摘要:以南方某垃圾焚燒廠（爐排爐）垃圾焚燒爐渣為原料制造免燒磚實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，生活垃圾焚燒爐渣經(jīng)過水解穩(wěn)定處理后可以作為免燒磚集料使用。

關(guān)鍵詞:爐渣;免燒磚;生活垃圾;焚燒爐

生活垃圾焚燒爐焚燒垃圾后會產(chǎn)生一定量的爐渣，其中爐排爐產(chǎn)生的爐渣量約為垃圾重量的20%。爐渣一般都是進(jìn)行填埋處理，不僅占用土地資源，而且會給土壤和地下水帶來安全隱患。本文初步研究了如何妥善地處置垃圾焚燒爐渣，將其作為一種新的資源加以利用，并以南方某垃圾焚燒廠（爐排爐）垃圾焚燒爐渣為原料進(jìn)行了制造免燒磚的實(shí)驗(yàn)。

1 生活垃圾焚燒爐渣成分及特性

1.1 爐渣的成分

爐渣是一種淺灰色的鍋爐底渣，其顏色會隨著含炭量的增加變深，形狀通常是不規(guī)則的、帶棱角的蜂窩狀顆粒，表面多為玻璃質(zhì)，主要是不可燃的無機(jī)物以及部分未燃盡的可燃有機(jī)物，還可能含有少量有害物質(zhì)，如重金屬等，均來源于垃圾中的玻璃、裝修雜物、瓶子、陶瓷、磚塊、金屬、熔渣等。爐渣中的主要成分是硅酸鹽，與水泥的基本成分一致。

1.2 爐渣顆粒形態(tài)

通過電子顯微鏡觀察可知，爐渣是由多種粒子構(gòu)成的，其中非晶體顆粒占總量的50%以上。其顆粒組成為漂珠占0.1%～0.3%，實(shí)心微珠占45%～58%，炭粒占1%～3%，不規(guī)則多孔體占28%～39%，石英占5%～8%，其他占5%。

1.3 爐渣顆粒細(xì)度分布

爐渣顆粒是粗細(xì)分布均勻的集料，易壓實(shí)到具有高承載能力的狀態(tài)，且抗剪切能力高、抗凍性好、穩(wěn)定性高。采用粗細(xì)集料篩分測定爐渣的粗細(xì)分布為：0.1～4mm的爐渣占15%～20%，4mm以上的達(dá)70%。

1.4 爐渣的含水率、密度、吸水率

測得該廠爐渣的含水率一般在21%左右，密度在1250kg/m3左右，吸水率在9%左右。

1.5 爐渣的堅(jiān)固性

使用飽和硫酸鈉溶液，連續(xù)5次浸泡和烘干循環(huán)爐渣后，爐渣質(zhì)量損失約為4.31% ，爐渣的堅(jiān)固性可達(dá)到制造免燒磚的要求。

1.6 爐渣的有機(jī)質(zhì)含量

爐渣中的有機(jī)質(zhì)會影響無機(jī)結(jié)合料硅酸鈣的穩(wěn)定性，因而集料中有機(jī)質(zhì)含量不宜過高。

1.7 毒性評價(jià)

市環(huán)保監(jiān)測站對該垃圾焚燒廠垃圾焚燒爐渣進(jìn)行了3次采樣監(jiān)測，監(jiān)測項(xiàng)目包括：總Cd、總Pd、總Zn、氰化物、總Ni、總As、總Hg和Cr6+，均未超過國家標(biāo)準(zhǔn)。另外各種文獻(xiàn)資料一般也認(rèn)為爐渣不屬于危險(xiǎn)廢物。

2 免燒磚實(shí)驗(yàn)

分析研究表明，爐渣不屬于危險(xiǎn)廢物，其顆粒粗細(xì)分布較均勻，物理組成復(fù)雜，具有較高的強(qiáng)度；金屬和有機(jī)質(zhì)含量低，堅(jiān)固性好，符合國家標(biāo)準(zhǔn)《墻體材料術(shù)語》（GB/T 18968-2003）中硅酸鹽磚原材料的要求，可用作生產(chǎn)免燒磚。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1.1 爐渣

（1）垃圾焚燒發(fā)電廠排放的爐渣經(jīng)過水解槽洗滌，以去除可溶解鹽；

（2）破碎篩選，以調(diào)整爐渣顆粒粗細(xì)分布；

（3）磁選，以去除鐵；

（4）電渦流分選，以去除有色金屬；

（5）篩選3～8mm顆粒備用，3mm以下的顆粒加生石灰粉及水輥碾攪拌、陳化。

2.1.2 水泥

水泥既是灰渣磚的膠結(jié)料，也是灰渣的活性激發(fā)劑。對水泥的質(zhì)量，除要求其符合國家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》(GB175-1999）、《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥》（GB1344-1999）、《復(fù)合硅酸鹽水泥》(GB12958-1999）的規(guī)定外，還要符合下列要求：

