林 莉, 顏未蔚, 楊國棟, 張煥偉, 王鳳俠, 宋迎春, 江燕航, 蔣建國*

1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 北京 100084

2.深圳市寶安區(qū)市容環(huán)境綜合管理服務(wù)中心, 廣東 深圳 518101

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展與城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市生活垃圾產(chǎn)生量日益增多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國2018年城市生活垃圾的清運(yùn)量已達(dá)到 22 801.8×104t[1]. 如何消納如此大量的生活垃圾成為了一個(gè)難題. 由于垃圾焚燒具有無害化、減量化、資源化的特點(diǎn)[2]，我國生活垃圾的處置方式也逐步從污染嚴(yán)重、選址困難的衛(wèi)生填埋[3]向焚燒轉(zhuǎn)移，2018年我國生活垃圾填埋與焚燒的比例已經(jīng)接近1∶1[1]. 生活垃圾焚燒技術(shù)即利用高溫氧化分解達(dá)到生活垃圾大量消納的目的，并回收利用所產(chǎn)生的熱能，具有處理周期短、規(guī)模大、兼容性好、占地小、可回收能量等優(yōu)點(diǎn)[4-5]. 然而值得注意的是，生活垃圾焚燒爐渣產(chǎn)生量可達(dá)到焚燒量的20%～25%[6]，據(jù)調(diào)查，2019年全國產(chǎn)生了520×104～780×104t的爐渣[7]，可觀的容量給處理處置帶來了壓力；隨著生活垃圾焚燒技術(shù)的不斷推廣，未來將產(chǎn)生數(shù)目可觀的爐渣待消納[8]. 據(jù)預(yù)測(cè)，2025年我國將產(chǎn)生 26 683.2×104t的生活垃圾，若按照50%的比例進(jìn)行焚燒處理，將產(chǎn)生 2 668×104～3 335×104t的爐渣有待處理[9]；若不能妥善處理這些爐渣，可能會(huì)帶來二次污染的問題，例如重金屬[10-11]、氯離子[12-13]等遠(yuǎn)超土壤背景值，直接填埋會(huì)造成環(huán)境污染；在處理處置過程中，如果方法不當(dāng)，也有可能產(chǎn)生進(jìn)一步的危害. 如何安全高效地處理生活垃圾焚燒爐渣，已成為推廣生活垃圾減量化、資源化、無害化技術(shù)需重點(diǎn)關(guān)注的問題之一.

目前，生活垃圾焚燒爐渣的資源化利用途徑主要包括生產(chǎn)水泥[14-15]、制備免燒磚[16]、制成路基路堤建筑材料[17]、作為代替骨料鋪裝石油瀝青路面[18-19]等. 其中，爐渣制備免燒磚由于其節(jié)能降耗、具有經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的特點(diǎn)，得到了人們的普遍關(guān)注，并具有一定的商業(yè)價(jià)值[20]. 國外在垃圾焚燒爐渣制磚方面已有一定成果，如日本學(xué)者[21]在2000年就通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用爐渣制備的墻磚和地磚符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，并能降低成本；爐渣代替部分骨料制成混凝土磚的技術(shù)在美國也早有商業(yè)化應(yīng)用[17]. 國內(nèi)也早在2002年就已經(jīng)出現(xiàn)了生活垃圾焚燒爐渣制磚的試驗(yàn)研究[22]. 近年來，多位學(xué)者從不同方面探究操作條件與制備方案對(duì)于生產(chǎn)出的免燒磚產(chǎn)品性能的影響，例如，魯敏等[23]探究了NaCl、Na2SiO3·9H2O與Na2CO3對(duì)于免燒磚性能的影響；許寧等[24]研究了爐渣級(jí)配對(duì)于免燒磚性能的影響；GUO等[25]研究了NaCl、NaNO3、NaOH三種外加劑對(duì)免燒磚防凍性、吸水性、導(dǎo)熱性等的影響. 與以上研究不同的是，該文在分析檢測(cè)了爐渣的基本性質(zhì)、對(duì)爐渣進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了5種配比方案及2種養(yǎng)護(hù)方式，測(cè)定養(yǎng)護(hù)過程與養(yǎng)護(hù)結(jié)束后免燒磚的性能，考察了爐渣免燒磚制備過程中的原料配比及養(yǎng)護(hù)方式對(duì)產(chǎn)品的抗壓特性等性質(zhì)的影響，以期為爐渣制磚的實(shí)際應(yīng)用提供關(guān)鍵參數(shù)的參考，對(duì)于大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用具有借鑒意義.

