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
（中國天楹股份有限公司，江蘇南通226600）

【摘要】垃圾焚燒發電廠產生的爐渣不能資源化利用只被用來提取金屬，提取完金屬的爐渣大量堆積，造成很大的二次污染。中國天楹的江蘇省海安爐渣制磚項目很好地解決了這個問題，爐渣經過預處理后加入活化劑Na2SiO34.5%、水泥3.7%、石灰13.7%、石膏4.3%和水攪拌均勻后進入液壓制磚機，成型壓力為20 MPa，加壓時間60 s，保壓時間為120 s，灑水養護28 d，這樣制成的磚硬度比普通磚高2～3倍，既實現了經濟效益，又減輕了環境的負擔。

【關鍵詞】爐渣；免燒磚；資源化

每噸生活垃圾產出20%爐渣，主要由陶瓷、玻璃、金屬、未完全燃燒的有機物和不可燃的無機物組成。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境。隨著生活垃圾焚燒發電廠建設的加快，爐渣的產生量也與日俱增。爐渣的再生處理成為了必須要解決的問題。

1　國內爐渣的處理現狀

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。基層和粘結層的灰渣含量不宜超過20%，表層的灰渣含量不宜超過15%。對這種混合料進行金屬元素浸出的跟蹤測試，發現其鉛、鎘和鋅等的釋放量較低。利用其對環境和人類健康的影響及生命周期評價，發現只要管理技術恰當，這種混料利用的所有風險均低于可接受風險的標準值，爐渣中最有可能存在潛在危險的鉛的浸出量也遠低于標準值，有效地避免了對環境的二次污染［2］。

1.1.2填埋場的覆蓋材料

一些具有防滲層及滲瀝液回收系統的填埋場，爐渣可以不經過處理直接作為覆蓋材料。對處理爐渣來說，這是一種最快捷的方法。通過對其滲瀝液分析，發現滲瀝液中的重金屬濃度低于TCLP（毒性浸出測試）的最大允許值。但其溶解鹽的濃度會遠高于飲用水標準值，因此此方法處理爐渣需要監測滲瀝液中溶解鹽的濃度。爐渣在裝載、運輸、卸載和覆蓋過程中容易產生飄灰。研究者對其進行分析測試及評估，發現這種飄灰不會危害操作者的健康。

1.2廢水處理中的利用

沸石經常被廣泛用于廢水處理中，沸石中主要結晶成分是鋁硅酸鹽，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，因此經常被用來作為生物填料對廢水進行吸附處理。爐渣在除磷方面有著顯著的優勢，主要通過化學轉化和物理吸附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，使得顆粒中的無機礦物質的吸附活性中心增多，對磷的表面吸附作用增強；另一方面是小粒徑的爐渣中含的重金屬比例較多，同時浸出也會增多，而這些重金屬可以與廢水中的磷酸鹽產生反應生成沉淀析出，從而去除廢水中的磷元素［2］。實驗證明對有機廢水的除磷效果比無機廢水的明顯。

2　爐渣制磚工藝

2.1爐渣預處理

生活垃圾焚燒溫度達1 100℃，爐渣從出渣口排出時需要經過冷卻水使溫度降低。由于爐渣經過高溫燒結后孔隙較大，會吸收一定的水分，因此需要進行干燥處理。干燥后的爐渣經過磁選裝置，分離出金屬材料。同時含泥土量較高的爐渣需要進行渣土分離。根據粒徑大小進行篩分，粒徑3mm以下可以直接利用，粒徑3 mm以上經過2～5 min的球磨。球磨后的爐渣再進行篩分，如此循環直至粒徑均勻。

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、水和激發劑加入攪拌槽中一起攪拌。在攪拌的時候嚴格控制加水量，使含水率在10%左右。一般以手握能夠成團，松開手就散為宜。

