属Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)生成Pb(OH)_2和Cd(OH)_2沉淀,发生沉淀捕集。随着反应时间、固液比以及溶液初始pH值的增加,合成的沸石对重金属Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的脱除率增加。由于表面的负电荷特性,沸石对以阴离子基团Cr_2O_7~(2-)存在的Cr(Ⅵ)脱除效果较差。根据合成沸石对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附脱除数据分析,沸石中低价的磁性氧化铁在吸附脱除Cr(Ⅵ)的过程中发挥了重要作用。因此本文通过湿式研磨法将高铁粉煤灰合成沸石并溶液中Cr(Ⅵ)吸附脱除。结果表明,沸石对Cr(Ⅵ)的最大脱除量提高到1.549 mg/g,与原粉煤灰相比提高了92.90%,这是因为在溶液中具有还原性的低价铁将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),在碱性溶液中,Cr(Ⅲ)与OH~-结合生成Cr(OH)_3沉淀,发生沉淀捕集。并且沸石对以阳离子形式存在的Cr(Ⅲ)具有较好的脱除效果,促进了Cr(Ⅵ)向Cr(Ⅲ)的转化,增强吸附脱除效果。针对垃圾焚烧流化床飞灰,本文通过湿式研磨的方法以水为介质对飞灰进行预处理。结果表明,经过湿式研磨预处理后,飞灰样品中的重金属Cr和Cd的浸出比例分别降低为1.50%和3.04%,降低幅度分别达到77.94%和65.96%,其他三种重金属的浸出比例也有一定程度的降低。经过湿式研磨预处理后流化床飞灰中重金属Cu在750℃和1050℃时的挥发率分别降低了79.35%和88.06%,重金属Pb,Zn和Cd的热挥发率降低幅度接近100%。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X705;X773
【图文】：

形貌,粉煤灰,形貌,颗粒物

科技大学博士学位论到，粉煤灰由实心球、空心球以及不规则的未燃尽、石英和磁铁矿[3, 4]。粉煤灰颗粒在煤粉的焚烧过程为焦，然后焦在更高的温度下燃烧；在高温下，粒而释放出来，与此同时，矿物质会进行分解而转化灰颗粒。通过均相冷凝形成的灰颗粒粒径在 0.02~0.的颗粒物的粒径主要是介于 0.2~10 μm 之间，而外转化，形成粒径在 10~90 μm 之间的颗粒物[5, 6]。粉要包括低密度的组成部分、碳质成分以及含铁的磁所燃烧的煤的类型以及燃烧条件。

消耗量,煤灰,地质

我国煤炭消耗量（2007~2016）

【参考文献】