生活垃圾焚燒爐渣制免燒磚實驗研究
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驗。結果表明，生活垃圾焚燒爐渣經過水解穩定處理后可以作為免燒磚集料使用。
關鍵詞: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生一定量的爐渣，其中爐排爐產生的爐渣量約為垃圾重量的20%。爐渣一般都是進行填埋處理，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行了制造免燒磚的實驗。
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，形狀通常是不規則的、帶棱角的蜂窩狀顆粒，表面多為玻璃質，主要是不可燃的無機物以及部分未燃盡的可燃有機物，還可能含有少量有害物質，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
通過電子顯微鏡觀察可知，爐渣是由多種粒子構成的，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%，實心微珠占45%～58%，炭粒占1%～3%，不規則多孔體占28%～39%，石英占5%～8%，其他占5%。
1.3 爐渣顆粒細度分布
爐渣顆粒是粗細分布均勻的集料，易壓實到具有高承載能力的狀態，且抗剪切能力高、抗凍性好、穩定性高。采用粗細集料篩分測定爐渣的粗細分布為：0.1～4mm的爐渣占15%～20%，4mm以上的達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 爐渣的堅固性
使用飽和硫酸鈉溶液，連續5次浸泡和烘干循環爐渣后，爐渣質量損失約為4.31% ，爐渣的堅固性可達到制造免燒磚的要求。
1.6 爐渣的有機質含量
爐渣中的有機質會影響無機結合料硅酸鈣的穩定性，因而集料中有機質含量不宜過高。
1.7 毒性評價
市環保監測站對該垃圾焚燒廠垃圾焚燒爐渣進行了3次采樣監測，監測項目包括：總Cd、總Pd、總Zn、氰化物、總Ni、總As、總Hg和Cr6+，均未超過國家標準。另外各種文獻資料一般也認為爐渣不屬于危險廢物。
2 免燒磚實驗
分析研究表明，爐渣不屬于危險廢物，其顆粒粗細分布較均勻，物理組成復雜，具有較高的強度；金屬和有機質含量低，堅固性好，符合國家標準《墻體材料術語》（GB/T 18968-2003）中硅酸鹽磚原材料的要求，可用作生產免燒磚。
2.1 實驗準備
2.1.1 爐渣
（1）垃圾焚燒發電廠排放的爐渣經過水解槽洗滌，以去除可溶解鹽；
（2）破碎篩選，以調整爐渣顆粒粗細分布；
（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料，也是灰渣的活性激發劑。對水泥的質量，除要求其符合國家標準《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》(GB175-1999）、《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥》（GB1344-1999）、《復合硅酸鹽水泥》(GB12958-1999）的規定外，還要符合下列要求：
（1）安定性：用沸煮法檢驗必須合格；
（2）凝結時間：初凝不得早于45min，終凝不得遲于10h；
（3）細度：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，用于調節免燒磚的酸堿度，可腐蝕玻璃體表面，增強物料之間的附著力。
2.1.6 制磚設備
（1）爐渣處理設備：多層滾筒篩、方孔篩、粉碎機、磁選機、電渦流分選機、水解槽、輥碾攪拌機。
（2）混料設備：A-11型水磁化器、雙臥軸攪拌機。
（3）成型設備：JQ6-15-39型液壓制磚機、標準磚模具。
（4）養護設備：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材料，其主要反應活性是與水泥水化生成的氫氧化鈣反應形成硅酸鈣結晶，反應過程如下：
SiO2+xCa(OH)2+(n-x)H2O= xCaO·SiO2·nH2O
爐渣還和其他的水化產物進行一系列復雜的二次反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣結晶，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使爐渣磚硬化而具有強度。
2.2.1 原材料配比及混合
本實驗原材料配比見表1。
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先采用磁化器，對水進行磁化處理，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，從而加強了水泥、石灰、石膏、爐渣的水化反應。
使用雙臥軸攪拌機按設定配比將爐渣、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。攪拌時要嚴格控制加水量，使含水率不超過15%，一般以握能成團、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，標準磚模具按設定配比方案每組壓制40塊。本實驗免燒磚不燒結，也不蒸壓，因此前期強度的形成主要靠成型機的壓力，后期的強度主要靠水泥的膠結及爐渣活性的發揮。
2.2.3 養護
磚坯成型后當有一定強度（澆水濕磚淋不壞）就可以灑水養護，將A、B、C、D、E每組20塊磚分開養護。
一組（稱為1號成品）隔3小時灑水1次，5天后每隔5小時1次，10天后每隔10小時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。
3.2 爐渣免燒磚的強度試驗數據與結論
對1號成品組進行強度檢驗，每組樣品有10個小樣。參考《混凝土普通磚和裝飾磚》（NY/T671-2003）標準強度等級MU15技術要求。結果如表2。
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4 結語
（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）養護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。
（4）強度隨著爐渣的活性材料及膠結材料的增加而增加。根據《混凝土普通磚和裝飾磚》（NY/T671-2003）標準，A組和B組免燒磚可用于承重墻體結構，C、D、E組可用于非承重墻體結構。生活垃圾焚燒爐渣經過水解穩定處理后可以作為免燒磚集料使用。
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