基于碱激发技术对MSWI飞灰和铅锌冶炼渣共处置的研究

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城市生活垃圾焚烧(Municipal Solid Waste Incineration,MSWI)飞灰和铅锌冶炼渣均为体量大、具有一定重金属浸出风险的固体废物,若未经合理处置随意堆放,对生态环境和人群健康均会产生危害。本文以MSWI飞灰和铅锌冶炼渣为研究对象,对其进行基本理化特性分析后,以二者为原料制备了飞灰-冶炼渣碱激发材料,探究其重金属固化机制,并对其环境稳定性进行了探究,实现了对所含重金属的有效固化,以协同创新的角度将MSWI飞灰和铅锌冶炼渣进行合理共处置。(1)MSWI飞灰和铅锌冶炼渣均为含有重金属Zn、Pb和Cu的固体废物,其中MSWI飞灰属于危险废物。MSWI飞灰呈碱性,含水率低,主要化学组成为Ca O、Na2O和K2O等,飞灰中的主要结晶相为氯化钾、氯化钠、氢氧化钙和碱式氯化钙,略有火山灰活性。铅锌冶炼渣呈弱碱性,含水率较高,富含Si O2、Al2O3、Ca O和Fe2O3等,以无定形相为主,无明显结晶相,可为碱激发反应提供硅铝源。(2)以20%MSWI飞灰和80%铅锌冶炼渣为原料制备飞灰-冶炼渣基碱激发材料,单因素实验结果表明飞灰-冶炼渣基碱激发材料的抗压强度随水玻璃模数和碱激发剂含量的增加呈现上升趋势,随液固比和初始养护温度的增加,抗压强度呈现下降趋势。在水玻璃模数为1.5、碱激发剂含量为10%、液固比为0.35、初始养护度为30℃时,抗压强度最高(24.65 MPa)。飞灰-冶炼渣基碱激发材料主要反应产物为C-S-H凝胶和无定形铝硅酸盐凝胶,该碱激发材料对重金属(Zn、Pb和Cu)固化效果良好,与两种原料相比,重金属浸出浓度均未超过EPA标准限值且处于较低水平,固化效率均达到97%以上,对重金属的固化机制包括吸附、物理固封和化学固封,其中以物理固封为主。(3)飞灰-冶炼渣基碱激发材料在不同腐蚀环境中的稳定性虽略有差异,但整体环境稳定性良好。在p H为11~13的碱性环境和在海水环境中能维持优良的性能,在p H为3和4的酸性环境中可以保持较好的性能,在硫酸盐环境中的稳定性能相对较差。飞灰-冶炼渣基碱激发材料在不同类型环境稳定性实验结束后均能维持较高的抗压强度(>20 MPa),且各浸泡阶段不同腐蚀溶液中重金属元素(Zn、Pb和Cu)的浓度较低且均未超过安全限值。
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