1 材料與方法

1.1 主要原料與裝置

該試驗(yàn)制造免燒磚產(chǎn)品的主要原料包括爐渣、水泥、石灰、石膏、河砂和硅酸鈉，所用藥劑包括鹽酸、硝酸等.

主要裝置包括16 cm×4 cm×4 cm的不銹鋼四聯(lián)制磚模具，25 cm×20 cm×15 cm的不銹鋼放置支架，50 L的塑料混料桶及鐵鏟等.

主要儀器如表1所示.

表1 主要實(shí)驗(yàn)儀器

1.2 測(cè)試方法

測(cè)試工作主要包括爐渣基本性質(zhì)分析與免燒磚產(chǎn)品性能測(cè)試兩部分，各指標(biāo)測(cè)試方法如表2所示.

1.3 試驗(yàn)方案

1.3.1爐渣采樣及基本性質(zhì)測(cè)定

爐渣樣品采自我國南方某生活垃圾焚燒廠，該焚燒廠采用機(jī)械爐排焚燒爐，每天垃圾焚燒量 1 800 t. 2019年4月2—8日每天上午及下午各取樣1次，共28次樣. 取樣方法：采樣150 kg爐渣，分離出未燃盡可燃物及金屬塊后將剩余的爐渣混合均勻，取樣1 kg以上，密封，防止水分揮發(fā).

根據(jù)表2所示測(cè)試方法，對(duì)爐渣的基本性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定.

表2 主要測(cè)試方法

1.3.2爐渣預(yù)處理試驗(yàn)方案

爐渣預(yù)處理步驟：磁選分選，利用磁鐵及手工分揀以去除鐵及剩余雜質(zhì)；破碎篩選，調(diào)整爐渣顆粒粗細(xì)分布，使所有顆粒粒徑均小于8 mm；將爐渣用去離子水多次洗滌，以去除可溶解鹽；自然晾干.

1.3.3爐渣免燒磚制備試驗(yàn)方案

該試驗(yàn)采用爐渣、河砂、水泥、石灰、石膏作為基本骨料，選擇硅酸鈉作為激發(fā)劑，設(shè)計(jì)5種不同配比(見表3)，每種配比采用兩種養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù).

表3 免燒磚原料配比

按比例添加骨料后，加入足量的水?dāng)嚢?，制成料漿；將料漿倒入16 cm×4 cm×4 cm的試模制作凈漿式樣，每塊磚的規(guī)格為4 cm×4 cm×4 cm，每個(gè)模具制作4塊磚.

將每種配比的磚分為兩部分，分別進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)與高溫養(yǎng)護(hù). 具體操作步驟：在常溫常壓(自然養(yǎng)護(hù))或溫度50 ℃、濕度90%(高溫養(yǎng)護(hù))的條件下分別養(yǎng)護(hù)；養(yǎng)護(hù)初期每4～6 h灑水一次；養(yǎng)護(hù)10 d后每10 h灑水一次；養(yǎng)護(hù)15 d后每天灑水一次，直至28 d養(yǎng)護(hù)期結(jié)束.

1.3.4爐渣免燒磚性能測(cè)試

根據(jù)表2所示測(cè)試方法，測(cè)定免燒磚的各項(xiàng)性能. 分別在第2、7、18和28天對(duì)樣磚進(jìn)行拆模及測(cè)定抗壓強(qiáng)度.

