一种垃圾焚烧飞灰解毒渣制备砂浆墙板的研究_吴昊.pdf

-22-第45卷第6期 非金属矿 Vol.45 No.62022年11月 Non-Metallic Mines November,2022一种垃圾焚烧飞灰解毒渣制备砂浆墙板的研究吴 昊 邓跃全*叶 刚 李 敏 邹威亮 曾 洁 徐伊琳（西南科技大学 材料与化学学院，四川 绵阳 621010）摘 要 利用垃圾焚烧飞灰解毒渣制备砂浆和墙板，对其安全性能进行评价。结果表明，随着水泥增加，飞灰解毒渣减少，砂浆和墙板的抗折、抗压强度和容重均逐渐增加，当水泥加入量为 40%，飞灰解毒渣为 60%时，砂浆的抗折、抗压强度和容重分别达到 2.526 MPa、12.18 MPa、1 386 kg/m3，满足 GB/T 25181-2019 中 DM10.0 级、DP10 级要求；当水泥加入量为 40%，飞灰解毒渣为 30%，石英砂为 30%时，砂浆抗折、抗压强度和容重分别为 4.642 MPa、19.23 MPa、1 692 kg/m3，强度能达到 GB/T 25181-2019 中 DM15 级、DP15 级要求；当水泥加入量为 50%，飞灰解毒渣为45%时，墙板的抗折、抗压强度和容重分别为 2.536 MPa、8.37 MPa、1 166 kg/m3，能够满足 JC/T 169-2016 要求；砂浆和墙板中 Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 的浸出质量浓度均远低于 GB 5083.3-2007 要求，安全性好。本研究为垃圾焚烧飞灰处理提供了一种新的途径。关键词 垃圾焚烧飞灰；解毒渣；砂浆；墙板；安全性中图分类号：X799.3；X75文献标志码：A文章编号：1000-8098(2022)06-0022-04Study on Preparation of Mortar Wallboard with a Kind of Detoxification Residue from Waste Incineration Fly AshWu Hao Deng Yuequan*Ye Gang Li Min Zou Weiliang Zeng Jie Xu Yilin(School of Materials and Chemistry,Southwest University of Science and Technology,Mianyang,Sichuan 621010)Abstract The mortar and wallboard were prepared from fly ash detoxification residue of garbage incineration and their safety performances evaluation were studied.The results show that with the increase of cement and the decrease of waste incineration fly ash detoxification residue,the flexural,compressive strength and bulk density of mortar and wallboard gradually increase.When the cement content is 40%and the waste incineration fly ash detoxification residue is 60%,the flexural and compressive strength and bulk density of mortar can reach 2.526 MPa,12.18 MPa and 1 386 kg/m3,which can meet the requirements of DM10.0 and DP10 in GB/T 25181-2019;When the cement content is 40%,the fly ash detoxification residue is 30%,and the quartz sand is 30%,the flexural,compressive strength and bulk density of the mortar are 4.642 MPa and 19.23 MPa,1 692 kg/m3,the strength can meet the requirements of DM15 and DP15 in GB/T 25181-2019;When the cement content is 50%and the fly ash detoxification residue is 45%,the flexural and compressive strength and bulk density of the wallboard are 2.536 MPa,8.37 MPa and 1 166 kg/m3,which can meet the requirements of JC/T 169-2016;The leaching concentrations of Cd,Cr,Cu,Pb and Zn in mortar and wallboard are far lower than the requirements of GB 5083.3-2007,which have good security.This research provides a new way for the treatment of waste incineration fly ash.Key words waste incineration fly ash;detoxification residue;mortar;wallboard;security据统计，2020 年我国城市生活垃圾清除和运输量已达 2.351 17 亿吨，其中焚烧量为 1.460 76 亿吨1，预计到 2025 年其焚烧量可达到 2.455 5 亿吨，焚烧过程中将产生 3%5%底渣和 15%20%飞灰2，飞灰因含有重金属、二噁英和可溶性盐类，超标严重，已被列入 国家危险废物名录 之中3。