文_孫進(jìn) 譚欣 紀(jì)濤

1 天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 2 天津壹鳴環(huán)境科技有限公司

垃圾在焚燒過(guò)程中不可避免產(chǎn)生飛灰，由于含有重金屬和二噁英等危險(xiǎn)廢物，如不進(jìn)行安全處置將對(duì)環(huán)境造成二次污染。目前，穩(wěn)定化和固化是我國(guó)最常用的飛灰處理技術(shù)，最后都需運(yùn)送至填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置。隨著現(xiàn)有填埋場(chǎng)庫(kù)容量的減少以及新建選址困難等難題的凸顯，促使新型式的飛灰資源化利用技術(shù)成為現(xiàn)階段我國(guó)研究和發(fā)展的重點(diǎn)。飛灰熔融資源化技術(shù)在歐、美、日已有廣泛的應(yīng)用，在我國(guó)也勢(shì)必會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景和空間。

本文針對(duì)飛灰的主要成分，研究了不同助熔物質(zhì)對(duì)飛灰熔融特性的影響規(guī)律，旨在推動(dòng)飛灰熔融玻璃化資源利用技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展提供基礎(chǔ)性研究。

1 材料和方法

1.1 采樣方法

飛灰的采樣和制樣按照HJ/T 20-1998《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》推薦的方法執(zhí)行。采樣過(guò)程按容器的上、下位置進(jìn)行分層采樣，且采樣數(shù)量不少于5個(gè)，飛灰最小采樣量＞1.0kg。制樣包括干燥、粉碎、篩分、混合及縮合等過(guò)程。首先將烘箱調(diào)節(jié)至104℃，加熱烘干至恒重。然后用粉碎機(jī)將飛灰粉碎，過(guò)100目篩，取篩下物（＜150μm）作為待檢樣品。最后采用圓錐四分法對(duì)飛灰進(jìn)行縮分，重復(fù)操作，直至取到對(duì)應(yīng)的最小樣品量。

1.2 分析及檢測(cè)方法

飛灰組分的分析方法參照GB/T 14506.28-2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第28部分：16個(gè)主次成分量測(cè)定》，分析儀器采用日本理學(xué)公司的Rigaku ZSX100e型X射線熒光光譜分析儀（XRF）。氯的檢測(cè)參考GB/T3558-2014《煤中氯的測(cè)定方法》中艾氏卡混合劑熔樣-硫酸氫鉀滴定法。硫的檢測(cè)參考GB/T214-2007《煤中全硫的測(cè)定方法》?；胰埸c(diǎn)測(cè)量參考GB/T219-2008《煤灰熔融性的測(cè)定方法》執(zhí)行。

1.3 飛灰來(lái)源及成分

本文所用飛灰取自天津某生活垃圾焚燒發(fā)電廠，X射線熒光光譜分析結(jié)果如表1所示。CaO是飛灰中占最多的組分，占比到達(dá)46%；其次是Cl，占比22.52%；除CaO外，SiO2和Al2O3含量較低，總占比不足15%。

表1 飛灰主要成分 (%)

1.4 試驗(yàn)方案

為了降低飛灰的熔融溫度，研究不同助熔物質(zhì)的影響規(guī)律。添加物質(zhì)分為兩類，一類為能形成玻璃態(tài)的物質(zhì)，包括細(xì)河沙、無(wú)色玻璃和膨潤(rùn)土，添加量為飛灰總質(zhì)量的20wt%；另一類為傳統(tǒng)的助溶劑，包括B2O3（硼砂）、P2O5和CaF2（螢石），考慮價(jià)格因素添加量設(shè)定為飛灰總質(zhì)量的5wt%。

2 結(jié)果與討論

2.1 玻璃物質(zhì)對(duì)飛灰熔融特征溫度的影響

圖1為添加20wt%細(xì)河沙、無(wú)色玻璃和膨潤(rùn)土?xí)r飛灰熔融特征溫度的變化規(guī)律。原灰的熔融特征溫度分別是變形溫度（DT）1340℃、軟化溫度（ST）1423℃、半球溫度（HT）1423℃和流動(dòng)溫度（FT）1432℃。對(duì)比原灰熔融特征溫度，細(xì)河沙、無(wú)色玻璃和膨潤(rùn)土都具有顯著助熔作用。細(xì)河沙的助熔效果最優(yōu)，熔融特征溫度分別降低了340℃、166℃、165℃、152℃；無(wú)色玻璃次之，熔融特征溫度分別降低了340℃、102℃、101℃、102℃；膨潤(rùn)土的助熔效果最低，熔融特征溫度分別降低218℃、129℃、101℃、86℃。

圖1 玻璃物質(zhì)對(duì)飛灰熔融特征溫度的影響

2.2 助溶劑對(duì)飛灰熔融特征溫度的影響

圖2為添加5wt% B2O3、P2O5和CaF2時(shí)飛灰熔融特征溫度的變化規(guī)律。對(duì)比原灰，CaF2具有一定的助熔作用，而B(niǎo)2O3和P2O5的助熔作用不顯著，甚至還導(dǎo)致熔融特征溫度的升高。添加CaF2時(shí)，飛灰的熔融特征溫度分別降低了334℃、97℃、92℃、80℃；添加B2O3時(shí)，飛灰的變形溫度升高了30℃，其它特征溫度分別降低了25℃、29℃、31℃；添加P2O5時(shí)，飛灰的熔融特征溫度分別升高了30℃、13℃、9℃、4℃。

圖2 助溶劑對(duì)飛灰熔融特征溫度的影響

2.3 經(jīng)濟(jì)性分析

表2為添加不同助熔物質(zhì)時(shí)飛灰流動(dòng)溫度下降的單位成本分析表。定義1t飛灰流動(dòng)溫度下降1℃時(shí)購(gòu)買助熔物質(zhì)所需費(fèi)用為單位成本。結(jié)果表明，玻璃物質(zhì)助熔的單位成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于助溶劑，細(xì)河沙的單位成本最低，膨潤(rùn)土次之，無(wú)色玻璃的助熔成本接近1元，而最好助溶劑（螢石）的單位成本超過(guò)了3元。

表2 飛灰流動(dòng)溫度下降的單位成本分析

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)飛灰的熔融特性試驗(yàn)得出主要結(jié)論如下：

①添加20wt%細(xì)河沙、無(wú)色玻璃和膨潤(rùn)土都能有效降低飛灰的特征熔融溫度，助熔效果細(xì)河沙＞無(wú)色玻璃＞膨潤(rùn)土。

②添加5wt%B2O3和CaF2能有效降低飛灰的特征熔融溫度，P2O5沒(méi)有助熔作用。

③從性價(jià)比考慮，推薦使用細(xì)河沙或膨潤(rùn)土作為助溶物質(zhì)。