随着城市生活垃圾焚烧（Municipal Solid Waste Incineration）事业在国内的迅速发展，MSWI飞灰的产量呈明显增加的趋势。由于垃圾组分比较复杂，垃圾中所含有的重金属、有机毒物等污染物在焚烧过程中发生迁移和转化，使MSWI飞灰中富集了较高浓度的重金属、难降解有毒物质。若将MSWI飞灰直接进行填埋或处理不当，在自然环境下由于酸雨等因素的作用，污染物将逐渐渗滤出来，重新进入环境，污染地下水源、危害人类。因此被国家列为危险废弃物，必须进行特殊的处理。这已经成为一个目前必须面对的突出问题和固废处理领域的研究热点。　　本文基于MSWI飞灰的化学组成、元素组成及焙烧性质，综合考虑原料来源及制备轻质陶粒对原料性质的要求，确定采用 MSWI飞灰、页岩和锯末进行制备轻质陶粒资源化技术研究，解决MSWI飞灰中重金属污染问题，也为资源化利用提供实践的可行性。首先通过XRF、XRD、粒径分析仪、SEM、FT-IR及AAS等手段对 MSWI飞灰、页岩及锯末的化学组成、粒径分布、物相组成、化学基团、重金属毒性等基本特性进行全面表征、并借助比表面积孔径测试仪、SEM及TG-DSC等手段对原材料的比表面积及孔径、微观结构和热反应动力学特性进行表征。　　运用有约束的均匀设计方法分析原辅料配比对烧成陶粒颗粒强度、表观密度和1hr吸水率的影响；再通过正交实验开展三叶旋转窑烧制轻质陶粒的焙烧工艺参数最优化研究，探索焙烧工艺参数影响陶粒主要产品性能品质的变化规律；最后结合研究所得烧制轻质陶粒的最佳原材料质量配合比以及烧制轻质陶粒的三叶旋转窑焙烧工艺参数，开展烧制轻质陶粒的放大实验研究；利用SEM-EDS观察陶粒产品的微观结构特征、分析其微区元素含量；利用XRD、FT-IR及AAS等技术手段分析轻质陶粒物相形成、化学基团变化和重金属固化效果；根据烧成动力学理论分析陶粒烧成机理，建立热反应动力学模型并求解最概然机理函数。全面分析了陶粒产品的建材特性品质和环境安全性指标，并对轻质陶粒在混凝土中的应用做了尝试。　　通过以上各方面的研究得到以下主要结论：　　1）供试MSWI飞灰大部分呈现细小无定形灰色颗粒状，烧失量27.08％，吸脱附等温线呈S型属于Ⅱ型等温线类型。主要含有Zn、Pb、Cu、Cd、Cr、Hg等重金属，主要的物相为KCl、NaCl等可溶性盐类以及SiO2、CaSO4和铝硅酸盐晶体。经过水洗预处理后，球状颗粒及白色成分比率有所增加，Cl元素含量百分比发生了明显减少，有利于烧结过程中对重金属固化；　　2）选用页岩及锯末作为添加料混合MSWI飞灰来烧制轻质陶粒，其中页岩的SiO2、Al2O3含量较高，可以增加陶粒的强度，是构成烧成陶粒的主要骨架成分；另外，页岩中含有MgO、K2O、Na2O等助熔成分降低了陶粒表面液相的生成温度，从而降低烧成温度。锯末的热值高，在陶粒的焙烧过程中可以提供一定的热量，节约能源，烧失率高，可作为造孔剂，有助于产品中孔隙结构的形成，降低产品堆积密度；　　3）实验获得最佳坯料干基配合比（wt%）为：页岩68.38%，MSWI飞灰21.08%，锯末10.54%，最优化工艺参数分别为：预热温度450℃，烧成温度1130℃，升温速率25K/min，旋转速率10转/min，烧成温度停留时间2min；其中，烧成温度和烧成时间是影响产品的重要参数。按照坯料配比和最优工艺参数开展烧制轻质陶粒放大实验研究，制得陶粒产品外观呈现茶色，产品圆润且颗粒大小相对均匀，产品性能均能满足轻集料700级相应标准要求；　　4）采用DSC-TG曲线分析了MSWI飞灰-页岩-锯末混合体系的烧成动力学过程，热反应进程划分为：化学结合水与小分子挥发分析出，挥发分、半挥发性有机质燃烧析出，难降解有机质与固定碳燃烧，方解石与残余分解。整体而言，陶粒胚料在不同温度下衍射峰位置无明显差异，对比陶粒剖面和表面的微观形貌发现，烧制过程中仅有陶粒表面有新物相生成。陶粒胚料最终生成链状或骨架状结构的硅酸盐和硅铝酸盐，烧成过程中有大量玻璃化物质生成。试样在空气氛围不同温度下遵循的热反应机理可以描述为：随着试样温度的逐渐升高，试样热反应首先服从成核与生长机理，然后逐渐过渡到随机成核随后生长（Mample）机理，成核与生长机理，最后遵从三维扩散（Jander）机理模式直至热反应趋于完结；　　5）通过对MSWI飞灰-页岩-锯末混合试样烧成陶粒的重金属固溶率的测定结果显示，陶粒较直接焙烧MSWI，其固溶率均有大幅度提高，尤其是对Pb、Zn易挥发性重金属固化效果明显增加。其重金属稳定化机理简单表述为：MSWI飞灰-页岩体系烧成后新生成的主要物相为具有稳定骨架型结构的晶相固溶体 Ca（Mg,Fe,Al）（Si,Al）2O6、（Ca,Na）（Si,Al）4O8。MSWI飞灰中的重金属离子Cr、Cu、Zn、Cd、Hg及Pb易在较高温度下通过置换或填隙作用进入固溶体的晶体结构或被形成的硅铝酸盐网络结构所包裹而得到很好的稳定化效果；　　6）实验对烧成陶粒产品的重金属分别参照固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲液法（HJ/T300-2007）及水平振荡法（HT557-2009）模拟陶粒产品在特定环境下的重金属浸出特性，检测结果表明陶粒浸出液中各项重金属含量均远低于新修订的危险废物鉴别标准（GB/T5083.3-2007）及填埋标准（GB16889-2008）所规定的浓度限值，不会对环境造成二次污染，具有环境安全性。实验试配陶粒混凝土强度等级LC30混凝土标准件，在室温20±2℃，相对湿度为95%以上的标准养护室中养护28天后的抗压强度为30.0MPa，符合LC30强度等级陶粒混凝土要求。