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(lán)德環(huán)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(lán)德環(huán)?？萍加邢薰?，北京100025）

介紹了爐渣制磚原理，對(duì)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(xué)性能及重金屬含量等特性進(jìn)行了檢測(cè)，闡述了制磚的相應(yīng)工藝，并通過(guò)經(jīng)濟(jì)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(chǎn)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(chǎn)生量與垃圾的種類、焚燒工業(yè)設(shè)備條件有關(guān)［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(xué)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(guó)外，爐渣用作水泥和混凝土的部分替代骨料，如美國(guó)的ARR灰渣再循環(huán)利用工藝生產(chǎn)的骨料制品，廣泛應(yīng)用于瀝青混凝土、建筑砌塊集料等［2］。國(guó)內(nèi)也有垃圾焚燒爐渣制磚的先例，如上海浦東新區(qū)生活垃圾焚燒廠灰渣特性和資源化利用技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究成果獲建設(shè)部華夏二等獎(jiǎng)，成功應(yīng)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(chǎn)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(fā)劑作為原料。

生活垃圾焚燒爐渣的主要化學(xué)成分為SiO2、CaO和Al2O3，其中SiO2和Al2O3能與水泥水化產(chǎn)生的Ca（OH）2發(fā)生二次水化反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)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(zhì)材料發(fā)生反應(yīng)，生成含水硅酸鹽凝膠及結(jié)晶連生體，從而膠結(jié)未反應(yīng)完全的爐渣，提高早期強(qiáng)度。

石膏屬于一種硫酸鹽激發(fā)劑，用來(lái)激發(fā)爐渣的活性，以免過(guò)程緩慢導(dǎo)致早期強(qiáng)度低。

在激發(fā)劑（主要為Na2SiO3）的作用下，激發(fā)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(yīng)生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。

整個(gè)水化過(guò)程就是焚燒爐渣在硫酸鹽激發(fā)劑和堿激發(fā)劑的作用下，與水泥、石灰的水化產(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，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)使磚硬化而具有強(qiáng)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(chǎn)爐渣180 t左右。根據(jù)GB/T 25032—2010生活垃圾焚燒爐渣集料、JC/T 422—2007非燒結(jié)垃圾尾礦磚等標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)威海市生活垃圾焚燒廠爐渣取樣后針對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)。

2.1 粒徑

爐渣粒徑分布檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可以初步判斷，雖然爐渣顆粒相對(duì)較細(xì)，但要符合細(xì)集料（40%物料粒徑在小于2.36 mm，即8目）要求，需進(jìn)一步篩選。在對(duì)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(guò)了2.36 mm篩孔。

2.2 含水率

爐渣含水率檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 威海市生活垃圾焚燒廠爐渣含水率、熱灼減率%

標(biāo)準(zhǔn)要求細(xì)集料的含水率小于18%，表2數(shù)據(jù)滿足細(xì)集料含水率的要求。

2.3 熱灼減率

爐渣熱灼減率檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。符合GB 18485—2001生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱灼減率小于5%的要求。

2.4 含雜量

爐渣含雜量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 威海市生活垃圾焚燒廠爐渣含雜量%

將表3與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，爐渣中的含鐵量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但是金屬物和輕飄物含量略超出標(biāo)準(zhǔn)，若用于制磚，應(yīng)分別增加去除金屬物和去除輕飄物的工序。

2.5 化學(xué)性能

爐渣化學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 威海市生活垃圾焚燒廠爐渣化學(xué)性能%

通過(guò)對(duì)垃圾爐渣進(jìn)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(fā)劑進(jìn)行混合反應(yīng)，從而滿足免燒磚的強(qiáng)度要求。

2.6 重金屬

根據(jù)威海市生活垃圾焚燒廠爐渣重金屬含量檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)HJ/T 299—2007浸出法進(jìn)行換算后，重金屬浸出毒性最大值見(jiàn)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(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別的標(biāo)準(zhǔn)限值，鉛高出標(biāo)準(zhǔn)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(fā)電廠排放的焚燒爐渣需破碎篩選，以調(diào)整焚燒爐渣顆粒粗細(xì)分布。

