深圳市生活垃圾焚燒爐渣免燒磚試驗(yàn)研究

鄧福生，喬瑋

（1.深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠，廣東深圳518029；2.中國(guó)石油大學(xué)化工學(xué)院，北京102249）

深圳市生活垃圾焚燒爐渣免燒磚試驗(yàn)研究

鄧福生1，喬瑋2

（1.深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠，廣東深圳518029；2.中國(guó)石油大學(xué)化工學(xué)院，北京102249）

以深圳市垃圾焚燒爐渣為研究對(duì)象，對(duì)焚燒爐渣與水泥、石灰和石膏等混合壓制成的免燒磚進(jìn)行特性分析。結(jié)果表明：免燒磚的抗壓強(qiáng)度較高，按照原料配比的不同，產(chǎn)品可分別用于建筑行業(yè)的承重墻體結(jié)構(gòu)和非承重墻體結(jié)構(gòu)。同時(shí)，灰渣原料和免燒磚的重金屬浸出量均未超標(biāo)。

生活垃圾；焚燒爐渣；免燒磚

生活垃圾焚燒爐渣，主要是不可燃的無(wú)機(jī)物以及部分未燃盡的可燃有機(jī)物，來(lái)源于垃圾中的玻璃、裝修雜物、瓶子、陶瓷、磚塊、金屬、熔渣等。由于爐渣含有少量的有害物質(zhì)，如重金屬等，若未經(jīng)處理直接排放，將會(huì)污染土壤和地下水，對(duì)環(huán)境造成危害。但是爐渣、建筑垃圾、尾礦砂、粉煤灰等又是生產(chǎn)新型墻體材料的良好原料。選用尾礦砂、粉煤灰和建筑垃圾細(xì)料及廢舊聚苯乙烯泡沫顆粒生產(chǎn)廢渣免燒磚，在節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益方面均有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值［1-3］。國(guó)內(nèi)免燒磚方面已經(jīng)開(kāi)展了一些研究，王金鋒等［3-4］采用電廠灰渣生產(chǎn)免燒磚投入建筑行業(yè)使用，巴如虎等［5］對(duì)利用脫水污泥生產(chǎn)免燒磚進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。徐福華等［6］用生活垃圾灰渣制備道路彩磚。筆者以深圳市生活垃圾的焚燒灰渣為研究對(duì)象，開(kāi)展免燒磚試驗(yàn)，對(duì)產(chǎn)品的抗壓性能以及浸出毒性進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 灰渣

通過(guò)電子顯微鏡觀察表明，爐渣是由多種粒子構(gòu)成，其中非晶體顆粒占總量的50%以上。灰渣顆粒組成為漂珠占0.1%～0.3%，實(shí)心微珠占45%～58%，碳粒占1%～3%，不規(guī)則多孔體占28%～39%，石英占5%～8%，其他占5%。采用粗細(xì)集料篩分測(cè)定爐渣的粗細(xì)分布，測(cè)得0.1～4.0 mm占15%～20%，4 mm以上達(dá)70%。爐渣含水率21.89%，密度1 264 kg/m3，吸水率8.96%。爐渣中的主要元素為O、Si、Fe、Al、Na、K、Ca、C等，其含量如表1所示。

表1 爐渣無(wú)機(jī)化學(xué)成分

1.2 其他原料

1.2.1 水泥

水泥是灰渣磚的膠結(jié)料，同時(shí)也是灰渣的活性激發(fā)劑?；以拼u對(duì)水泥的質(zhì)量要求要符合GB 175—2007的規(guī)定。除此之外，灰渣需經(jīng)沸煮法檢驗(yàn)合格，初凝時(shí)間不得早于45 min，終凝時(shí)間不得遲于10 h，水泥經(jīng)80 μm方孔篩的篩余不得超過(guò)10%，pH高于12。

1.2.2 石灰

試驗(yàn)所用的石灰為剛出廠的新鮮生石灰，活性高，有效氧化鈣含量不低于70%，過(guò)火灰低于5%，欠火灰少于7%，細(xì)磨過(guò)0.08 mm篩。