（1）安定性：用沸煮法檢驗(yàn)必須合格；

（2）凝結(jié)時(shí)間：初凝不得早于45min，終凝不得遲于10h；

（3）細(xì)度：80μm方孔篩篩余不得超過10%；

（4）堿含量：pH值高于12。

2.1.3 石灰

選用剛出廠的新鮮生石灰，確保其高活性，有效氧化鈣含量不低于70%，過火灰低于5%，欠火灰少于7%，細(xì)磨過0.08mm篩。

2.1.4 石膏

選用CaO含量大于32%、SO3含量大于45%、H2O含量小于20%、其他雜質(zhì)含量小于3%的石膏。

2.1.5 XC-50爐渣高效活化劑

生活垃圾焚燒爐渣專用活化劑的主要成分為硅酸鈉，用于調(diào)節(jié)免燒磚的酸堿度，可腐蝕玻璃體表面，增強(qiáng)物料之間的附著力。

2.1.6 制磚設(shè)備

（1）爐渣處理設(shè)備：多層滾筒篩、方孔篩、粉碎機(jī)、磁選機(jī)、電渦流分選機(jī)、水解槽、輥碾攪拌機(jī)。

（2）混料設(shè)備：A-11型水磁化器、雙臥軸攪拌機(jī)。

（3）成型設(shè)備：JQ6-15-39型液壓制磚機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)磚模具。

（4）養(yǎng)護(hù)設(shè)備：托板、噴霧器。

2.2 爐渣免燒磚的制作

免燒、免蒸雙免磚，是以二氧化硅和氧化鋁為主要成分的硅鋁質(zhì)材料，其主要反應(yīng)活性是與水泥水化生成的氫氧化鈣反應(yīng)形成硅酸鈣結(jié)晶，反應(yīng)過程如下：

SiO2+xCa(OH)2+(n-x)H2O= xCaO·SiO2·nH2O

爐渣還和其他的水化產(chǎn)物進(jìn)行一系列復(fù)雜的二次反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣結(jié)晶，氫氧化鈣及水化鋁酸鈣等析出針狀晶體伸入硅酸鈣凝膠體內(nèi)使?fàn)t渣磚硬化而具有強(qiáng)度。

2.2.1 原材料配比及混合

本實(shí)驗(yàn)原材料配比見表1。

先采用磁化器，對水進(jìn)行磁化處理，水磁化后由于受洛倫茲力的作用，締合水分子分成單分子使電性吸引力增強(qiáng)，從而加強(qiáng)了水泥、石灰、石膏、爐渣的水化反應(yīng)。

使用雙臥軸攪拌機(jī)按設(shè)定配比將爐渣、石膏加入攪拌槽，再將XC-50添加劑用10倍磁化水稀釋與水泥一起加入攪拌。攪拌時(shí)要嚴(yán)格控制加水量，使含水率不超過15%，一般以握能成團(tuán)、松手輕觸能散開為宜。

2.2.2 壓制成型

使用JQ6-15-39型液壓制磚機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)磚模具按設(shè)定配比方案每組壓制40塊。本實(shí)驗(yàn)免燒磚不燒結(jié)，也不蒸壓，因此前期強(qiáng)度的形成主要靠成型機(jī)的壓力，后期的強(qiáng)度主要靠水泥的膠結(jié)及爐渣活性的發(fā)揮。

2.2.3 養(yǎng)護(hù)

磚坯成型后當(dāng)有一定強(qiáng)度（澆水濕磚淋不壞）就可以灑水養(yǎng)護(hù)，將A、B、C、D、E每組20塊磚分開養(yǎng)護(hù)。

一組（稱為1號成品）隔3小時(shí)灑水1次，5天后每隔5小時(shí)1次，10天后每隔10小時(shí)1次，15天后自然干燥至28天。此組成品磚外觀完整，無裂紋，無明顯變形，該組成功。

另一組（稱為2號成品）早晚各灑水1次，15天后自然干燥至28天。此組成品磚的外觀有缺角，有裂紋，并有明顯凹凸變形，該組失敗。

3 免燒磚的檢驗(yàn)及分析

3.1 爐渣免燒磚的重金屬浸出特性

爐渣中含有少量Pb、Cr、Cd、As等有害元素，分別將A、B、C、D、E組的免燒磚用紫外分光光度法測試重金屬浸出量，重金屬浸出量均未超標(biāo)。

3.2 爐渣免燒磚的強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)論

對1號成品組進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)，每組樣品有10個(gè)小樣。參考《混凝土普通磚和裝飾磚》（NY/T671-2003）標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度等級MU15技術(shù)要求。結(jié)果如表2。

4 結(jié)語

（1）該廠的生活垃圾焚燒爐渣與天然河砂的表觀密度和表干密度相近，可以替代天然河砂制造免燒磚。

（2）養(yǎng)護(hù)程序與一般免燒磚程序一致。

（3）免燒磚重金屬浸出量均不會超標(biāo)。

（4）強(qiáng)度隨著爐渣的活性材料及膠結(jié)材料的增加而增加。根據(jù)《混凝土普通磚和裝飾磚》（NY/T671-2003）標(biāo)準(zhǔn)，A組和B組免燒磚可用于承重墻體結(jié)構(gòu)，C、D、E組可用于非承重墻體結(jié)構(gòu)。生活垃圾焚燒爐渣經(jīng)過水解穩(wěn)定處理后可以作為免燒磚集料使用。

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