水泥：水泥的質(zhì)量要符合GB 175—2007通用硅酸鹽水泥的規(guī)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(xì)磨過(guò)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(fā)劑：主要為Na2SiO3，有研究表明，當(dāng)焚燒爐渣和Na2SiO3的摻量分別為原料總量的70%和5.5%時(shí)，28 d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別達(dá)3.254 MPa和20.56 MPa［3］。

3.2 設(shè)備

爐渣制磚再利用系統(tǒng)包括爐渣接收與儲(chǔ)存系統(tǒng)、爐渣預(yù)處理系統(tǒng)、爐渣再利用制磚系統(tǒng)和產(chǎn)品儲(chǔ)存系統(tǒng)。

主要設(shè)備如下。①分選設(shè)備：磁選機(jī)、渦電流分選機(jī)、篩分機(jī)。②破碎設(shè)備：粉碎機(jī)、震擊式標(biāo)準(zhǔn)振篩機(jī)、球磨機(jī)。③混料設(shè)備：雙臥軸攪拌機(jī)。④成型設(shè)備：液壓制磚機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)磚模具。⑤養(yǎng)護(hù)設(shè)備：托板、噴水器。

3.3 爐渣預(yù)處理

1）除鐵和分離雜物：爐渣內(nèi)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(xiàn)銹斑，影響磚的使用推廣，回收的廢鐵也有可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。有色金屬通過(guò)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(guò)機(jī)選和人工篩選，仍可重新回爐焚燒。

2）按照制磚的要求對(duì)爐渣進(jìn)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(jī)，標(biāo)準(zhǔn)磚模具按設(shè)定配比方案壓制。焚燒爐渣免燒磚既不燒結(jié)，也不蒸壓，因此前期強(qiáng)度的形成主要依靠成型壓力，后期的強(qiáng)度主要依靠水泥的膠結(jié)及焚燒爐渣活性的激發(fā)。

3.5 養(yǎng)護(hù)

磚坯成型后具有一定強(qiáng)度（澆水時(shí)磚淋不壞）時(shí)就可以開(kāi)始灑水養(yǎng)護(hù)，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(duì)外出售。

4 工程化經(jīng)濟(jì)分析

按年處理爐渣5萬(wàn)t規(guī)模計(jì)算，年產(chǎn)免燒磚700萬(wàn)塊（13.5萬(wàn)m2）。據(jù)測(cè)算生產(chǎn)免燒磚成本為14.8元/m2，年生產(chǎn)成本為199.8萬(wàn)元。年收入412.5萬(wàn)元（含免燒磚銷售收入和廢鐵銷售收入2個(gè)部分），產(chǎn)生利潤(rùn)212.7萬(wàn)元。

5 結(jié)論與建議

根據(jù)目前取樣檢測(cè)結(jié)果，若要將威海市生活垃圾焚燒廠爐渣用于制磚，需要對(duì)其中少數(shù)指標(biāo)如鉛、鋅等加強(qiáng)預(yù)處理和控制，在技術(shù)上是可行的。通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，該方案運(yùn)營(yíng)成本較低，經(jīng)濟(jì)效益較好，但要保證工程建成后正常生產(chǎn)，需要相關(guān)政府主管部門出臺(tái)相應(yīng)配套政策加以支持，包括分選出來(lái)的廢鐵的金屬物銷路及價(jià)格，特別是主要產(chǎn)品免燒磚的出路及價(jià)格等。

［1］建設(shè)部人事教育司，建設(shè)部科學(xué)技術(shù)司.城市生活垃圾焚燒處理技術(shù)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)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(fā)展［J］.污染防治技術(shù)，2009（2）：61-63.

［3］楊媛，吳清仁，曹旗，等.利用生活垃圾焚燒發(fā)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(zé)任編輯：鄭雯）

2012-03-29