地聚合材料固化高炉渣及垃圾焚烧飞灰的研究

论文摘要

地聚合材料是一类主要由离子键、共价键键和而成的无机铝硅酸盐聚合物,其化学结构为非晶态或半晶态的类沸石笼状结构。它不仅具有有机高分子、陶瓷、水泥的特点,而且具有高强度、绝热、耐燃、抗酸碱腐蚀、生产能耗低、耐久性能优良等特点。此外,由于其具有独特的类沸石笼形结构,还可以有效固化固体废弃物中的重金属。本论文的主要研究工作及结论如下：1.以不同粉煤灰及偏高岭土为主要铝硅原料,以氢氧化钾为碱激活剂合成了一系列的地聚合材料。对比不同粉煤灰基地聚合材料的力学性能,及温度对其的影响,结果表明,青灰制备的地聚合材料性能优于红灰。X射线衍射、扫描电镜图像研究表明,地聚合材料为无定形态,经1000℃煅烧后地聚合材料的晶型发生变化,生成白榴石。2.以粉煤灰、高炉渣及偏高岭土为主要原料,以氢氧化钾为碱激活剂制备地聚合材料。通过抗压强度和重金属的毒性溶出实验研究了地聚合材料的力学性能及对重金属的固化效果。结果表明,以粉煤灰和高炉渣制备的地聚合材料具有一定的抗压强度,对重金属有明显的固化效果：碱激发剂的用量对其抗压强度和固化效果有一定影响。X射线衍射光谱、扫描电镜图像和傅立叶变换红外光谱研究表明,固化高炉渣后的地聚合材料为无定形态；[AlO6]9-八面体的红外吸收峰向高波数方向偏移；T-O-Si （T=Al, Si）的弯曲振动峰减弱。3.以垃圾焚烧飞灰及煅烧高岭土为主要原料,以氢氧化钾为碱激活剂制备地聚合材料,对焚烧飞灰中的重金属进行固化处理。实验结果表明,固化后重金属离子的浸出浓度明显降低,且材料的抗压强度可达19.36MPa。X射线衍射光谱、扫描电镜图像和傅立叶变换红外光谱研究表明,所得地聚合材料为无定形态,焚烧飞灰和高岭土在碱的激发下生成新的硅铝酸盐聚合物。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 地聚合材料概述
• 1.2.1 地聚合材料的研究及发展
• 1.2.2 地聚合材料的生成机理及结构
• 1.2.3 地聚合材料的用途
• 1.2.4 地聚合材料的性能
• 1.2.5 地聚合反应的影响因素
• 1.2.6 开发意义
• 1.3 高炉渣简介
• 1.3.1 高炉渣的化学成分
• 1.3.2 高炉渣的综合利用
• 1.3.3 高炉渣利用中存在的问题
• 1.4 垃圾焚烧飞灰简介
• 1.4.1 飞灰的物理性质
• 1.4.2 飞灰的化学成分及矿物组成
• 1.4.3 飞灰的处理技术
• 1.4.4 垃圾焚烧飞灰处理存在的问题
• 1.5 课题研究的目的和意义
• 第2章 不同粉煤灰基地聚合材料的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原材料与试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验步骤
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 粉煤灰添加量对地聚合材料抗压强度的影响
• 2.3.2 碱激发剂对地聚合材料抗压强度的影响
• 2.3.3 温度对地聚合材料力学性能的影响
• 2.3.4 地聚合材料的组成及结构分析
• 2.4 小结
• 第3章 地聚合材料固化高炉渣的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原材料与试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验步骤
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 原料配比的确定
• 3.3.2 碱激发剂对地聚合材料抗压强度的影响
• 3.3.3 地聚合材料的重金属浸出浓度
• 3.3.4 偏高岭土、高炉渣及地聚合材料的组成及结构分析
• 3.4 小结
• 第4章 地聚合材料固化垃圾焚烧飞灰的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原材料与试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验步骤
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 地聚合材料抗压强度
• 4.3.2 地聚合材料的重金属浸出浓度
• 4.3.3 地聚合材料和垃圾焚烧飞灰的组成及结构分析
• 4.4 结论
• 第5章 研究结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的科研成果