周　旭，李　軍，周圣慶（中國(guó)天楹股份有限公司，江蘇　南通　226600）

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生活垃圾焚燒爐渣制磚工藝及案例分析

周旭，李軍，周圣慶
（中國(guó)天楹股份有限公司，江蘇南通226600）

【摘要】垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)產(chǎn)生的爐渣不能資源化利用只被用來(lái)提取金屬，提取完金屬的爐渣大量堆積，造成很大的二次污染。中國(guó)天楹的江蘇省海安爐渣制磚項(xiàng)目很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，爐渣經(jīng)過(guò)預(yù)處理后加入活化劑Na2SiO34.5%、水泥3.7%、石灰13.7%、石膏4.3%和水?dāng)嚢杈鶆蚝筮M(jìn)入液壓制磚機(jī)，成型壓力為20 MPa，加壓時(shí)間60 s，保壓時(shí)間為120 s，灑水養(yǎng)護(hù)28 d，這樣制成的磚硬度比普通磚高2～3倍，既實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益，又減輕了環(huán)境的負(fù)擔(dān)。

【關(guān)鍵詞】爐渣；免燒磚；資源化

每噸生活垃圾產(chǎn)出20%爐渣，主要由陶瓷、玻璃、金屬、未完全燃燒的有機(jī)物和不可燃的無(wú)機(jī)物組成。爐渣密度為2.3 g/cm3，pH為8～13，含有約38%的SiO2、22%的CaO、10%的Al2O3、4.6%的Fe2O3、3%的MgO，還有少量的K2O、Na2O等［1］。此外，爐渣中的Pd、Cu和Zn的含量是土壤平均含量的26、14和13倍。因此爐渣直接填埋或利用將污染環(huán)境。隨著生活垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)建設(shè)的加快，爐渣的產(chǎn)生量也與日俱增。爐渣的再生處理成為了必須要解決的問(wèn)題。

1　國(guó)內(nèi)爐渣的處理現(xiàn)狀

1.1建筑上的利用

1.1.1與瀝青或水泥混合作路基及路面料

爐渣通過(guò)分揀、篩分后獲得合適的粒徑，與瀝青或水泥及其它骨料混合用作鋪裝路面工程?；鶎雍驼辰Y(jié)層的灰渣含量不宜超過(guò)20%，表層的灰渣含量不宜超過(guò)15%。對(duì)這種混合料進(jìn)行金屬元素浸出的跟蹤測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其鉛、鎘和鋅等的釋放量較低。利用其對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康的影響及生命周期評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)只要管理技術(shù)恰當(dāng)，這種混料利用的所有風(fēng)險(xiǎn)均低于可接受風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)值，爐渣中最有可能存在潛在危險(xiǎn)的鉛的浸出量也遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，有效地避免了對(duì)環(huán)境的二次污染［2］。

1.1.2填埋場(chǎng)的覆蓋材料

一些具有防滲層及滲瀝液回收系統(tǒng)的填埋場(chǎng)，爐渣可以不經(jīng)過(guò)處理直接作為覆蓋材料。對(duì)處理爐渣來(lái)說(shuō)，這是一種最快捷的方法。通過(guò)對(duì)其滲瀝液分析，發(fā)現(xiàn)滲瀝液中的重金屬濃度低于TCLP（毒性浸出測(cè)試）的最大允許值。但其溶解鹽的濃度會(huì)遠(yuǎn)高于飲用水標(biāo)準(zhǔn)值，因此此方法處理爐渣需要監(jiān)測(cè)滲瀝液中溶解鹽的濃度。爐渣在裝載、運(yùn)輸、卸載和覆蓋過(guò)程中容易產(chǎn)生飄灰。研究者對(duì)其進(jìn)行分析測(cè)試及評(píng)估，發(fā)現(xiàn)這種飄灰不會(huì)危害操作者的健康。

1.2廢水處理中的利用

沸石經(jīng)常被廣泛用于廢水處理中，沸石中主要結(jié)晶成分是鋁硅酸鹽，而爐渣中恰好含有大量的鋁硅酸鹽，且爐渣的孔隙率和比表面積較大，因此經(jīng)常被用來(lái)作為生物填料對(duì)廢水進(jìn)行吸附處理。爐渣在除磷方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)，主要通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化和物理吸附2種方法。爐渣的粒徑越小，除磷效果越好。一方面是由于小粒徑的爐渣具有更大的比表面積，使得顆粒中的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)的吸附活性中心增多，對(duì)磷的表面吸附作用增強(qiáng)；另一方面是小粒徑的爐渣中含的重金屬比例較多，同時(shí)浸出也會(huì)增多，而這些重金屬可以與廢水中的磷酸鹽產(chǎn)生反應(yīng)生成沉淀析出，從而去除廢水中的磷元素［2］。實(shí)驗(yàn)證明對(duì)有機(jī)廢水的除磷效果比無(wú)機(jī)廢水的明顯。

