高炉矿渣和粉煤灰创造低成本水泥替代品

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中国垃圾焚烧行业发展迅速，约 90% 的项目采用机械炉排炉工艺。然而，城市生活垃圾焚烧飞灰 (MSWI FA) 因含有氯盐、二恶英和可溶性重金属等污染物而被列为中国危险废物名录中的 HW18，这给处理带来了挑战。到 2025 年，预计每年飞灰产量将达到 1000 万吨，约占中国危险废物的 10%。
在《绿色与智能采矿工程》上发表的一项新研究中，一组研究人员在解决这一环境问题方面取得了进展。
“我们研究的一个重要发现是，MSWI FA 与高炉矿渣 (BFS) 和脱硫石膏 (DFG) 结合后，有可能形成符合环境安全标准的低碳、经济高效的胶凝材料，”主要作者张思琪分享道。“这种方法不仅为危险废物处理提供了可持续的解决方案，而且还为各种工业应用中的传统水泥提供了可行的替代方案。”
值得注意的是，这种新型复合材料能够在其结构内固化和稳定铅、锌和铬等重金属。“这项研究为以既环保又经济可行的方式利用危险废物开辟了新的可能性，”张解释说。“通过使用先进的微观分析方法，我们发现重金属可以被有效固定，形成稳定的化合物，从而大大减少这些毒素的浸出。”
这项研究还揭示了 BFS-MSWI FA-DFG 复合材料的水化过程，揭示了 BFS 的玻璃结构如何分解成不稳定单元，然后形成致密的晶体结构。X 射线吸收精细结构 (XAFS) 分析提供了有关整个转变过程中原子键长和微观结构演变的详细信息。
“令人惊讶的结果是，使用硫酸盐基粘合剂时，铅和砷的固定效率都很高（99.8%），表现优异，”张补充道。“这表明磷酸盐和硫酸盐水泥可以更有效地稳定 MSWI FA 中的有害元素，从而有可能减少废物处理对环境的影响。”