论文部分内容阅读
本研究以油田污泥、垃圾焚烧飞灰两种典型危险废物为原料，以黏土、市政污泥为添加剂，采用高温烧结工艺制备危废基高强陶粒。基于原料的化学成分、物相组成，探究危废掺量、烧结温度、烧结时间等烧结工艺对陶粒筒压强度、1h吸水率、堆积密度、烧失量等性能的影响，并对相应机理进行分析。通过检测危废原料和成品陶粒中重金属的含量、浸出浓度，结合SEM、XRD、BCR连续提取等测试方法探究重金属的稳定固化机理，主要研究如下：
（1）以油田污泥为主要原料，黄土、黄沙和黏土为添加剂制备陶粒，通过单因素实验探究油泥掺量、烧结温度、烧结时间三个因素对陶粒的筒压强度、1h吸水率、堆积密度、烧失量等性能的影响。其中，烧结温度对陶粒性能影响显著，随着烧结温度的升高，陶粒的1h吸水率和烧失量呈整体降低趋势，堆积密度和筒压强度先升高后降低，最终得到最佳油泥掺量为60%、最佳烧结温度为1140℃，最佳烧结时间为20min。在该工艺下，陶粒的1h吸水率为0.32%，堆积密度为1020.3kg/m3，烧失量为15.95%，筒压强度为40.992MPa。此时油泥的掺量达到最大，各项性能均满足《轻集料及其实验标准》中对高强陶粒的性能要求。
（2）以垃圾焚烧飞灰为主要原料，市政污泥、黏土为添加剂制备高强陶粒，通过单因素实验探究飞灰掺量、预热温度、烧结温度、烧结时间四个因素对陶粒性能的影响。得出垃圾焚烧飞灰的最适掺量为30%，烧结工艺为在400℃下预热30min，在1150℃下烧结20min，此时陶粒的1h吸水率为0.42%，堆积密度为975.2kg/m3，筒压强度为31.8MPa，烧失量为18.23%。采用正交实验进一步得出：在飞灰掺量30%、预热温度380℃、烧结温度1155℃，烧结时间为25min下得到的陶粒性能最佳，筒压强度为34.90MPa、1h吸水率为0.15%、堆积密度为988.2kg/m3、烧失量为18.2%。
（3）采用BCR连续提取技术结合SEM和XRD的表征探究重金属的稳定固化机理。BCR连续提取结果表明陶粒内部的重金属大多由烧结前的可交换态和可还原态等不稳定的形态转化为可氧化态和残渣态等稳定形态；SEM的表征结果显示烧结后的陶粒出现光滑有光泽的熔融玻璃相并产生针棒状的莫来石结构；XRD的表征结果可以看到有新物相莫来石或者辉石相的产生，这些结果表明陶粒中重金属是被玻璃体包裹或者被固定在新晶相中。同时对烧结前后的陶粒进行重金属浸出浓度测试，发现经过高温烧结，陶粒中各类重金属的浸出浓度都大幅度降低。进一步证实了经过高温烧结重金属可以被稳定固化在陶粒内部。
（1）以油田污泥为主要原料，黄土、黄沙和黏土为添加剂制备陶粒，通过单因素实验探究油泥掺量、烧结温度、烧结时间三个因素对陶粒的筒压强度、1h吸水率、堆积密度、烧失量等性能的影响。其中，烧结温度对陶粒性能影响显著，随着烧结温度的升高，陶粒的1h吸水率和烧失量呈整体降低趋势，堆积密度和筒压强度先升高后降低，最终得到最佳油泥掺量为60%、最佳烧结温度为1140℃，最佳烧结时间为20min。在该工艺下，陶粒的1h吸水率为0.32%，堆积密度为1020.3kg/m3，烧失量为15.95%，筒压强度为40.992MPa。此时油泥的掺量达到最大，各项性能均满足《轻集料及其实验标准》中对高强陶粒的性能要求。
（2）以垃圾焚烧飞灰为主要原料，市政污泥、黏土为添加剂制备高强陶粒，通过单因素实验探究飞灰掺量、预热温度、烧结温度、烧结时间四个因素对陶粒性能的影响。得出垃圾焚烧飞灰的最适掺量为30%，烧结工艺为在400℃下预热30min，在1150℃下烧结20min，此时陶粒的1h吸水率为0.42%，堆积密度为975.2kg/m3，筒压强度为31.8MPa，烧失量为18.23%。采用正交实验进一步得出：在飞灰掺量30%、预热温度380℃、烧结温度1155℃，烧结时间为25min下得到的陶粒性能最佳，筒压强度为34.90MPa、1h吸水率为0.15%、堆积密度为988.2kg/m3、烧失量为18.2%。
（3）采用BCR连续提取技术结合SEM和XRD的表征探究重金属的稳定固化机理。BCR连续提取结果表明陶粒内部的重金属大多由烧结前的可交换态和可还原态等不稳定的形态转化为可氧化态和残渣态等稳定形态；SEM的表征结果显示烧结后的陶粒出现光滑有光泽的熔融玻璃相并产生针棒状的莫来石结构；XRD的表征结果可以看到有新物相莫来石或者辉石相的产生，这些结果表明陶粒中重金属是被玻璃体包裹或者被固定在新晶相中。同时对烧结前后的陶粒进行重金属浸出浓度测试，发现经过高温烧结，陶粒中各类重金属的浸出浓度都大幅度降低。进一步证实了经过高温烧结重金属可以被稳定固化在陶粒内部。