论文总字数：29329字

摘 要

垃圾焚烧飞灰包含有二恶英及重金属等有害物，因此必须进行必要的固化处理。地质聚合物稳固化垃圾飞灰具有非常广阔的前景，但是传统地聚物基质偏高岭土的过度开采会导致土地破坏。本论文创新性地采用稻壳灰跟二次铝灰混合来代替偏高岭土进行地质聚合反应，既解决了偏高岭土的缺点，又具有废物再利用的价值。

本文首先对垃圾焚烧飞灰、稻壳灰以及二次铝灰进行了重金属毒性浸出实验，并对飞灰进行了X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射仪（XRD）以及电镜扫描（SEM）测试分析。然后分别研究了Na₂O/SiO₂摩尔比和SiO₂/Al₂O₃摩尔比对地聚物稳固化垃圾焚烧飞灰的效果影响，包括重金属毒性浸出和固化体抗压强度两方面。

随着Na₂O/SiO₂摩尔比的增加，重金属毒性浸出浓度逐渐减小，固化体抗压强度先上升后下降并在Na₂O/SiO₂摩尔比=0.30时达到最大强度。所以研究得出最佳Na₂O/SiO₂摩尔比为0.30。

随着SiO₂/Al₂O₃摩尔比的增加，重金属毒性浸出浓度大体呈减小趋势，固化体抗压强度也是先上升后下降并在SiO₂/Al₂O₃摩尔比=5.0时达到最大强度。所以研究得出最佳SiO₂/Al₂O₃摩尔比为5.0。

关键词：地质聚合物，垃圾焚烧飞灰，稳固化，重金属，抗压强度

Abstract

Municipal solid waste incineration fly ash contains harmful substances such as dioxins and heavy metals, so it is necessary to carry out the necessary stablization/ solidification treatment. Geopolymer stablization/ solidification of MSWI fly ash has a very broad prospect, but the over-exploitation of traditional geopolymer matrix metakaolin can cause land damage. The mixture of rice husk ash and quadratic aluminum dust is creatively used to replace metakaolin to perform the geological polymerization reaction, which not only solves the disadvantages of metakaolin but also has the value of waste reuse.

The toxic leaching experiments of heavy metals from waste incineration fly ash, rice husk ash, and quadratic aluminum dust were first performed. X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), X-ray diffraction (XRD), and electron microscope scanning (SEM) were performed on the fly ash. test analysis. Then, the effects of Na₂O/SiO₂ molar ratio and SiO₂/Al₂O₃ molar ratio on the effect of stabilized solid waste incineration fly ash from geopolymers were studied, including heavy metal toxicity leaching and the cured body compressive strength in two aspects.

With the increase of molar ratio of Na₂O/SiO₂, the toxicity leaching concentration of heavy metals gradually decreased, and the compressive strength of the solidified body first rose and then decreased and the molar ratio of Na₂O/SiO₂=0.30. Maximum intensity reached. Therefore, the optimal Na₂O/SiO₂ molar ratio was 0.30.

With the increase of the molar ratio of SiO₂/Al₂O₃, the toxicity leaching concentration of heavy metals generally decreases, and the compressive strength of the solidified body increases first and then decreases with increasing SiO₂/Al₂O₃. The maximum intensity is reached at a molar ratio of SiO₂/Al₂O₃=5.0. Therefore, the optimum molar ratio of SiO₂/Al₂O₃ is 5.0.

KEY WORDS: geopolymers, municipal solid waste incineration fly ash, stablization/ solidification, heavy metals, compressive strength

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.1.1 生活垃圾焚烧飞灰的现状和危害 1

1.1.2 焚烧飞灰的无害化处理技术 1

1.2 地聚物机理及稳固化处理垃圾飞灰的研究现状 2

1.2.1 地质聚合物的机理及特点 2

1.2.2 相关国内外研究现状 2

1.2.3 基于稻壳灰的地质聚合物研究 3

1.3 研究内容与技术路线 3

1.3.1 研究内容与研究目标 3

1.3.2 技术路线 3

1.4 本章小结 4

第二章 实验装置与方法 5

2.1 实验系统及操作流程 5

2.1.1 主要实验材料及流程图 5

2.1.2 地质聚合反应实验设备及操作 5

2.2 实验主要分析系统及原理 6

2.3 本章小结 7

第三章 飞灰、稻壳灰和铝灰化学成分及含量的研究 8

3.1 飞灰原样的分析 8

3.1.1 飞灰原样的毒性浸出特性 8

3.1.2 飞灰原样的X射线荧光光谱分析（XRF） 8

3.1.3 飞灰原样的X射线衍射仪分析（XRD） 9

3.1.4 飞灰原样的电镜扫描分析（SEM） 9

3.2 稻壳灰和二次铝灰的物性分析 10

3.2.1 稻壳灰和二次铝灰的毒性浸出特性 10

3.2.2 稻壳灰和二次铝灰的X射线荧光光谱分析（XRF） 11

3.3 本章小结 11

第四章 Na₂O/SiO₂摩尔比对垃圾飞灰稳固化的影响 13

4.1 Na₂O/SiO₂摩尔比对照实验的样品配制 13

4.2 Na₂O/SiO₂摩尔比对稳固体重金属毒性浸出特性的影响 13

4.3 Na₂O/SiO₂摩尔比对固化体抗压强度的影响 16

4.4 本章小结 17

第五章 SiO₂/Al₂O₃摩尔比对垃圾飞灰稳固化的影响 18

5.1 SiO₂/Al₂O₃摩尔比对照实验的样品配制 18

5.2 SiO₂/Al₂O₃摩尔比对稳固体重金属毒性浸出特性的影响 18

5.3 SiO₂/Al₂O₃摩尔比对固化体抗压强度的影响 21

5.4 本章小结 23

第六章 结论与展望 24

致谢 26

参考文献 27

绪论

课题研究的背景及意义

生活垃圾焚烧飞灰的现状和危害

近年来，我国社会的迅速发展带动了国民消费水平的提高，同时也导致了逐年增加的资源消耗量。因此，在社会生产与日常消费过程中，大量的生活垃圾也随之产生。对于这些生活垃圾，如果处置不当的话，不仅会因为其腐败发酵而散播出腥臭，招引蚊虫并产生各种细菌，恶化环境；而且垃圾填埋的过程中会占用大量的空间，浪费土地资源^[1]。

目前，对于城市垃圾的无害化处理，国际上被认可的行之有效的主流技术主要有以下几种：堆肥法、资源综合处理法、卫生填埋法和焚烧法^[2]。一般来讲，早先最基础的处理技术是卫生填埋法，也因此产生了无害化垃圾处理技术这一概念。目前的欧美发达国家主要以焚烧法为主稳固化生活垃圾，这一技术很早之前就出现于19世纪末期，但由于工业化技术水平的限制，但直到20世纪70年代才实现了大范围的推广运用。相比于填埋法，焚烧技术的优势在于能够回收垃圾中的能量，同时可以减少85%处理垃圾所占用的空间。其缺点在于焚烧垃圾的过程中会产生大量的大气污染物，诸如飞灰和底灰等。飞灰非常容易通过各种方式接触到水源，并且因为其含有大量重金属离子，会对人体健康产生危害，同时成为恶化水质的主要原因之一^[3]。因此出台了关于飞灰危险废物处理的相关标准，规定生活垃圾焚烧产生的飞灰不得简单处理，必须采取必要的稳固化措施。

焚烧飞灰的无害化处理技术

生活垃圾焚烧飞灰的处理技术主要包括固化技术、稳定化技术和热处理技术^[4]。

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