選取配比中爐渣含量較高(試驗(yàn)方案D、E)的兩組樣磚(每組有2個(gè)平行樣)進(jìn)行水溶性氯離子濃度和重金屬浸出濃度測(cè)定.

2 結(jié)果與討論

2.1 爐渣基本性質(zhì)分析

經(jīng)測(cè)定，2018年的爐渣樣品含水率為13.6%，熱灼減率為2.0%，灰分含量為84.3%；2019年的爐渣樣品含水率為15.7%，熱灼減率為1.2%，灰分含量為83.1%. 爐渣樣品的熱灼減率均小于5%，滿足GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，未燃盡可燃分含量較低.

爐渣中各元素含量如表4所示. 根據(jù)XRF與XRD測(cè)試結(jié)果，爐渣中含量最多的5種元素分別為Ca、O、C、Si、Fe，且主要由CaCO3、SiO2等物相組成[26]，同時(shí)包括Al2O3、Fe2O3和MgO等金屬氧化物[27]. 2018年、2019年?duì)t渣中各元素含量測(cè)試結(jié)果略有差別，但是物相組成基本相同. 測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步佐證了爐渣的組成與天然骨料相似，可作為原料進(jìn)行建材化利用[28].

爐渣中水溶性氯離子含量如圖1所示. 根據(jù)分析結(jié)果，2018年批次爐渣中水溶性氯離子含量平均值約為14.0 g/kg；2019年批次爐渣中水溶性氯離子含量平均值降為4.7 g/kg，所有樣品中的最高值為10.9 g/kg，遠(yuǎn)超過GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于100年結(jié)構(gòu)混凝土的最大氯離子含量不超過0.6 g/kg的規(guī)定，平均含量為標(biāo)準(zhǔn)限值的8倍. 因此，在對(duì)爐渣進(jìn)行建材化利用之前，需要通過預(yù)處理技術(shù)去除爐渣中的氯離子[29]. 經(jīng)測(cè)試，在固液比1∶3的條件下，經(jīng)1次水洗后爐渣水溶性氯離子含量可削減50%；經(jīng)2次水洗后水溶性氯離子含量可削減75%；經(jīng)3次水洗后，水溶性氯離子含量最終可削減87.5%，降至0.59 g/kg左右.

表4 爐渣主要元素含量

圖1 爐渣水溶性氯離子含量

爐渣中重金屬含量及其浸出濃度如圖2所示. 由圖2可知，所有爐渣樣品的Cd、Cr、Cu和Zn等重金屬含量均超過了GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值. Cd的平均含量為6.0 mg/kg，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值(0.6 mg/kg)的10.0倍；Cr的平均含量為649.5 mg/kg，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值(250 mg/kg)的2.6倍；Cu的平均含量為3 951.3 mg/kg，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值(100 mg/kg)的39.5倍；Pb的平均含量為432.5 mg/kg，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值(170 mg/kg)的2.5倍；Zn的平均含量為3 350.9 mg/kg，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值(300 mg/kg)的11.2倍. 可見，所測(cè)試樣品的重金屬含量均遠(yuǎn)超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，其中超標(biāo)最嚴(yán)重的Cu的平均含量接近標(biāo)準(zhǔn)限值的40倍，具有一定的污染風(fēng)險(xiǎn).

對(duì)于重金屬的浸出濃度，將所有樣品的重金屬浸出濃度根據(jù)GB 18599—2001《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(2013年修改版)的標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較. 結(jié)果顯示，Cd的平均浸出濃度為0.001 mg/L，小于標(biāo)準(zhǔn)限值(0.1 mg/L)；Cr的平均浸出濃度為0.21 mg/L，小于標(biāo)準(zhǔn)限值(1.5 mg/L)；Cu的平均浸出濃度為0.31 mg/L，小于標(biāo)準(zhǔn)限值(0.5 mg/L)；Pb的平均浸出濃度為0.52 mg/L，小于標(biāo)準(zhǔn)限值(1.0 mg/L)；Zn的平均浸出濃度為0.23 mg/L，小于標(biāo)準(zhǔn)限值(2.0 mg/L). 經(jīng)測(cè)試得爐渣的pH為11.86，可以發(fā)現(xiàn)爐渣屬于一般工業(yè)固體廢物，可用作建材.

