Экологические наполнители на основе порошка фосфогипса с золой сжигания твердых бытовых отходов

Jan 26, 2024

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 478 (2023) Цитировать эту статью

675 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой статье подготовлены новые строительные наполнители (NBFM), использующие фосфогипс и летучую золу сжигания твердых бытовых отходов (MSWI). Влияние дозировки золы-уноса MSWI и предварительной обработки водой для промывки золы-уноса MSWI на механические свойства, время схватывания, выщелачивание металлов, продукты гидратации и микроструктуру NBFM анализируется с помощью ряда экспериментальных исследований. Результаты показывают, что механические свойства, время схватывания и плотность микроинтерфейса NBFM являются оптимальными, когда дозировка летучей золы MSWI составляет 3%. После промывки летучей золы ТБО механические свойства НБФМ повышаются, а время конденсации и концентрация выщелачивания тяжелых металлов снижаются. С увеличением срока отверждения выщелачивание металлических элементов из NBFM уменьшается, а когда срок отверждения составляет 7 дней, эффект затвердевания NBFM на большинство металлических элементов соответствует стандарту китайского кода (GB5085.3-2007). Подтверждена возможность использования золы-уноса ТБО и фосфогипса в качестве наполнителей для строительной техники, а также объяснено изменение макроскопических свойств НБФМ.

Фосфогипс является одним из промышленных побочных продуктов производства фосфорной кислоты мокрым способом, при производстве одной тонны фосфорной кислоты можно получить 4–5 тонн фосфогипса. Ежегодное производство фосфогипса промышленностью фосфорных удобрений во всем мире составляет около 300 миллионов тонн1. Некоторое количество накопленного фосфогипса не только занимает землю и загрязняет окружающую среду, но также тяжелые металлы, содержащиеся в фосфогипсе, попадают в грунтовые воды с дождевой водой, что приводит к загрязнению водных ресурсов. Таким образом, эффективному использованию фосфогипса уделяется большое внимание2,3,4,5.

Соответствующие экспериментальные исследования6,7,8 показали, что фосфогипс обладает самоуплотняющимися свойствами. Использование фосфогипса в качестве наполнителей возможно и имеет большое значение для сохранения природных ресурсов, защиты окружающей среды и экономического развития9,10,11. Чтобы улучшить применение фосфогипсовых наполнителей (PFM) в строительстве, некоторые ученые сосредоточили внимание на физическом поведении PFM. Gu12 провел эксперимент по изучению влияния фосфогипса на ПФМ. Результаты показали, что с увеличением содержания фосфогипса увеличивается текучесть ПФМ и увеличивается время схватывания. Машифана13 проанализировала влияние метода отверждения и содержания фосфогипса на PFM. Результаты показывают, что высокотемпературное отверждение может улучшить прочность PFM, а прочность PFM является самой высокой, когда содержание фосфогипса составляет 30%. Цзян14 использовал фосфогипс в качестве связующего вещества для приготовления PFM. Результаты показывают, что прочность на сжатие и изгиб PFM через 2 часа составила 3,2 МПа и 1,6 МПа соответственно, что может соответствовать стандарту прочности китайского кодекса. Чен15 использовал фосфогипс в качестве основного материала для приготовления PFM. Проанализировано влияние цемента, кремнеземного порошка и негашеной извести на прочность ПФМ. Результаты показали, что при активации портландцемента, порошка микрокремнезема и негашеной извести прочность ПФМ увеличивается на более поздней стадии, а прочность ПФМ составила 20 МПа через 28 дней.

Зола от сжигания твердых бытовых отходов (ТБО) является опасным отходом16,17,18,19, при быстром применении технологии сжигания мусора выброс золы ТБО быстро растет, но безопасность свалки золы ТБО недостаточна. После потери нормативного контроля, сжигание большого количества золы ТБО непосредственно в окружающую среду приведет к загрязнению почвы и грунтовых вод, создавая огромный риск загрязнения окружающей среды. Зола ТБО, включая зольный остаток и летучую золу. Применение зольного остатка имеет большие экономические и экологические преимущества. Поэтому Dou20 экспериментальным путем проанализировал свойства, методы обработки и состояние применения золы ТБО. Результаты показывают, что зольный остаток ТБО как малопрочный заполнитель имеет большой потенциал. Давиндер21 обсудил влияние цемента и волокна на уплотнение и прочностные характеристики зольного остатка ТБО. Результаты показывают, что за счет добавления цемента и волокна снижается максимальный удельный вес сухого зольного остатка и повышается оптимальное содержание влаги. Кроме того, добавление фибрина может снизить твердость зольного остатка ТБО. Цзин22 исследовал влияние механической активации на характеристики зольно-цементного теста для донной части ТБО. Результаты показывают, что механическая активация значительно увеличила прочность на сжатие зольно-цементного теста донной части MSWI, которая увеличилась на 14% при времени измельчения 30 мин. Лаура23 использовала передовой метод сухой регенерации для отделения цветных и черных металлов от золы ТБО и получения заполнителя с частицами различного размера, что важно для переработки золы ТБО. Правез24 использует золу и цемент от сжигания твердых бытовых отходов при производстве кирпича. Результаты показали, что критерии минимального водопоглощения и минимальной прочности на сжатие кирпича также удовлетворяются, когда цемент заменяется 6% золы ТБО.