垃圾焚烧灰渣是垃圾焚烧产生的固废,包括80-90%底灰、10-20%飞灰。固化和填埋是垃圾焚烧灰渣的主要处置方式,但存在环境风险和占用土地等问题,亟需研发其无害化处置及资源化利用。泡沫微晶玻璃具有强度高、密度低、阻燃和吸声等特性,是优质绿色建材。垃圾焚烧灰渣富含Ca、Al和Si等玻璃体骨架结构成分,可协同处置重金属危废制备泡沫微晶玻璃。基于该原理,本文以垃圾焚烧灰渣协同处置含重金属的不锈钢酸洗污泥、含硅铝的粉煤灰、可发泡的二次铝灰渣或碳酸钙,采用粉末烧结法以及碱激发-烧结法制备泡沫微晶玻璃,重点研究了碱度对气体的区域扩散作用机制,提出了底灰协同二次铝灰渣全固废制备泡沫微晶玻璃的新思路,并阐明了其高温原位发泡机理,开发了适于高掺量飞灰的碱激发成形工艺,阐明了碱激发成形气-固两相平衡机理以及析晶强化机制,主要结论如下:(1)揭示了碱度对气体的区域扩散作用机制。发现了过量高配位数的Na+和Ca2+位于玻璃结构网络空隙中,会夺取桥氧,促使[SiO4]四面体中Q3Si的含量逐渐降低,减少Si-O-Si的数量,破坏玻璃网络的完整度,使区域液相粘度过低,气泡膨胀的阻力下降,气泡融合,从而产生连通孔或无孔区;采用碱度调控,量化了化学组成对泡沫微晶玻璃的孔结构和性能的影响规律,碱度为0.91时对应非桥氧键与总氧之比(NBO/T)为1.529,其玻璃结构聚合度利于均匀气孔形成,提升了泡沫微晶玻璃综合性能。(2)选用二次铝灰渣为工业固废发泡剂,实现了底灰协同二次铝灰渣全固废制备泡沫微晶玻璃,阐明了其高温原位发泡机理。当焙烧温度超过800℃,二次铝灰渣中的AlN与物料中的水和氧气作用产生NH3、NO和N2,同时在高温作用下,基础玻璃中液相生成,使气体包裹在熔体内部,形成孔隙结构。为垃圾焚烧灰渣协同处置二次铝灰渣并高值化利用提供了理论基础。(3)揭示了碱激发过程硅铝解聚再聚合机理。在碱激发成形工艺制备泡沫玻璃坯体过程中,碱激发剂(NaOH溶液)促进硅铝玻璃体解聚,形成无定型相凝胶产物。反应初期(10 min)形成凝胶单体,反应中后期(4-12 h),凝胶单体重排,形成了完整的铝硅酸盐凝胶体。(4)阐明了碱激发成形气-固两相平衡机理以及析晶强化机制。在碱激发剂作用下基础玻璃中钙元素溶出,形成了利于浆体凝结的Ca(OH)2和含Ca凝胶体,抑制了气泡过度生长;随碱激发剂掺量的增加,泡沫玻璃坯体的孔径先降低后升高,碱激发剂浓度提高使非晶相进一步解离,向水铝钙石、水化硅酸钙以及硅水化石榴石转变;析晶热处理促进钙铝黄长石析出和晶粒汇聚,提高了晶体堆积密度,增强了泡沫微晶玻璃力学性能。(5)在1120℃保温40 min,采用粉末烧结法将35 wt.%底灰,45 wt.%粉煤灰和20 wt.%不锈钢酸洗污泥制备为气孔直径为0.1-1.8 mm,孔隙率达62.88%,抗压强度为7.14 MPa的泡沫微晶玻璃;对比了钙、铝体系发泡剂对泡沫微晶玻璃综合性能的影响,碱度优化后,添加二次铝灰渣6wt.%的样品气孔均匀,孔隙率达63.02%,抗压强度达41.9 MPa;以50 wt.%底灰和50 wt%飞灰为原料利用碱激发-烧结法制备了高孔隙率多级孔泡沫微晶玻璃,样品的孔隙率高达70.22%-85.31%,抗压强度相对较高(0.72-7.86 MPa)。本研究为垃圾焚烧灰渣的无害化利用提供了新思路,也为全固废基泡沫微晶玻璃的制备奠定了基础及技术参考。