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近年来我国生活垃圾焚烧处理量快速增长,产生的垃圾飞灰中含有大量重金属以及呋喃、二噁英等有机污染物,被国家列为危险废弃物,填埋前必须进行无害化处理。基于无定形硅基材料的中温热处理对飞灰中除Cr以外的多种重金属具有高效固化率,该方法热处理温度较低,金属挥发少,应用前景广阔。本文利用稻壳灰对垃圾飞灰进行中温热处理,研究稻壳的煅烧条件和热处理工艺参数对重金属稳固化效果的影响规律;同时添加固体废弃物二次铝灰进行硅铝比调制,研究Si/Al摩尔比对调制飞灰中温热处理稳固化效果的影响规律。采用BCR连续浸提法测试飞灰处理前后的重金属形态分布变化,通过XRD和SEM等分析手段研究飞灰处理前后的晶体结构和微观形貌变化,探究重金属稳固化机理。全文主要结论如下:稻壳煅烧条件对稻壳灰的反应活性以及稳固化飞灰效果有重要影响。稻壳煅烧温度为500℃时,随着煅烧时间的延长,稻壳灰热处理样中Pb和Zn的浸出浓度逐渐降低。稻壳煅烧温度为600800℃时,Pb和Zn的浸出浓度先下降后升高;稻壳煅烧温度为600℃、700℃和800℃时,煅烧时间分别在2h、1h和1h下对Pb和Zn的稳固化效果最好。RHA-500-3和RHA-700-1热处理样中Pb的浸出浓度分别为5.293 mg/L、5.142 mg/L,相比原灰分别降低了47.44%、48.94%;Zn的浸出浓度分别为2.678 mg/L、2.278 mg/L,相比原灰分别降低了3.04%、17.52%。稻壳灰对飞灰重金属的稳固化效果主要受稻壳灰的比表面积和SiO2的晶态分布的影响。结合不同煅烧条件下稻壳灰的XRD和BET分析,稻壳在500℃下长时间煅烧时,稻壳灰中SiO2依旧主要以非晶态存在,并且具有超高的比表面积和反应活性,有利于硅酸盐的生成,促进重金属的稳固化;煅烧温度高于600℃时,随煅烧时间的延长,稻壳灰中SiO2的结晶态含量逐渐升高,比表面积快速下降,对重金属的稳固化效率下降。热处理工艺参数对稻壳灰稳固化垃圾飞灰效果有重要影响。热处理温度为500℃时,反应主要产物为磷钙矾相(即Ca10(SiO4)3(SO4)3F2)、Ca3SiO5等硅酸盐结晶相,使飞灰中Pb、Zn、Cu和Cd的相对不稳定得酸溶态和可还原态向更稳定的可氧化态或残渣态转变,使Pb、Zn、Cu和Cd的浸出浓度分别降低0.086 mg/L、0.084 mg/L、0.737 mg/L和0.084 mg/L;随着热处理时间的延长,热处理样中硅酸盐种类增大,结晶度提高,使Pb、Zn、Cu、Cr和Cd的相对不稳定的酸溶态、可还原态和可氧化态逐渐向稳定的残渣态转变,浸出毒性逐渐降低;液固比由0.5升高至0.9时,Pb、Zn、Cu和Cd的浸出浓度逐渐降低;RHA-500-3添加量在2%4%区间内对Pb、Zn、Cd和Cu均具有理想的稳固化效率,浸出浓度均远低于国标限值;添加量过高时(超高6%时),飞灰碱度过度消耗,大量SiO2以无定形态存在,不利于硅酸盐结构的发展,使飞灰结构松散,不利于对重金属的固封。通过添加稻壳灰和二次铝灰调制飞灰进行中温热处理,可实现对Cr、Pb、Zn、Cu和Cd等金属的高效稳固化。添加5%硅铝活性物质(n(Si/Al)=2.5),分别在500℃和600℃下热处理20 min后,飞灰中主要产物为Gehlenite相(即Ca2Al2SiO7)以及Hibschite相、Katoite相等硅铝酸盐结晶相,其三维网状类沸石结构对Pb、Zn、Cu、Cr和Cd等金属的固封和键合使各金属易浸出的酸溶态和可还原态逐渐向更稳定的可氧化态或残渣态转变。