綜上，爐渣具有用于建材的潛能，但仍存在一定的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，不可直接利用. 因此，在對(duì)爐渣進(jìn)行建材化利用之前，需要對(duì)爐渣進(jìn)行預(yù)處理，減少環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)[30]；同時(shí)，相關(guān)研究[31-32]證明，建材化可以削減重金屬的浸出濃度，達(dá)到一定的固化穩(wěn)定化效果，具有實(shí)際意義.

2.2 爐渣免燒磚產(chǎn)品抗壓性能分析

2.2.1抗壓強(qiáng)度性能比較

對(duì)每一種配比及養(yǎng)護(hù)方式的樣磚分別在第2、7、18和28天進(jìn)行拆模，依據(jù)GB/T 2542—2012《砌墻磚試驗(yàn)方法》規(guī)定的方法進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的測(cè)試，結(jié)果如圖3所示. 從圖3可知，自然養(yǎng)護(hù)下，原料配比對(duì)免燒磚強(qiáng)度具有較大影響. 河砂爐渣配比為3∶1的方案D在養(yǎng)護(hù)期28 d結(jié)束后的抗壓強(qiáng)度僅達(dá)到14.07 MPa，而不含爐渣的方案A在養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到25.93 MPa，接近方案D的2倍；此時(shí)，方案A的抗壓強(qiáng)度分別為方案B、C、D的118.2%、127.5%、184.3%. 養(yǎng)護(hù)過程中，方案A在第2、7、18、28天時(shí)，其抗壓強(qiáng)度分別為達(dá)到同一養(yǎng)護(hù)時(shí)間的方案D的234.5%、179.2%、184.9%、184.3%.

圖2 爐渣重金屬含量及其浸出濃度

圖3 免燒磚抗壓強(qiáng)度變化

高溫養(yǎng)護(hù)下的抗壓強(qiáng)度性能規(guī)律與自然養(yǎng)護(hù)類似. 全爐渣的方案E在養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后的抗壓強(qiáng)度為11.46 MPa，而不含爐渣的方案A達(dá)到了25.53 MPa；此時(shí)，方案A的抗壓強(qiáng)度分別為方案B、C、D、E的114.6%、124.4%、186.2%、222.8%. 養(yǎng)護(hù)過程中，方案A在第2、7、18、28天時(shí)，其抗壓強(qiáng)度分別為達(dá)到同一養(yǎng)護(hù)時(shí)間的方案E的347.9%、289.9%、240.8%、222.8%.

綜合比較可以發(fā)現(xiàn)，不管采用何種養(yǎng)護(hù)方式，原料配比對(duì)免燒磚強(qiáng)度都有很大影響，在同一養(yǎng)護(hù)方式、達(dá)到同一養(yǎng)護(hù)時(shí)間的條件下，爐渣含量低的免燒磚抗壓強(qiáng)度高于爐渣含量高的產(chǎn)品. 該規(guī)律與常威等[33]的研究結(jié)果類似，爐渣含量越高，制得的免燒磚的抗壓強(qiáng)度越低. 究其原因，是由于此次試驗(yàn)選用的河砂粒徑分布較為均勻，相較于粒徑分布不一、成分較為復(fù)雜的爐渣而言，更有利于化學(xué)反應(yīng)穩(wěn)定而安全地進(jìn)行，使得膠凝體系的抗壓強(qiáng)度更高.

2.2.2抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

各配比及養(yǎng)護(hù)方式的免燒磚抗壓強(qiáng)度變化的回歸方程擬合結(jié)果如表5所示.