2　爐渣制磚工藝

2.1爐渣預(yù)處理

生活垃圾焚燒溫度達(dá)1 100℃，爐渣從出渣口排出時(shí)需要經(jīng)過(guò)冷卻水使溫度降低。由于爐渣經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)后孔隙較大，會(huì)吸收一定的水分，因此需要進(jìn)行干燥處理。干燥后的爐渣經(jīng)過(guò)磁選裝置，分離出金屬材料。同時(shí)含泥土量較高的爐渣需要進(jìn)行渣土分離。根據(jù)粒徑大小進(jìn)行篩分，粒徑3mm以下可以直接利用，粒徑3 mm以上經(jīng)過(guò)2～5 min的球磨。球磨后的爐渣再進(jìn)行篩分，如此循環(huán)直至粒徑均勻。

2.2爐渣摻雜量分析

將爐渣、石膏和石灰等按照一定的比例放入攪拌槽中混合均勻，再將水泥、水和激發(fā)劑加入攪拌槽中一起攪拌。在攪拌的時(shí)候嚴(yán)格控制加水量，使含水率在10%左右。一般以手握能夠成團(tuán)，松開(kāi)手就散為宜。

爐渣比例越大，水泥凝結(jié)需要的時(shí)間越長(zhǎng)。同時(shí)隨著爐渣添加量的增加，路面磚的強(qiáng)度也發(fā)生了變化。當(dāng)摻雜量小于20%時(shí)，路面磚的初期強(qiáng)度低于一般路面磚，但符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，養(yǎng)護(hù)28 d后，路面磚強(qiáng)度增加；當(dāng)摻雜量在20%～40%時(shí)［1］，養(yǎng)護(hù)28 d，其強(qiáng)度相當(dāng)于普通磚的強(qiáng)度，養(yǎng)護(hù)60 d或90 d后，其強(qiáng)度卻是普通路面磚強(qiáng)度的1.03～1.11倍［2］；當(dāng)摻雜量達(dá)40%～60%，養(yǎng)護(hù)28 d，強(qiáng)度是普通磚的2～3倍。后期強(qiáng)度比前期強(qiáng)度高主要是由于后期爐渣的隱活性被激發(fā)，形成的硅酸鈣是主要原因。隨著爐渣摻雜量的增加，相應(yīng)的磚的強(qiáng)度也增加，但是爐渣摻雜量越大，重金屬的浸出濃度必然也隨之增大，磚坯的固化速度降低，所以一般爐渣摻雜量控制在65%以下。

2.3成型

加壓是目前最常用的免燒路面磚成型方式，加壓作用原理為密實(shí)填充原理、物理咬合原理和緊密接觸原理［3］。密實(shí)填充原理指出壓力越大，磚體的密度越大，從而磚體的強(qiáng)度就越高，但是成型壓力也是有限度的，爐渣和其他混料間存在著一定的空氣，施壓時(shí)空氣會(huì)排出，當(dāng)排出一定量后，被壓縮的空氣在高壓下反作用力快速增大，反作用力大于壓力時(shí)會(huì)導(dǎo)致磚體分層或分裂。物理咬合原理指出壓力過(guò)小時(shí)，磚體未被壓實(shí)；當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，磚體容易壓碎或壓裂。緊密接觸原理指出壓力越大，顆粒接觸間距越小，當(dāng)壓力增大到一點(diǎn)程度時(shí)點(diǎn)接觸變?yōu)槊娼佑|，進(jìn)而演變?yōu)槊媾c面的物理咬合。

綜上所述，當(dāng)壓力達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，此時(shí)的磚坯結(jié)構(gòu)最緊密。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，成型壓力為20 MPa時(shí)為最佳壓力值。

2.4養(yǎng)護(hù)

磚體內(nèi)的水分蒸發(fā)后，水化能力下降，水分缺失使得路面磚缺棱掉角，甚至磚體開(kāi)裂，此時(shí)選擇灑水養(yǎng)護(hù)，有效地避免了這種情況的發(fā)生。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，磚體的強(qiáng)度增加。實(shí)驗(yàn)證明磚坯成型后養(yǎng)護(hù)3～7d抗壓強(qiáng)度增幅最大；7～28d增長(zhǎng)幅度有所下降，仍成增長(zhǎng)趨勢(shì)；28d后增長(zhǎng)較平穩(wěn)，基本保持不變。所以一般磚坯選擇灑水養(yǎng)護(hù)28d后出成品。