1.2.3 石膏

試驗(yàn)所用石膏為CaO大于32%，SO3大于45%，H2O小于20%，其他雜質(zhì)小于3%。

1.2.4 XC-50爐渣高效活化劑

生活垃圾焚燒爐渣專(zhuān)用活化劑。其主要成分為硅酸鈉，調(diào)節(jié)免燒磚的酸堿度，腐蝕玻璃體表面，增強(qiáng)物料之間的附著力。

1.3 原料配比

蘆令超等［7］對(duì)用礦渣水泥、赤泥、粉煤灰等材料制造免燒磚進(jìn)行了物料配比，結(jié)果表明物料配比決定了免燒磚的抗壓強(qiáng)度。本試驗(yàn)進(jìn)行5組原料配比，分別對(duì)水泥、石灰、石膏、XC-50、河砂、粗爐渣和細(xì)爐渣按照不同的質(zhì)量比進(jìn)行配伍，如表2所示。

表2 爐渣免燒磚原材料配比g

1.4 爐渣免燒磚的試驗(yàn)設(shè)備

1）爐渣處理設(shè)備：多層滾筒篩、方孔篩、粉碎機(jī)、磁選機(jī)、電渦流分選機(jī)、水解槽、輪碾攪拌機(jī)。

2）混料設(shè)備：A-11型水磁化器、雙臥軸攪拌機(jī)。

3）成型設(shè)備：JQ6-15-39型液壓制磚機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)磚模具。

4）養(yǎng)護(hù)設(shè)備：托板、噴霧器。

1.5 試驗(yàn)方法

1.5.1 原料混合

試驗(yàn)使用雙臥軸攪拌機(jī)按設(shè)定配比先將爐渣、石膏加入攪拌槽，再將XC-50添加劑用10倍水稀釋與水泥一起加入攪拌。在攪拌時(shí)嚴(yán)格控制加水量，使含水率不超過(guò)15%，此時(shí)混合原料握能成團(tuán)，松手輕觸能散開(kāi)。

1.5.2 壓制成型

試驗(yàn)使用JQ6-15-39型液壓制磚機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)磚模具按設(shè)定配比方案每組壓制40塊。本研究免燒磚不燒結(jié)，也不蒸壓，前期強(qiáng)度的形成主要靠成型機(jī)的壓力，后期的強(qiáng)度主要靠水泥的膠結(jié)及爐渣活性的發(fā)揮。

1.5.3 養(yǎng)護(hù)

磚坯成型后當(dāng)有一定強(qiáng)度就可以灑水養(yǎng)護(hù)，試驗(yàn)中將A、B、C、D、E每組20塊磚分開(kāi)養(yǎng)護(hù)，一組（稱(chēng)為1號(hào)成品）隔3 h灑水1次，5 d后每隔5 h 1次，10 d后每隔10 h 1次，15 d后自然干燥至28 d；另一組（稱(chēng)為2號(hào)成品）早晚各灑水1次，15 d后自然干燥至28 d。

2 結(jié)果與討論

2.1 免燒磚的抗壓強(qiáng)度

免燒、免蒸雙免磚以二氧化硅和氧化鋁為主要成分的硅鋁質(zhì)材料，其主要反應(yīng)活性是與水泥水化生成的氫氧化鈣反應(yīng)形成硅酸鈣結(jié)晶，反應(yīng)過(guò)程如下：

爐渣還與其他的水化產(chǎn)物進(jìn)行一系列復(fù)雜的二次反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣結(jié)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(nèi)使?fàn)t渣磚硬化而具有強(qiáng)度。爐渣免燒磚水化反應(yīng)的影響因素主要有：反應(yīng)形態(tài)、表面形態(tài)、堿性環(huán)境、比表面積。因此試驗(yàn)在配方設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)主要采取4項(xiàng)技術(shù)措施：提高物料反應(yīng)溫度，增加比表面積，提高堿性環(huán)境，改善表面特征。