表5 免燒磚抗壓強(qiáng)度方程擬合結(jié)果

從圖3和表5可以看出，自然養(yǎng)護(hù)下爐渣免燒磚的抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而逐步上升，整體呈線性關(guān)系，線性方程的擬合程度較好，R2均在0.93以上；而高溫養(yǎng)護(hù)下，抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加表現(xiàn)為先急劇上升、隨后上升速度減緩并趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，其線性關(guān)系較差，因此采用對(duì)數(shù)方程擬合，擬合程度較好.

該結(jié)果表明，養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)于免燒磚抗壓強(qiáng)度變化趨勢(shì)的影響主要體現(xiàn)在養(yǎng)護(hù)初期抗壓強(qiáng)度迅速增加，隨后由于養(yǎng)護(hù)后期抗壓強(qiáng)度增長減緩，出現(xiàn)同一配比的免燒磚在達(dá)到28 d養(yǎng)護(hù)齡期后高溫養(yǎng)護(hù)的產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度反而低于自然養(yǎng)護(hù)產(chǎn)品的情況. 例如，方案D高溫養(yǎng)護(hù)條件下在第2、7天時(shí)免燒磚的抗壓強(qiáng)度分別為自然養(yǎng)護(hù)下的142.4%、106.4%，但是28 d養(yǎng)護(hù)結(jié)束時(shí)的抗壓強(qiáng)度略低于自然養(yǎng)護(hù)，為自然養(yǎng)護(hù)下的97.4%. 這與已有研究結(jié)果[34]相同，養(yǎng)護(hù)溫度高的樣品在早期抗壓強(qiáng)度大于養(yǎng)護(hù)溫度低的樣品，但在28 d養(yǎng)護(hù)結(jié)束后抗壓強(qiáng)度相差不大，甚至?xí)∮陴B(yǎng)護(hù)溫度低的樣品強(qiáng)度. 這是因?yàn)楣橇吓c水泥中的硅酸鹽等發(fā)生水化反應(yīng)，形成固化體[35]；高溫養(yǎng)護(hù)可以促進(jìn)初期的水化反應(yīng)，增加反應(yīng)速度；但也由于初期的水化反應(yīng)過快，高溫養(yǎng)護(hù)膠凝體系的C-S-H凝膠發(fā)育程度較高，形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更為密實(shí)，并且存在包裹于凝膠中的氫氧化鈣晶體. 該晶體在高溫作用下產(chǎn)生了微裂隙，阻礙了產(chǎn)品強(qiáng)度的進(jìn)一步發(fā)展. 自然養(yǎng)護(hù)初期水化反應(yīng)較緩，微裂隙情況較輕，凝膠能逐步發(fā)展.

原料配比對(duì)于抗壓強(qiáng)度的變化趨勢(shì)也有一定影響. 從自然養(yǎng)護(hù)來看，河砂含量越高，免燒磚抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間的變化越趨于線性，例如，自然養(yǎng)護(hù)下方案A樣品抗壓強(qiáng)度變化的回歸方程的R2為0.97，而方案D僅有0.93，這是由于河砂相較于爐渣而言，成分更為單一穩(wěn)定，養(yǎng)護(hù)過程中反應(yīng)能穩(wěn)步進(jìn)行，變化較小.

2.2.3滿足不同使用要求的爐渣免燒磚制備工藝優(yōu)化

經(jīng)分析可知，最終抗壓強(qiáng)度與原料配比的關(guān)系更為密切，而養(yǎng)護(hù)方式對(duì)爐渣免燒磚的影響不顯著. 無論采用哪種養(yǎng)護(hù)方式，配比相同的免燒磚達(dá)到規(guī)定養(yǎng)護(hù)齡期的抗壓強(qiáng)度相差不超過±3%，而不含爐渣的免燒磚抗壓強(qiáng)度可達(dá)到全爐渣產(chǎn)品的222.8%. 相較養(yǎng)護(hù)方式的差異而言，原料配比差異對(duì)最終抗壓強(qiáng)度的影響更大. 因此，在進(jìn)行具體要求下的方案設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮原料配比，以滿足抗壓強(qiáng)度的要求，同時(shí)根據(jù)具體情況考慮養(yǎng)護(hù)方式的選擇，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的.

