威海市生活垃圾焚燒廠爐渣制免燒磚分析

曲浩，姜守武，孔為麗

（1.威海市垃圾處理廠，山東威海264200；2.北京水氣藍德環保科技有限公司，北京100025）

威海市生活垃圾焚燒廠爐渣制免燒磚分析

曲浩1，姜守武1，孔為麗2

（1.威海市垃圾處理廠，山東威海264200；2.北京水氣藍德環保科技有限公司，北京100025）

介紹了爐渣制磚原理，對威海市生活垃圾焚燒廠爐渣的粒徑、含水率、熱灼減率、含雜量、化學性能及重金屬含量等特性進行了檢測，闡述了制磚的相應工藝，并通過經濟分析表明了該方案是可行的。

垃圾焚燒廠；爐渣；免燒磚

爐渣是生活垃圾焚燒的副產物，指自爐床尾部排出的不可燃物，主要是金屬的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽以及硅酸鹽，爐渣產生量與垃圾的種類、焚燒工業設備條件有關［1］。

由于爐渣主要含中性成分（如硅酸鹽和鋁酸鹽等主要成分，占30%以上），且物理化學和工程特性與天然骨料（石英砂和黏土等）相似，因而是很好的建筑原材料。在國外，爐渣用作水泥和混凝土的部分替代骨料，如美國的ARR灰渣再循環利用工藝生產的骨料制品，廣泛應用于瀝青混凝土、建筑砌塊集料等［2］。國內也有垃圾焚燒爐渣制磚的先例，如上海浦東新區生活垃圾焚燒廠灰渣特性和資源化利用技術開發與應用研究成果獲建設部華夏二等獎，成功應用于上海市的2座垃圾焚燒廠。

1 爐渣制磚原理

爐渣屬于一般廢物，作為生產免燒磚的主要原料，由于不具備火山灰活性，除選擇水泥外，還選擇石灰、石膏和激發劑作為原料。

生活垃圾焚燒爐渣的主要化學成分為SiO2、CaO和Al2O3，其中SiO2和Al2O3能與水泥水化產生的Ca（OH）2發生二次水化反應，反應過程如下：

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

Al2O3+xCa（OH）2+（n-x）H2O=xCaO·Al2O3·n H2O。

石灰的主要作用是其有效氧化鈣與硅質材料發生反應，生成含水硅酸鹽凝膠及結晶連生體，從而膠結未反應完全的爐渣，提高早期強度。

石膏屬于一種硫酸鹽激發劑，用來激發爐渣的活性，以免過程緩慢導致早期強度低。

在激發劑（主要為Na2SiO3）的作用下，激發生活垃圾焚燒爐渣的活性，非活性的SiO2和Al2O3，在堿性條件下可反應生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。

整個水化過程就是焚燒爐渣在硫酸鹽激發劑和堿激發劑的作用下，與水泥、石灰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，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磚硬化而具有強度。

2 威海市生活垃圾焚燒廠爐渣特性

威海市生活垃圾焚燒廠日處理能力為700 t，爐排爐處理工藝，日產爐渣180 t左右。根據GB/T 25032—2010生活垃圾焚燒爐渣集料、JC/T 422—2007非燒結垃圾尾礦磚等標準要求，對威海市生活垃圾焚燒廠爐渣取樣后針對相關指標進行了檢測。

2.1 粒徑

爐渣粒徑分布檢測結果見表1。

表1 威海市生活垃圾焚燒廠爐渣粒徑分布%

將表1與標準對比可以初步判斷，雖然爐渣顆粒相對較細，但要符合細集料（40%物料粒徑在小于2.36 mm，即8目）要求，需進一步篩選。在對大體積的磚頭、石塊等剔除后，使用13.2 mm方孔篩篩選，余料中72.2%通過了2.36 mm篩孔。

2.2 含水率

爐渣含水率檢測結果見表2。

表2 威海市生活垃圾焚燒廠爐渣含水率、熱灼減率%

標準要求細集料的含水率小于18%，表2數據滿足細集料含水率的要求。

2.3 熱灼減率

爐渣熱灼減率檢測結果見表2。符合GB 18485—2001生活垃圾焚燒污染控制標準規定的熱灼減率小于5%的要求。

2.4 含雜量

爐渣含雜量檢測結果見表3。

表3 威海市生活垃圾焚燒廠爐渣含雜量%

將表3與標準對比，爐渣中的含鐵量滿足標準要求，但是金屬物和輕飄物含量略超出標準，若用于制磚，應分別增加去除金屬物和去除輕飄物的工序。

2.5 化學性能

爐渣化學性能檢測結果見表4。

表4 威海市生活垃圾焚燒廠爐渣化學性能%

通過對垃圾爐渣進行理化分析可知：其主要含量為硅酸鹽、鋁、鐵和鈣，可與水泥、石灰、石膏和激發劑進行混合反應，從而滿足免燒磚的強度要求。

2.6 重金屬

根據威海市生活垃圾焚燒廠爐渣重金屬含量檢測結果，通過HJ/T 299—2007浸出法進行換算后，重金屬浸出毒性最大值見表5。

表5 威海市生活垃圾焚燒廠爐渣的重金屬浸出毒性最大值量mg/L

從表5可以看出，汞、鎘、銅、砷、硒的最大浸出毒性低于GB 5085.3—2007危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別的標準限值，鉛高出標準值3～4倍，鋅高出10%～100%。