3　城市爐渣制磚案例分析

江蘇省海安縣爐渣制磚工程建設(shè)臨近海安垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)，坐落在海安胡集，有道路與204國(guó)道相接，毗鄰交通便利，場(chǎng)地平整。生產(chǎn)用電由附近的生活垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)供給。目前海安縣每天約有750 t生活垃圾實(shí)現(xiàn)焚燒發(fā)電，每天產(chǎn)生的焚燒爐渣量為150 t，每年產(chǎn)生的焚燒爐渣量為5.4×104t。爐渣經(jīng)過(guò)預(yù)處理后加入活化劑Na2SiO3、水泥、石灰、石膏和水?dāng)嚢杈鶆蚝筮M(jìn)入液壓制磚機(jī)，成型壓力為20 MPa，加壓時(shí)間60 s，保壓時(shí)間為120 s，灑水養(yǎng)護(hù)28 d，具體的物料平衡如圖1所示。

圖1　海安縣爐渣制磚項(xiàng)目物料平衡

工程建設(shè)項(xiàng)目總投資300萬(wàn)元，占地面積6 050 m2，年產(chǎn)3.8×104m3的爐渣免燒路面磚，原料年用量如表1所示。爐渣免燒路面磚的各金屬浸出率均達(dá)到地表水標(biāo)準(zhǔn)?？拐蹚?qiáng)度和抗壓強(qiáng)度達(dá)3.12 MPa和23.19 MPa，符合《生活垃圾焚燒爐渣免燒墻體磚（企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）》中抗折強(qiáng)度大于1.9 MPa和抗壓強(qiáng)度大于11 MPa的標(biāo)準(zhǔn)。磚的公稱(chēng)尺寸為：長(zhǎng)240 mm，寬115 mm，高53 mm。

表1　海安項(xiàng)目原料年用量

4　結(jié)束語(yǔ)

垃圾焚燒后的殘留物中，爐渣是目前資源回收利用主要考慮的對(duì)象，由于爐渣的物理化學(xué)和工程性質(zhì)與天然骨料相似，且容易進(jìn)行粒徑大小控制，可以作為一種建筑材料使用。爐渣是隱活性物質(zhì)，加入4.5%的活化劑Na2SiO3后激發(fā)其活性，添加到普通制磚的材料中，所制磚的強(qiáng)度是普通磚強(qiáng)度的2～3倍。海安爐渣制磚項(xiàng)目根據(jù)海安每天產(chǎn)生的爐渣量，選取對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)規(guī)模。這樣既減輕了環(huán)境的負(fù)擔(dān)，又實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益，是未來(lái)生活垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)殘留物處理的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 楊媛.城市生活垃圾焚燒爐渣制備免燒墻體磚及其對(duì)環(huán)境負(fù)荷的影響［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2010.

［2］ Kosson D S，Vander H A，Eighmy T T.An approach for estimation of contaminant release during utilization and disposal of municipal waste combustion residues［J］.J Hazard Mater，2011，47 （3）：43-75.

［3］ 李寶玲.生活垃圾焚燒爐渣建材資源化研究［D］.煙臺(tái)：煙臺(tái)大學(xué)，2014.

中圖分類(lèi)號(hào)：X799.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1005-8206（2016）02-0025-03

作者簡(jiǎn)介：周旭（1988—），工程師，主要從事生活垃圾焚燒發(fā)電處理相關(guān)研究。

收稿日期：2015-08-04

Process and Case Analysis of Brick Making by Bottom Ash in Waste Incineration

Zhou Xu，Li Jun，Zhou Shengqing
（China Tianying Inc.，NantongJiangsu226600）

【Abstract】The bottom ash from waste incineration cannot be resource utilization and only used for extracting metal. However，it will cause secondary pollution that the bottom ash waspiled up in large quantities.Haian slag brick project of China Tianying solved this problem.After pretreatment，4.5%of Na2SiO3，3.7%of cement，13.7%of lime，4.3%of gypsum and some water were added.Then we put them into hydraulic brick making machine with 20 MPa of molding pressure，60 s of pressing time，120 sof pressure holding time，28 daysof sprinkler maintenance.The hardnessof thiskind of brick was2～3 times higher than ordinary brick.Thismethod isnot only to achieve the economic benefit，but also to reduce the environmental burden.

【Key words】bottom ash；non-burnt brick；utilization