摘 要 利用水泥回转窑处理危险工业废弃物正日益得到全球水泥行业的关注。本文在对现有废弃物处理方法对比分析的基础上，提出了利用水泥回转窑焚烧处理危险工业废弃物的有关问题，阐述了利用水泥回转窑焚烧处理含有重金属元素危险工业废弃物的方法和优缺点。 在此基础上，在实验室模拟进行了利用水泥回转窑焚烧处理含重金属元素的危险工业废弃物的实验研究，并通过 XRD、XPS、DTA、EPMA 等分析测试手段，探讨了危险工业废弃物中重金属元素在水泥熟料形成过程中的作用及其固化机理。并针对用水泥熟料固化重金属元素进行了生料烧结性能实验、重金属元素在熟料中固化率实验、重金属元素在熟料矿物中分布实验、固化重金属元素后熟料矿物相分析实验以及重金属元素在熟料中存在价态的实验。在这些实验的基础上，进行了有关理论分析，得到了下列结论： 1 随着混合废弃物掺加量的逐渐增大，生料烧结性能得到了很大改善：在混合废弃物掺烧量足够大的前提下，生料固相和液相反应发生了明显的变化，熟料主要矿物 C3S 的形成温度有明显降低，降低幅度大约在 200℃左右；差热分析表明，当混合废弃物掺量达到一定水平时，热能利用成为可能；高掺量混合废弃物对生料烧结性能影响的作用机理还有待进一步研究。 2 所研究重金属元素在实验室模拟煅烧条件下的固化率分别为：Cr 83.8%；Co 86.1%；Ni 86.5%；Cu 74.3%；Zn 74.3%；Cd 88.1%；Pb 86.3%；As 89.3%；由于实验室模拟煅烧与工业回转窑气流的循环方式不同，重金属元素在工业熟料中的固化率大于实验室模拟固化率；同时，重金属元素在混合废弃物中的存在形态会影响其在熟料中的固化率，并使这种情况下的固化率大于单纯以氧化物形式加入的化学试剂的固化率；不同的水泥生料因熟料矿物的不同而使熟料对重金属元素的固化率有所不同； 3 熟料矿物对重金属元素的固化具有选择性：Zn 集中存在于熟料的中间矿物中；As、Co、Cu 和 Ni 大部分存在于熟料的中间矿物相中，但在 C3S 和 C2S中也有存在；Cd 和 Pb 则不能明显区分出主要存在于熟料的哪个主要矿物中，可以认为它们是比较均匀地分布在熟料主要矿物中。 I<WP=5>北京工业大学工学硕士学位论文 4 随着生料中混合废弃物掺量的增大，在本实验所确定的化学试剂掺烧量的前提下，掺烧所带入的重金属元素对熟料主要矿物相没有本质的影响。 5 同属于第一过渡系元素的 Co；Ni；Cu；Zn 和 Fe 在原子结构上具有很大的相似性，它们可以取代 Fe 而形成置换型固溶体：Co3+，Ni3+，Cu2+主要取代八面体中的 Fe3+，而 Zn2+主要取代四面体中的 Fe3+；同时，Co3+，Ni3+，Cu2+和 Zn2+可以填充在 C3A 的半径为 1.47 ? 的孔穴中形成间隙式固溶体；Cd2+和 Pb4+可以取代 C3S 中和 O2－以八面体形式连接的 Ca2+；As3+可以取代 SiO4四面体中的 Si4+。 6 由于 Co；Ni；Cu；Zn 的原子序数和电负性的增大，使正电荷和 O2－之间引力加大，使它们更加接近，减小了离子间的距离，晶面间距也随之变小。所以，无论以混合废弃物的形式还是以单纯化学试剂形式掺烧，带入熟料中的重金属元素都会引起熟料中间矿物相晶面间距的减小，而对于 C3S 和 C2S 则没有这样的规律。 7 通过 XPS 和热力学分析，8 种重金属元素在水泥熟料主要矿物相中存在的主要价态分别是：Cr，＋3； Co，＋3；Ni，＋3；Cu，＋2；Zn，＋2； Cd，＋2； Pb，＋4； As，＋3。