垃圾焚烧飞灰电弧炉熔渣微晶玻璃晶化行为

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1、垃圾焚烧飞灰电弧炉熔渣微晶玻璃晶化行为 摘 要：将垃圾焚烧飞灰与适量废玻璃粉混合后用电弧炉熔融处理，产生的水冷熔渣进一步粉碎、压型并在7501 050 间热处理制取微晶玻璃，运用同步热分析仪、X射线衍射仪、扫描电镜等测试设备对微晶玻璃的晶化行为及性能进行分析测试。研究表明: 微晶玻璃主晶相为硅灰石CaSiO3和少量透辉石Ca(Mg，Al)(Si，Al)2O6， 其衍射峰随处理温度升高呈增加趋势，850 热处理时所得微晶玻璃具有较佳的微观结构和物理、机械及化学性能，其密度为2.62 g/cm3、抗弯强度达90.44 MPa，耐酸碱性分别为2.7%、0.9%，重金属浸出浓度非常低。 关键词：垃圾焚

2、烧飞灰；电弧炉；熔渣；微晶玻璃；晶化行为 中图分类号：X705 文献标志码：A 文章编号：1674-4764（2012）02-0121-05 Crystallization Behavior of Glass-ceramics from Arc-melting Slag of Waste Incineration Fly Ash LIU Han-qiao, WEI Guo-xia, LIANG Yin，YANG Jun-lan （Department of Energy and Mechanics Engineering, Tianjin Institute of Urban Construc

3、tion, Tianjin 300384, P.R. China） Abstract:To deal with the issue of municipal solid waste incineration fly ash, are melting treatment technology was developed in combination with electric arc furnace metallurgical processes. Glass-ceramics was made of arc-melting slag from waste incineration fly as

4、h and additional glass cullet through crushing, pressing and sintering at temperature between 750 and 1050 . The crystallization behaviours of the glass-ceramics were examined by differential thermal analysis (DTA), X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). It is shown that

5、main crystalline phase of the glass-ceramics are wollastonite (CaSiO3) and diopside (Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6), and the diffraction peaks become more intensive at higher temperature. It is found that the glass-ceramics sintered at 850 has the optimal physical, mechanical and chemical characteristics, and

6、 it has density of 2.62 g/cm3, bending strength of 54.96 MPa, chemical resistance of 2.7% and 0.9% in acid and alkali solution respectively. Furthermore, the leaching concentration of heavy metals is very low. Key words:waste incineration fly ash; electronic arc-furnace; melting; glass-ceramics; cry

7、stallization behavior 垃圾焚烧飞灰中含有相当数量的二恶英、重金属等毒性物质，属危险废物。利用电弧炉工艺设备熔融处理垃圾焚烧飞灰1-3，可兼顾二恶英、重金属等毒性物质的处理需求，高温(1 500 )彻底分解二恶英等毒性有机物，将重金属固化在熔渣中，消除二者带来的环境安全隐患4-5，但该技术需要大量电能，能耗较大。熔融后熔渣可用于制备集料、渗水砖、铺路砖或作为水泥替代物6-9，实现废物处理零排放，如果能进一步开发高附加值的熔渣产品，可极大节省运行成本10，弥补飞灰熔融技术能耗高的缺陷，促进焚烧飞灰熔融技术的产业化推广。 垃圾焚烧飞灰主要成分是CaO、SiO2、Al2O3等，并

8、含有少量的成核物质（P2O5，TiO2，Fe2O3）11，适当调整其成分有望制备附加值较高的微晶玻璃12-15。考虑到飞灰中CaO(网络外体)含量通常较高， 需添加富含SiO2的石英砂、玻璃等作为玻璃网络形成体才能获得稳定的玻璃质熔渣，从而将重金属更好地包封在玻璃熔渣的Si-O网络结构中。在垃圾焚烧飞灰电弧炉熔融前添加适量废玻璃粉，不仅可以改善液态熔渣的流动性，而且迅速熔融后的废玻璃将飞灰颗粒表面包围，可防止电弧炉熔融过程中飞灰的飞散，减轻飞灰中杂质对耐火材料的侵蚀及石墨电极的烧损10。中国垃圾焚烧飞灰电弧炉熔融处理方面的研究刚刚起步16，在前期研究的基础上3，进一步探讨水冷熔渣制备微晶玻璃的

9、可行性，着重考察热处理温度对微晶玻璃微观结构及性能的影响。 1 材料与方法 1.1 实验材料及装置 焚烧飞灰样品取自国内某垃圾焚烧发电厂的烟气净化系统，该厂采用的是目前最为广泛的炉排床焚烧工艺，处理规模为1 200(4003) td-1，其空气污染控制装置依次为半干法除酸塔、喷活性炭装置、布袋除尘器。为使样品具有代表性，灰样是在连续稳定运行的一周内采集。将灰样用20目的网筛去除大颗粒， 并在105 下干燥24 h。引入的废玻璃粉系由普通废平板玻璃磨制而成，粒度小于100目。焚烧飞灰及碎玻璃的化学成分及重金属含量见表1; 飞灰与碎玻璃按31的比例、外加3%的晶核剂TiO2配制，混合均匀后送处理量

10、2 kg的电弧炉熔融，装置图见文献3，熔融处理后，熔液从排渣口溢出，迅速落入水冷槽进行急冷， 水淬得玻璃渣即为基础玻璃，放入烘箱干燥后，球磨至于150目以下。在磨细的玻璃粉末中加入约5%的聚乙烯醇溶液（PVA，5%）作为粘结剂，混匀后放入钢制模具中，在ZY1001型油压机采用150 MPa压力、保压30 s制成7 mm 7 mm30 mm条状素坯，素坯在干燥箱干燥3 h后，放入高温炉中采用一步热处理法处理，以5 /min从室温分别加热到750、800、850、900、950、1 050 后保温2 h，热处理结束后，样品随炉自然冷却。 1.2 分析仪器及方法 将水淬后、未经晶化处理的基础玻璃磨细

11、， 过74 m筛， 用TG/DTA6300型同步热分析仪进行DTA分析， 以-Al2O3粉末作为参比试样， 升温速率为10 /min。制成的微晶玻璃试条经金刚砂打磨后，采用三点弯曲法测量抗弯强度， 所用仪器为XXW-20KN电子万能试验机， 跨距为20 mm，加载速率为0.05 mm/min。微晶玻璃样品的断面处用10的HF侵蚀30 s，用去离子水冲洗干净、烘干，喷金后采用FEI NANOSEM 430 型场发射扫描电子显微镜，观察微晶玻璃的晶体结构。将部分微晶玻璃试样研磨成粒度 参考文献： 1KOICHIRO K. Ash melting system and reuse of produc

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