城市垃圾焚燒飛灰制阿利特羅水泥熟料試驗研究

城市垃圾焚燒飛灰制阿利特羅水泥熟料試驗研究

目前，中國城市垃圾年增長率超過10%，比世界平均增長率高1.6%。它是世界上城市垃圾污染最嚴重的國家之一。城市垃圾的快速增長是中國未來可持續(xù)發(fā)展的難題之一。城市垃圾焚燒處置方法憑借減容化、減量化效果好、無害化程度高以及資源、能源再利用等優(yōu)點,在垃圾處置技術(shù)中所占的比重迅速增加MSWI飛灰的無害化處置對于城市垃圾焚燒技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用具有重要意義我們在前期研究中1原材料和試驗方法1.1石灰粉、礦渣粉、粉煤灰的主要成分試驗中所用MSWI飛灰來自某垃圾焚燒廠,其主要成分見表1;石灰石粉為市售;礦渣粉來自上海某新型建筑材料公司;粉煤灰取自上海吳涇火電廠。石灰石粉、礦渣粉和粉煤灰的主要成分見表2。二氧化硅、氧化鋁、氯化鈣、二水石膏等為化學試劑。1.2測試方法1.2.1mswi飛灰制備阿利尼特水泥熟料本研究參考了許多文獻資料,并在大量前期試驗研究的基礎(chǔ)上,確定了MSWI飛灰研制阿利尼特水泥的原料配比及率值(見表3)。原料按設(shè)計配比混合均勻(其中CaCl1.2.2抗壓強度和凝結(jié)時間為了研究石膏對MSWI飛灰阿利尼特水泥性能的影響,試驗阿利尼特水泥熟料粉末中,摻入不同摻量(0、3%、5%和10%)的二水石膏(代號為DG),混合均勻,制成阿利尼特水泥(分別記為AF100,AF97DG03,AF95DG05和AF90DG10)。根據(jù)制備水泥的標準稠度用水量,試驗采用水灰比0.23,成型1cm×1cm×1cm凈漿試樣,標準養(yǎng)護至設(shè)定齡期,測試其抗壓強度。試驗優(yōu)選阿利尼特水泥試樣AF95DG05,以PC32.5R水泥作為對照,參照GB/T1346—2001《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》,測試其標準稠度用水量和凝結(jié)時間。為更好地利用固體廢棄物,特別是探索MSWI飛灰作為水泥混合材的應(yīng)用,筆者還研究了不同混合材對阿利尼特水泥性能的影響。試驗設(shè)計水泥組成配比見表4。參照GB/T17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》,以水膠比0.5、砂膠比3∶1,成型4cm×4cm×16cm的膠砂試樣,水養(yǎng)至設(shè)定齡期,測試其抗壓強度。2結(jié)果與討論2.1利尼奧爾特的固有特征2.1.1熟料的成分特征阿利尼特熟料的燒成樣品及SEM形貌分析見圖1。由圖1(a)可見,MSWI飛灰燒成的阿利尼特熟料的礦物在外觀上呈灰黑色,表面帶白色亮點。從熟料的外觀特征來看,熟料在燒成過程中有明顯的液相形成。從SEM照片可以看出,阿利尼特熟料呈片狀、柱狀等不規(guī)則的多面體[見圖1(b)],熟料礦物有明顯的平行晶紋特征[見圖1(c)];阿利尼特熟料礦物由燒結(jié)體與大量不規(guī)則的孔洞組成,其成因可能是由于高溫液相的溶蝕所致,燒結(jié)體呈三維網(wǎng)絡(luò)狀骨架,其骨架呈不規(guī)則的形狀,有呈葡萄狀的形貌[見圖1(b)],在較高倍的放大鏡下,其形貌清晰可見。2.1.2mswi飛灰取代部分水泥熟料的物相阿利尼特熟料的XRD分析見圖2。從圖2可知,利用MSWI飛灰取代部分水泥生產(chǎn)原料配料燒成的水泥熟料,其物相主要包括阿利尼特相(Alinite)、硅酸二鈣(C2.2阿利尼特水泥的性能石膏摻量對阿利尼特水泥硬化漿體抗壓強度的影響見圖3。由圖3可知,摻二水石膏的阿利尼特水泥試樣均比未摻石膏的試樣抗壓強度高,表明石膏可以激發(fā)阿利尼特水泥熟料的水化活性并加速水化。MSWI飛灰制阿利尼特水泥強度發(fā)展較快,是一種早強水泥。在早期,添加5%二水石膏的試樣較石膏摻量3%和10%的試樣具有更高的抗壓強度,表明石膏的添加量存在一個適宜值。優(yōu)選阿利尼特水泥試樣AF95DG05,以PC32.5R水泥作對照,其標準稠度用水量和凝結(jié)時間見表5。由表5可知,阿利尼特水泥比對照PC32.5R水泥有較低的標準稠度用水量;在標準稠度用水量下,其凝結(jié)時間遠小于對照的PC32.5R水泥。因此,MSWI飛灰制備的阿利尼特水泥具有開發(fā)為一種快硬水泥的可能性。2.3阿利尼特水泥的摻量和強度MSWI飛灰、粉煤灰和礦渣粉摻量對阿利尼特水泥硬化漿體不同齡期抗壓強度的影響見圖4。由圖4可知,摻入MSWI飛灰后,阿利尼特水泥的抗壓強度有所降低,但隨著其摻量的增加強度又有所提高,摻量在15%~20%時,抗壓強度甚至超過了不摻MSWI飛灰的阿利尼特水泥;礦渣粉的活性對MSWI飛灰制阿利尼特水泥具有增強效應(yīng),其最佳摻量為10%~15%,繼續(xù)增大摻量,抗壓強度反而有所下降;粉煤灰的早期活性低,用其作為混合材,使得水泥膠砂在28d內(nèi)各齡期的強度均有所下降,表明粉煤灰作為一種對水泥早期強度不利的混合材,對于阿利尼特水泥也有同樣的規(guī)律。根據(jù)阿利尼特水泥強度發(fā)展情況,并綜合考慮盡可能多地利用廢棄物,試樣AB3(阿利尼特熟料80%+石膏5%+MSWI飛灰15%)和試樣AD3(阿利尼特熟料80%+石膏5%+礦渣粉15%)為較適宜比例。試樣AB3的1d、3d、28d抗壓強度分別可達19.3、27.1、63.1MPa;試樣AD3的1d、3d、28d抗壓強度分別可達21.5、30.2、67.0MPa。3阿利尼特水泥基材料(1)城市垃圾焚燒(MSWI)飛灰燒成的阿利尼特水泥熟料,呈灰黑色,表面帶白色亮點;阿利尼特熟料礦物呈片狀、柱狀等不規(guī)則的多面體,且有明顯的平行晶紋特征;主要物相包括阿利尼特相、硅酸二鈣、七鋁酸十二鈣以及游離氧化鈣和游離氧化鎂等。(2)MSWI飛灰制阿利尼特水泥宜添加石膏作為激發(fā)劑,適宜摻量為5%;阿利尼特礦物水化很快,具有開