根據(jù)JC/T 466—1992(1996)《砌墻磚檢驗(yàn)規(guī)則》，磚塊的抗壓強(qiáng)度分為MU30(表示抗壓強(qiáng)度為30 MPa，其余類同)、MU25、MU20、MU15、MU10、MU7.5共6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)；根據(jù)NY/T 671—2003《混凝土普通磚和裝飾磚》的規(guī)定，只有MU20及以上的磚可用于高層建筑承重，小于MU10的磚只能用于非承重部位. 從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，無論是高溫養(yǎng)護(hù)還是自然養(yǎng)護(hù)，只有方案A、B、C即河砂爐渣比在1∶1以上的免燒磚才能達(dá)到MU20的抗壓強(qiáng)度，其中爐渣含量高(河砂爐渣配比為1∶1)的方案C在2種養(yǎng)護(hù)條件下達(dá)到20 MPa抗壓強(qiáng)度所需時(shí)間的差別不大；方案A、B、C、D的免燒磚均可在2種條件下達(dá)到MU10的抗壓強(qiáng)度，低爐渣含量的免燒磚在2種養(yǎng)護(hù)條件下所需時(shí)間的差別不大；全爐渣的方案E的免燒磚的抗壓強(qiáng)度也可在高溫養(yǎng)護(hù)的條件下達(dá)到MU10.

因此，在抗壓強(qiáng)度要求較高(MU20)時(shí)，選取的免燒磚原料爐渣河砂配比最大為1∶1，可到達(dá)具有較高抗壓強(qiáng)度與較高爐渣消納量的目標(biāo)，且選用較高爐渣含量(1∶1)時(shí)，可采用自然養(yǎng)護(hù)方式減小能耗，爐渣量較低時(shí)采用高溫養(yǎng)護(hù)提高生產(chǎn)效率. 在抗壓強(qiáng)度要求較低(MU10)時(shí)，可選取高溫養(yǎng)護(hù)來培育全爐渣的免燒磚，能在滿足抗壓強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上最大限度地消納爐渣；也可選取自然養(yǎng)護(hù)培育爐渣含量較低的免燒磚，以提高生產(chǎn)效率.

總而言之，河砂含量越高，在同一養(yǎng)護(hù)方式下達(dá)到同一抗壓強(qiáng)度的時(shí)間越短，且最終的抗壓強(qiáng)度越高；養(yǎng)護(hù)溫度有利于早期抗壓強(qiáng)度的提高，但不利于后期抗壓強(qiáng)度的進(jìn)一步發(fā)展，最終產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度由原料配比決定. 在抗壓強(qiáng)度要求較高(MU20)時(shí)，原料中爐渣河砂配比最大可選取1∶1；在抗壓強(qiáng)度要求較低(MU10)時(shí)，可在高溫條件下養(yǎng)護(hù)全爐渣的免燒磚，有利于爐渣的大量消納. 在較高爐渣含量而抗壓強(qiáng)度要求較高，以及較低爐渣含量而抗壓強(qiáng)度要求較低的情況下，可以采用更為節(jié)能的自然養(yǎng)護(hù)；其他條件應(yīng)綜合考慮選取適當(dāng)?shù)呐浔扰c養(yǎng)護(hù)條件，達(dá)到爐渣消納量大、能源耗費(fèi)少的目的.

2.3 爐渣免燒磚環(huán)保性能分析

2.3.1水溶性氯離子含量

選取配比中爐渣含量較高的方案D、E的樣品測(cè)試水溶性氯離子含量，測(cè)得方案D自然養(yǎng)護(hù)28 d后的水溶性氯離子含量為(0.43±0.07)g/kg；方案E高溫養(yǎng)護(hù)28 d后的水溶性氯離子含量為(0.59±0.03)g/kg.