試驗(yàn)觀察到1號(hào)成品組養(yǎng)護(hù)品外觀完整，無(wú)裂紋，無(wú)明顯變形。而2號(hào)成品組養(yǎng)護(hù)品外觀有缺角，有裂紋，有明顯凹凸變形。因此，1號(hào)成品組養(yǎng)護(hù)程度是成功的，而2號(hào)成品組養(yǎng)護(hù)不成功。試驗(yàn)對(duì)1號(hào)成品組進(jìn)行檢驗(yàn)，每組樣品有10個(gè)小樣，結(jié)果如表3所示。

表3 免燒磚的抗壓強(qiáng)度

2.2 免燒磚的毒性指標(biāo)

爐渣中含有Pb、Cr、Cd、As等有害元素，試驗(yàn)將爐渣中的重金屬進(jìn)行了檢測(cè)。同時(shí)將A、B、C、D、E組免燒磚用紫外分光光度法測(cè)試重金屬浸出量。A、B、C、D、E組免燒磚重金屬浸出量與浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，見(jiàn)表4，表明免燒磚重金屬浸出量均未超標(biāo)。

表4 爐渣浸出毒性試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠排放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。養(yǎng)護(hù)與一般免燒磚程序一致。隨著爐渣的活性材料及膠結(jié)材料的增加而強(qiáng)度增加，A和B組免燒磚可用于承重墻體結(jié)構(gòu)，C、D、E組可用于非承重墻體結(jié)構(gòu)。生活垃圾焚燒爐渣經(jīng)過(guò)水解穩(wěn)定處理后可以作為免燒磚集料使用。

根據(jù)灰渣免燒磚的物料配伍及產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度特性，應(yīng)立足本地區(qū)市場(chǎng)的實(shí)際情況，選擇合適的配比方案，在兼顧環(huán)境生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益平衡的前提下，選擇最佳方案生產(chǎn)制造爐渣免燒磚。

［1］劉玉，宋少民.廢渣免燒磚配制技術(shù)研究［J］.粉煤灰綜合利用，2007（2）：39-41.

［2］王晴，唐明，王博.內(nèi)承重粉煤灰免燒磚的研制［J］.沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，16（1）：24-26.

［3］王金鋒，劉清平，王光金.灰渣免燒磚在薛城區(qū)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［J］.山東建材，1999（3）：26-28.

［4］許光輝，馬小娥.赤泥、粉煤灰免燒磚的性能研究［J］.粉煤灰綜合利用，2007（6）：38-39.

［5］巴如虎，劉圓圓，陶其育.水廠脫水污泥制作免燒磚的試驗(yàn)研究［J］.供水技術(shù)，2008，12（2）：33-34.

［6］徐福華，肖燕.利用生活垃圾焚燒灰渣和廢玻璃制備彩色道磚［J］.中國(guó)資源綜合利用，2003（6）：20-21.

［7］蘆令超，岳云龍，丁振宇.對(duì)堿礦渣水泥-赤泥-粉煤灰免燒磚的研究［J］.山東建材學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，13（3）：256-258.

Experimental Research on Baking-free Brick Produced by Using Residue from Domestic Waste Incineration in Shenzhen

Deng Fusheng1,Qiao Wei2
（1.Shenzhen Refuse Incineration and Multiple-treatment Plant,ShenzhenGuangdong518029；2.College of Chemical Science and Engineering,China University of Petroleum,Beijing102249）

Taking residue from waste incinerators in Shenzhen as examples,specificity analysis of baking-free brick produced with incineration residue,cement,lime and plaster was carried out.The results showed that the baking-free brick has high compressive strength.According to different ratio of raw materials,the brick can be used in construction industry as loadbearing wall structure and non-load-bearing wall structure.The amounts of leaching heavy metals from the residue and bakingfree brick were not exceeded.

domestic waste；incineration residue；baking-free brick

X799.3

A

1005－8206（2010）03－0029－03

鄧福生（1971—），1997年畢業(yè)于武漢城建學(xué)院給排水專(zhuān)業(yè)，主要從事固體廢物處理工作，現(xiàn)任深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠環(huán)境工程師，曾參加了深圳市玉龍坑垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)工程和深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠垃圾焚燒煙氣處理等多項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)、招標(biāo)和項(xiàng)目實(shí)施等工作。

E-mail：dengfushen@szum.gov.cn。

（責(zé)任編輯：鄭雯）

2009-12-14