水泥固化是將垃圾焚燒飛灰和水泥按一定比例混合，加入適量的水，經(jīng)水化反應后形成堅硬的水泥固化體的方法，可以達到降低飛灰中危險成分浸出毒性的目的。基本原理在于通過固化包容，減少飛灰的表面積和降低其可滲透性，達到穩(wěn)定化、無害化的目的。根據(jù)國內(nèi)外學者所做的研究工作，筆者大致將其分為兩類。

1 處理與處置

Ling研究了3種不同的水泥對垃圾焚燒飛灰的固化作用。研究表明，飛灰摻量在l0％～40％時，水泥的初凝和終凝時間會有不同程度的延長。另外，飛灰的引入會使試樣整體強度的增長放緩，飛灰摻量在10％～20％時，混合體的強度與相，應的純水泥的強度相比沒有明顯下降，TCLP的測試也符合美國環(huán)保署的標準。

Jasmine設法使用盡可能少的水泥將焚燒飛灰固化，焚燒飛灰取自我國東部某城市，采用了飛灰比例分別為91％和77％的兩組樣品試驗。在水灰比為0.5時，試塊的重金屬浸出濃度符合我國標準，強度值也符合垃圾填埋裝卸和運輸?shù)臉藴�。在水灰比�?.4時，77％飛灰摻量的水泥試塊對于Pb的固化效果有了顯著的提高，Jasmine認為這是由于減少用水量以后，水泥漿的密度提高進而使?jié){體結(jié)構更趨于緊密。

水泥固化是對垃圾焚燒飛灰有效的處理處置方法之一，美國環(huán)保署已將水泥基材料固化列為處理有毒有害廢物的最佳技術。目前國內(nèi)外對垃圾焚燒飛灰的處置著重于無害化處理后作為廢棄物進行填埋，但是這種處理處置方式存在如下問題：①處理后廢物體積增加；②新的填埋場有限；③存在長期穩(wěn)定性問題，飛灰中特殊的鹽類和有機物的分解容易造成固化體破裂，從而造成再次污染。因此，根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟的理念，尋找合適的垃圾焚燒飛灰資源化途徑，已經(jīng)成為解決飛灰污染問題的當務之急。

2 資源化利用

垃圾焚燒飛灰的主要成分為siO2、A12O3、Fe2O3和CaO等，與目前常用的高爐礦渣、粉煤灰等輔助性膠凝材料組成十分類似，而且飛灰顆粒微細，易與其他物質(zhì)反應生成新的物相，因此有望將垃圾焚燒飛灰開發(fā)成一種輔助性膠凝材料與水泥共用，實現(xiàn)其資源化利用，減輕填埋場的負擔。針對垃圾焚燒飛灰與水泥共用過程中出現(xiàn)的諸如力學強度不足、體積安定性不良、凝結(jié)時間增長等缺點，國內(nèi)外學者在垃圾焚燒飛灰膠凝材料化方面做了很多研究，為垃圾焚燒飛灰的資源化作出了努力。

同濟大學的岳鵬等利用城市垃圾焚燒飛灰制備新型輔助性膠凝材料。研究結(jié)果表明，焚燒飛灰可以延緩水泥的凝結(jié)硬化，具有一定的膠凝活性，但在水泥中的摻量不宜過大；與礦渣復合后可以改善焚燒飛灰的膠凝活性，提高水泥漿體的強度；焚燒飛灰中的重金屬可被固化于水泥水化產(chǎn)物中，不會對環(huán)境造成污染。Shih采用篩分、研磨和磁性分離的方法對飛灰進行預處理，以去除其中的碎片、鹽類和金屬成分。當處理后的飛灰摻量在5％以內(nèi)時，水泥試樣的強度幾乎沒有變化；當摻量超過l0％時，由于飛灰含量增加引起的CaO成分不足導致了強度的下降；當飛灰摻量為15％時，通過加入適量的 CaO對混合物的化學成分作了彌補，使水泥的強度滿足了要求。

清華大學的蔣建國等考察了水洗預處理對焚燒飛灰組成及其膠凝活性的影響，研究了不同水泥／飛灰配比下所制得的固化塊的力學強度和重金屬浸出毒性。結(jié)果表明，經(jīng)過水洗預處理，焚燒飛灰中的可溶性鹽類大大減少，飛灰固化塊的強度得到了一定提高，重金屬浸出毒性有明顯的降低，體積安定性也得到了改善。隨著水泥添加量的增加，飛灰固化塊的抗壓強度也提高，在添加60％水泥養(yǎng)護28天后，其抗壓強度可達到42．5MPa，且在pH值為1—13的范圍內(nèi)重金屬浸出毒性穩(wěn)定。

Aubert將飛灰預處理后應用于混凝土，并將該預處理方法命名為Revasol方法。該方法由3個連續(xù)的步驟組成：對焚燒飛灰進行水洗、磷酸化和煅燒處理，分別用來去除可溶性鹽、穩(wěn)定重金屬、去除有機物。處理后的飛灰可被當作混凝土的骨料使用。研究表明，混凝土的強度并沒有因為飛灰的加入而降低。重金屬毒性浸出穩(wěn)定，因此具有潛在的使用價值。 Aubert還采用Na2CO3對飛灰進行了預處理。結(jié)果表明，采用Na2CO3處理過的飛灰在與水泥混合時，比用Revasol方法處理過的飛灰水灰比要大，但是具有更高的力學強度。這是由于改進后的預處理方法更好地去除了飛灰中的金屬鋁以及硫酸鹽，其中金屬鋁的存在被認為是水泥固化飛灰后產(chǎn)生膨脹的主要原因。

垃圾焚燒飛灰所引起的污染問題已經(jīng)引起了人們的廣泛重視。要做到飛灰的無害化處理及其資源化，必須從環(huán)境、技術和安全等角度進一步深入研究。水泥固化作為一種經(jīng)濟且行之有效的方法，已經(jīng)從單純的固化后填埋發(fā)展到對飛灰的資源化利用上面，且垃圾焚燒飛灰和水泥相近的組成也為其成為膠凝材料提供了可能。

目前得到的固化體大部分只能填埋，限制了固化技術的發(fā)展。對垃圾焚燒飛灰資源化利用的研究，應設法采用物理活化、化學活化、熱活化等手段提高焚燒飛灰的活性，并保證固化體具有良好的安定性，嚴格杜絕膨脹等影響固化體強度發(fā)展的現(xiàn)象發(fā)生，使固化體具有優(yōu)良的性能，實現(xiàn)再利用。

對垃圾焚燒飛灰再利用的主要障礙是其中的有毒有害18物質(zhì)，因此水泥固化技術的關鍵是固化體的浸出毒性和安全使用。此外，有必要對垃圾焚燒灰渣中重金屬的遷移、轉(zhuǎn)化和富集機理以及重金屬污染物對水泥水化的干擾作用進行深入研究。
 

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