3 爐渣制磚工藝

3.1 原料

爐渣：生活垃圾焚燒發電廠排放的焚燒爐渣需破碎篩選，以調整焚燒爐渣顆粒粗細分布。

水泥：水泥的質量要符合GB 175—2007通用硅酸鹽水泥的規定。

石灰：選用新鮮生石灰，確保其高活性，有效氧化鈣含量不低于70%，細磨過0.8 mm篩。

石膏：選用CaO含量大于32%，SO3含量大于45%，含水率小于20%，含雜量小于3%。

激發劑：主要為Na2SiO3，有研究表明，當焚燒爐渣和Na2SiO3的摻量分別為原料總量的70%和5.5%時，28 d抗折強度和抗壓強度分別達3.254 MPa和20.56 MPa［3］。

3.2 設備

爐渣制磚再利用系統包括爐渣接收與儲存系統、爐渣預處理系統、爐渣再利用制磚系統和產品儲存系統。

主要設備如下。①分選設備：磁選機、渦電流分選機、篩分機。②破碎設備：粉碎機、震擊式標準振篩機、球磨機。③混料設備：雙臥軸攪拌機。④成型設備：液壓制磚機、標準磚模具。⑤養護設備：托板、噴水器。

3.3 爐渣預處理

1）除鐵和分離雜物：爐渣內有大量可回收的廢鐵及少量的有色金屬，90%以上的廢鐵必須清除，否則制成的磚出現銹斑，影響磚的使用推廣，回收的廢鐵也有可觀的經濟價值。有色金屬通過采用渦電流分選去除。未焚燒盡的少量纖維、部分塑料、紙張等輕飄物，通過機選和人工篩選，仍可重新回爐焚燒。

2）按照制磚的要求對爐渣進行破碎和篩分，制成合格的多種制磚集料。

3）按一定比例添加水泥、石灰等壓制成型。

3.4 壓制成型

使用液壓制磚機，標準磚模具按設定配比方案壓制。焚燒爐渣免燒磚既不燒結，也不蒸壓，因此前期強度的形成主要依靠成型壓力，后期的強度主要依靠水泥的膠結及焚燒爐渣活性的激發。

3.5 養護

磚坯成型后具有一定強度（澆水時磚淋不壞）時就可以開始灑水養護，隔5 h灑水1次，3 d后每隔8 h灑水1次，10 d后每隔10 h灑水1次，15 d后自然干燥至28 d，之后可對外出售。

4 工程化經濟分析

按年處理爐渣5萬t規模計算，年產免燒磚700萬塊（13.5萬m2）。據測算生產免燒磚成本為14.8元/m2，年生產成本為199.8萬元。年收入412.5萬元（含免燒磚銷售收入和廢鐵銷售收入2個部分），產生利潤212.7萬元。

5 結論與建議

根據目前取樣檢測結果，若要將威海市生活垃圾焚燒廠爐渣用于制磚，需要對其中少數指標如鉛、鋅等加強預處理和控制，在技術上是可行的。通過經濟分析，該方案運營成本較低，經濟效益較好，但要保證工程建成后正常生產，需要相關政府主管部門出臺相應配套政策加以支持，包括分選出來的廢鐵的金屬物銷路及價格，特別是主要產品免燒磚的出路及價格等。

［1］建設部人事教育司，建設部科學技術司.城市生活垃圾焚燒處理技術［M］.北京：中國建筑工業出版社，2004.

［2］孫昕，金龍，宋立杰，等.城市生活垃圾焚燒灰渣資源化利用的研究發展［J］.污染防治技術，2009（2）：61-63.

［3］楊媛，吳清仁，曹旗，等.利用生活垃圾焚燒發電廠爐渣制備免燒磚的研究［J］.新型建筑材料，2010（8）：40.

Baking-free Brick Produced by Using Residue from Weihai Domestic Waste Incineration Plant

Qu Hao1,Jiang Shouwu1,Kong Weili2
（1.Weihai Waste Treatment Plant,WeihaiShandong264200;2.Beijing Water-gas Land Environmental Protection Technology Co.,Ltd,Beijing100025）

The principles of incineration residue brick was introduced.Its process was expounded by testing grain size,water content,ignition loss,impurity content,chemical properties and heavy metal content of residue from Weihai Domestic Waste Incineration Plant.And this plan was feasible according to the economic analysis.

waste incineration plant；incineration residue；baking-free brick

X705

A

1005－8206（2012）03－0030－03

曲浩（1976—），工程師，從事生活垃圾填埋及焚燒的管理。

（責任編輯：鄭雯）

2012-03-29