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城市垃圾焚烧产生大量的飞灰，上海每年的垃圾焚烧飞灰产生量已高达2.5吨/年，未来几年预期将达5-6万吨。垃圾焚烧飞灰含有大量重金属和有机污染物，是国家标准(GB18485-2001)规定的危险废弃物。飞灰进入危险废物填埋场是上海目前飞灰处置的主要出路，飞灰水泥固化虽然实现了飞灰的无害化，但飞灰固化后进入填埋场，引起填埋场容量与飞灰快速增长之间的矛盾日益凸现，放大了飞灰问题的环境、健康与安全风险。因此，必须探索寻找一条飞灰无害化、资源化的新路线。
城市垃圾焚烧飞灰的主要成分是CaO、Al2O3、SiO2等，与水泥生产所需的原料化学组分要求相近。但飞灰中大量存在的氯盐不仅会与飞灰中重金属在高温下挥发循环导致水泥窑的结圈和堵塞，同时氯将水泥的耐久性构成风险，引起混凝土钢筋锈蚀，所以降低飞灰中氯以及去除或稳定飞灰中的重金属成为飞灰资源化作为水泥原料必须解决的关键问题。本研究以垃圾焚烧飞灰水泥原料部分替代资源化为目标，飞灰湿法除氯和飞灰中重金属常温和高温的稳定为技术途径，通过对垃圾焚烧飞灰的物理、化学性质的系统研究，设计和提出了飞灰湿法预处理工艺路线和工艺参数、飞灰中重金属稳定化工艺路线和控制参数，利用预处理垃圾焚烧飞灰作为水泥原料生产水泥熟料在水泥厂进行了工业规模的示范性试验，取得了成功。主要研究结论是：
(1) 针对去除飞灰中存在的11wt％～20wt％氯元素，设计了飞灰湿法预处理工艺。研究了水洗比例、水洗次数、搅拌时间、沉淀时间、温度、酸洗以及预处理废水回用等参数对飞灰中的氯和可溶重金属的去除效果的影响，确定了常温下8：1液固比，水洗2次，搅拌15分钟，沉淀15分钟，二次水洗废水可回用等工艺参数，湿法预处理工艺可将飞灰中的氯可降低至1wt％以下；
(2) 针对飞灰中的重金属在高温挥发问题，开发了重金属热稳定剂(TSA-1)，设计了重金属稳定化工艺路线。在湿法预处理工艺中加入稳定剂，可有效抑制飞灰中的重金属在1000℃以下的挥发，Pb挥发由85％～90％降低至10％～15％，Cd由90％～99％降至5％～10％，Zn由40％～70％降至2％～10％；并利用1000-1450℃高温环境，通过水泥熟料形成过程硅酸盐矿物的形成对对重金属的固溶晶格稳定，实现了飞灰中重金属的化学稳定： (3) 针对飞灰湿法预处理工艺过程中的重金属废水，设计了碳化-絮凝工艺和酸化-螯合-絮凝工艺两条路线。废水中的Pb离子由54mg/L降低至0.01mg/L，Zn由5mg/L降低至0，两种方案对pH的调节以及重金属的稳定去除均满足《污水综合排放标准》。
(4) 飞灰湿法预处理工业规模试验生产飞灰120吨，并在上海海豹水泥厂进行了预处理飞灰作为水泥原料可行性试验。水泥生产全过程实现了固、液、气的无害化排放；并利用水泥回转窑的1450℃高温环境，实现对飞灰中二噁英的分解无害化技术途径；预处理飞灰作为部分原料制备的硅酸盐水泥熟料强度和毒性浸出均满足水泥行业质量控制要求。