目前焚烧飞灰主要采用螯合剂与水泥固化两种方式来处理毒重金属，然后用专用高分子吨袋包 装4-5，或者固化为玻璃体6-8再运输至专门的存放场地，按危险固体废物处置。但上述方式存在诸多问题，螯合剂与水泥固化的处理费用为 500700 元/吨，玻璃固化需要 2 000 元/吨9，处理费用高；固化处理后需要使用大量土地堆放，管理、监控及维护费用高；螯合剂和包装袋是有机材料，易老化变质，一旦变质，暴露于空气中的堆场在暴雨冲击下会造成严重的环境污染。因此，亟需寻找一种新的垃圾焚烧飞灰的处理方法。本课题组将乙二胺四乙酸（EDTA）与垃圾焚烧飞灰按一定比例进行球磨反应，EDTA 与飞灰中重金属离子发生络合作用，形成稳定的、易溶于水的可溶性络合物，使飞灰中可溶态重金属离子能从飞灰中溶解至水溶液中，经过滤、洗涤得到垃圾焚烧飞灰解毒渣（简称飞灰解毒渣）。本试验以这种飞灰解毒渣为原料制备砂浆和墙板，测定其抗折强度、抗压强度和容重，并进行安全性评价。1 试验部分1.1 原料及仪器设备 飞灰解毒渣，自制，其解毒前后收稿日期：2022-10-06基金项目：国家核能开发重点项目（20191341）。*通信作者，E-mail：。-23-重金属浸出质量浓度，见表1。表 1 垃圾焚烧飞灰解毒前后的重金属含量/(mg/L)重金属 解毒前 解毒后GB 16889-2008 生活垃圾填埋场 污染控制标准 限量GB 5083.3-2007 危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别 限量Cd1.2360.0260.151Cr6.3970.0854.55Cu0.2280.03140100Pb15.190.1690.255Zn4.2980.028100100飞灰解毒渣化学成分（w/%）为：CaO，74.10；SO3，8.54；SiO2，6.37；MgO，2.67；Al2O3，2.41；Fe2O3，1.41；Cl，1.18；P2O5，0.61；TiO2，0.54；K2O，0.32；Na2O，0.23；F，0.12。飞灰解毒渣X射线衍射（XRD）图谱，见图1。图1 飞灰解毒渣的XRD图谱PO 42.5 型水泥，北川四星水泥有限公司；P841型消泡剂、F10 型减水剂，广东龙湖科技股份有限公司；S400F 型乳液，成都巴德富科技有限公司；DA-1410 型可再分散乳胶粉，成都长凌化学有限公司；40 目（365 m）石英砂，市售。钨丝灯扫描电镜，德国卡尔蔡司公司；Axios 型 X 射线荧光光谱仪、X Pert PRO 型 X 射线衍射仪，荷兰帕纳科公司；AA700 型原子吸收光谱仪，美国珀金埃尔默公司；TYE-10C 型抗折试验机、TYE-300 型抗压试验机，无锡建仪仪器机械有限公司。1.2 样品的制备1.2.1 砂浆制备：砂浆配方，见表 2。表 2 砂浆配方/g编号水泥飞灰解毒渣 石英砂胶粉减水剂消泡剂1150（15%）55030010112200（20%）50030010113250（25%）45030010114300（30%）40030010115350（35%）35030010116400（40%）30030010117150（15%）850010118200（20%）800010119250（25%）7500101110300（30%）7000101111350（35%）6500101112400（40%）60001011按照表 2 配比，依次加入减水剂、消泡剂、胶粉、飞灰解毒渣、水泥和石英砂，搅拌均匀，倒入 40 mm40 mm160 mm 模具中，放置 2 d 后进行脱模处理，编号，养护 28 d。1.2.2 墙板制备：墙板配方，见表 3。按照表 3 配比，在容器中依次加入减水剂、消泡剂、纤维丝、乳液、玻化微珠、飞灰解毒渣和水泥，充分搅拌后，倒入模具中，放置 2 d 后脱模，养护 28 d。表 3 墙板配方/g编号 水泥 飞灰解毒渣 玻化微珠 乳液减水剂 消泡剂 纤维丝140055050511124255255051113450500505111447547550511155004505051111.3 力学性能测试 抗折抗压强度测定：砂浆和墙板抗折、抗压强度参照 GB/T 17671-2021水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）测定。容重：砂浆和墙板的容重参照 JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准13测定，计算公式见式（1）。Y=G/V （1）式中：Y 为试样的容重，kg/m3；G 为试样的质量，kg；V为试样的体积，m3。1.4 安全性评价 将砂浆和墙板研磨至粉末状，参照 HJ/T 299-2007固体废物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法 检测 Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 的质量浓度，并与GB 5083.3-2007 比较，进行安全性评价。2 结果与讨论2.1 水泥加入量对砂浆力学性能的影响 制备砂浆时，控制水泥加入量为 15%、20%、25%、30%、35%、40%，考察水泥加入量对砂浆抗折、抗压强度及容重的影响，结果见图 2、图 3。图2 水泥加入量对砂浆抗折、抗压强度和容重的影响（未加石英砂）15 20 25 30 35 40水泥加入量/%抗折强度抗压强度14121086420强度/MPa15 20 25 30 35 40水泥加入量/%1 4001 3001 2001 1001 0009003容重/(kg/m)ab 一种垃圾焚烧飞灰解毒渣制备砂浆墙板的研究吴 昊，邓跃全，叶 刚，等0 10 20 30 40 50 60 70 80 902/()1-CaCO32-Ca(OH)23-SiO2-24-第45卷第6期 非金属矿 2022年11月 图3 水泥加入量对砂浆抗折、抗压强度和容重