可以發(fā)現(xiàn)，即使是爐渣含量較高的免燒磚產(chǎn)品的水溶性氯離子含量也比爐渣樣品低很多，從預(yù)處理到制磚的全過程，水溶性氯離子含量的平均去除率約為90%，且滿足GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)限值(0.6 g/kg). 該結(jié)果說明，相較于水洗預(yù)處理而言，建材化技術(shù)對(duì)于爐渣水溶性氯離子含量有進(jìn)一步的削減作用. 這說明該試驗(yàn)的預(yù)處理與建材利用手段有利于爐渣水溶性氯離子含量的降低，能夠降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，制得環(huán)境友好型的產(chǎn)品.

2.3.2重金屬浸出濃度

選取配比中爐渣含量較高的方案D、E的樣品測(cè)試重金屬浸出濃度，結(jié)果如表6所示.

表6 免燒磚重金屬浸出濃度

由表6可見，即使是爐渣含量高的免燒磚產(chǎn)品，其重金屬浸出濃度相較于爐渣樣品也有下降，自然養(yǎng)護(hù)方案D的各重金屬浸出濃度平均削減為原來的49.5%，高溫養(yǎng)護(hù)方案E的重金屬浸出濃度削減為原來的60.4%. 根據(jù)HJ 1091—2020《固體廢物再生利用污染防治技術(shù)導(dǎo)則》相關(guān)規(guī)定，養(yǎng)護(hù)后免燒磚成品的重金屬浸出濃度與GB 30760—2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)限值相比，除自然養(yǎng)護(hù)D平行樣2的Pb之外，其他樣品的各重金屬浸出濃度均滿足標(biāo)準(zhǔn)限值，而自然養(yǎng)護(hù)D平行樣2的Pb超過了原爐渣的Pb平均浸出濃度，可能是由測(cè)試誤差造成的. 這說明使用過程中浸出液直接排放對(duì)環(huán)境的影響不大. 該結(jié)果與宋珍霞等[36]的研究結(jié)果相吻合，建材固化技術(shù)對(duì)有毒重金屬的浸出濃度有一定的削減作用. 這說明經(jīng)過預(yù)處理與建材化利用后制得的爐渣免燒磚產(chǎn)品重金屬浸出風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步下降，有利于爐渣的資源化利用.

3 結(jié)論

a) 試驗(yàn)用爐渣的平均含水率為15.7%，平均熱灼減率為1.2%，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為83.1%，物相組成以碳酸鈣、二氧化硅等為主，可代替天然骨料，但水溶性氯離子平均含量為4.7 g/kg，且重金屬存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn).

b) 原料配比及養(yǎng)護(hù)方式均對(duì)免燒磚性能有重要影響. 養(yǎng)護(hù)方式不同主要體現(xiàn)在養(yǎng)護(hù)初期抗壓強(qiáng)度的提升方面，而對(duì)最終抗壓強(qiáng)度造成的差異不顯著；原料配比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響更大，不含爐渣的普通免燒磚最終抗壓強(qiáng)度可達(dá)全爐渣的免燒磚的2.23倍. 在強(qiáng)度要求為MU20時(shí)，原料中爐渣河砂配比最大可選取1∶1；在強(qiáng)度要求為MU10時(shí)，可在高溫條件下對(duì)全爐渣的免燒磚進(jìn)行養(yǎng)護(hù). 在較高爐渣含量而抗壓強(qiáng)度要求較高，以及較低爐渣含量而抗壓強(qiáng)度要求較低的情況下，可以采用更為節(jié)能的自然養(yǎng)護(hù)；其他條件應(yīng)綜合考慮選取適當(dāng)?shù)呐浔扰c養(yǎng)護(hù)條件，達(dá)到爐渣消納量大且能源耗費(fèi)少的目的.

c) 爐渣預(yù)處理及制備免燒磚過程能有效削減90%的水溶性氯離子含量，同時(shí)也能有效降低其重金屬浸出濃度，平均削減率為50%～60%，使?fàn)t渣免燒磚使用過程的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)顯著降低.