爐渣比例越大，水泥凝結需要的時間越長。同時隨著爐渣添加量的增加，路面磚的強度也發生了變化。當摻雜量小于20%時，路面磚的初期強度低于一般路面磚，但符合國家標準，養護28 d后，路面磚強度增加；當摻雜量在20%～40%時［1］，養護28 d，其強度相當于普通磚的強度，養護60 d或90 d后，其強度卻是普通路面磚強度的1.03～1.11倍［2］；當摻雜量達40%～60%，養護28 d，強度是普通磚的2～3倍。后期強度比前期強度高主要是由于后期爐渣的隱活性被激發，形成的硅酸鈣是主要原因。隨著爐渣摻雜量的增加，相應的磚的強度也增加，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填充原理、物理咬合原理和緊密接觸原理［3］。密實填充原理指出壓力越大，磚體的密度越大，從而磚體的強度就越高，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，施壓時空氣會排出，當排出一定量后，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會導致磚體分層或分裂。物理咬合原理指出壓力過小時，磚體未被壓實；當壓力過大時，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，當壓力增大到一點程度時點接觸變為面接觸，進而演變為面與面的物理咬合。

綜上所述，當壓力達到某個臨界點時，此時的磚坯結構最緊密。根據實驗證明，成型壓力為20 MPa時為最佳壓力值。

2.4養護

磚體內的水分蒸發后，水化能力下降，水分缺失使得路面磚缺棱掉角，甚至磚體開裂，此時選擇灑水養護，有效地避免了這種情況的發生。隨著養護時間的延長，磚體的強度增加。實驗證明磚坯成型后養護3～7d抗壓強度增幅最大；7～28d增長幅度有所下降，仍成增長趨勢；28d后增長較平穩，基本保持不變。所以一般磚坯選擇灑水養護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臨近海安垃圾焚燒發電廠，坐落在海安胡集，有道路與204國道相接，毗鄰交通便利，場地平整。生產用電由附近的生活垃圾焚燒發電廠供給。目前海安縣每天約有750 t生活垃圾實現焚燒發電，每天產生的焚燒爐渣量為150 t，每年產生的焚燒爐渣量為5.4×104t。爐渣經過預處理后加入活化劑Na2SiO3、水泥、石灰、石膏和水攪拌均勻后進入液壓制磚機，成型壓力為20 MPa，加壓時間60 s，保壓時間為120 s，灑水養護28 d，具體的物料平衡如圖1所示。

圖1　海安縣爐渣制磚項目物料平衡

工程建設項目總投資300萬元，占地面積6 050 m2，年產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到地表水標準?？拐蹚姸群涂箟簭姸冗_3.12 MPa和23.19 MPa，符合《生活垃圾焚燒爐渣免燒墻體磚（企業標準）》中抗折強度大于1.9 MPa和抗壓強度大于11 MPa的標準。磚的公稱尺寸為：長240 mm，寬115 mm，高53 mm。

表1　海安項目原料年用量

4　結束語

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象，由于爐渣的物理化學和工程性質與天然骨料相似，且容易進行粒徑大小控制，可以作為一種建筑材料使用。爐渣是隱活性物質，加入4.5%的活化劑Na2SiO3后激發其活性，添加到普通制磚的材料中，所制磚的強度是普通磚強度的2～3倍。海安爐渣制磚項目根據海安每天產生的爐渣量，選取對應的生產規模。這樣既減輕了環境的負擔，又實現了經濟效益，是未來生活垃圾焚燒發電廠殘留物處理的發展趨勢。

參考文獻：

［1］ 楊媛.城市生活垃圾焚燒爐渣制備免燒墻體磚及其對環境負荷的影響［D］.廣州：華南理工大學，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：煙臺大學，2014.

中圖分類號：X799.3

文獻標識碼：B

文章編號：1005-8206（2016）02-0025-03

作者簡介：周旭（1988—），工程師，主要從事生活垃圾焚燒發電處理相關研究。

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