資源化利用垃圾飛灰制備裝配式建筑輕質(zhì)隔墻板無害化焚燒過程問題探析

高倩

（重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶400072）

資源化利用垃圾飛灰制備裝配式建筑輕質(zhì)隔墻板無害化焚燒過程問題探析

高倩

（重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶400072）

輕質(zhì)隔墻板在裝配式建筑中的應(yīng)用是建筑產(chǎn)業(yè)化的重要方面之一，垃圾飛灰作為可資源化利用的固廢，經(jīng)無害化處理后可用于裝配式輕質(zhì)隔墻板的生產(chǎn)制作。該文對(duì)利用垃圾飛灰作為膠凝材料或骨料制備輕質(zhì)墻板無害化焚燒過程中應(yīng)注意的重點(diǎn)問題進(jìn)行分析探究。

建筑產(chǎn)業(yè)化；資源綜合利用；垃圾飛灰無害化處理

1 行業(yè)背景

輕質(zhì)隔墻板在裝配式建筑中的使用是建筑產(chǎn)業(yè)化的重要方面之一。在國(guó)家提倡環(huán)保產(chǎn)業(yè)與生產(chǎn)制造業(yè)相結(jié)合的行業(yè)背景下，裝配式輕質(zhì)隔墻板的用料可與固體廢棄物的處置掛鉤[1]。以垃圾焚燒發(fā)電業(yè)產(chǎn)生的垃圾飛灰為例，該物料具有重金屬和二噁英雙重危害，因此在以往過程中大多數(shù)以螯合固化填埋為主，已日趨被淘汰。根據(jù)最新研究，經(jīng)高溫處理后的垃圾飛灰的密度較低，比較適合制作現(xiàn)代裝配式建筑所需輕質(zhì)內(nèi)墻隔板，可用作骨料和活性材料，是今后制備輕質(zhì)隔墻板的重要原材料。然而，利用垃圾飛灰制備輕質(zhì)隔墻板的過程較為復(fù)雜，其生產(chǎn)工藝性和產(chǎn)品性能跟垃圾飛灰的無害化處理過程十分相關(guān)，因此需對(duì)該過程中存在的諸多重要問題進(jìn)行分析[2-3]。 1200℃的溫度下焚燒后得到的灰白色或深灰色的細(xì)小粉末，一般呈棒狀、多角質(zhì)狀、棉絮狀、球狀等不規(guī)則形，粒徑大小不均。

飛灰的礦物組成十分復(fù)雜，主要的礦物組成有CaO、SiO2、NaCl、KCl、CaCO3和CaSO4等，含有微量的Pb、Cr、Cd、Zn、Hg、Cu、Ni、As等重金屬物質(zhì)，具有一定的重金屬毒性。此外，垃圾飛灰中也含有一定量的二噁英。因此，垃圾飛灰在制備輕質(zhì)隔墻板前需首先對(duì)上述兩大主要危害因素進(jìn)行無害化處理。

目前對(duì)于垃圾飛灰的無害化處理，主要有三種方式：水泥窯協(xié)同處置、螯合固化填埋和高溫熔融處理，其中高溫熔融處理能同時(shí)對(duì)重金屬和二噁英進(jìn)行處理，是最佳無害化處置路線。

垃圾飛灰高溫熔融無害化處理主要分如下兩大步驟：二次復(fù)合造球預(yù)處理、高溫熔融焚燒處理。

二次復(fù)合球如圖1所示。

2 主要問題探析

圖1 垃圾飛灰無害化預(yù)處理球團(tuán)示意圖

2.1 垃圾飛灰無害化處理總體工藝路線

垃圾飛灰指生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化系統(tǒng)的收集物和煙道及煙囪底部沉降的底灰，是生活垃圾在800～

復(fù)合球內(nèi)核以垃圾飛灰為主，添加還原劑、吸氯劑和催化劑等，提高煅燒環(huán)境下垃圾飛灰二噁英的分解毒。內(nèi)核外部由吸氯劑進(jìn)行包裹，高溫焚燒時(shí)，二噁英分解脫出氯原子，氯原子被吸氯劑穩(wěn)定吸附，不再具有和苯環(huán)結(jié)構(gòu)重新化合的能力，從而徹底消除二噁英。

高溫焚燒時(shí)，溫度如達(dá)到1100℃以上，球團(tuán)中的添加劑可促使重金屬形成玻璃熔融體，將重金屬固化于晶體內(nèi)部，不再具有浸出毒性。

二次復(fù)合球高溫熔融無害化處理垃圾飛灰的整體流程如圖2所示。

圖2 垃圾飛灰無害化處理總體過程

垃圾飛灰和添加物料經(jīng)流態(tài)化充分混勻后，進(jìn)行二次造球和吸氯層覆蓋處理，然后進(jìn)入高溫的焚燒系統(tǒng)進(jìn)行焚燒，通過焚燒高溫過程實(shí)現(xiàn)二噁英的脫氯處理和重金屬的熔融固化，從而徹底實(shí)現(xiàn)垃圾飛灰的無害化處理，為后續(xù)資源化制備輕質(zhì)隔墻板提供了環(huán)保合格的原材料[4]。

為保證垃圾飛灰無害化處理效果，需實(shí)現(xiàn)如下條件：

（1）垃圾飛灰需進(jìn)行合格二次復(fù)合造球處理；

（2）垃圾飛灰二次復(fù)合球團(tuán)在焚燒裝置中進(jìn)行均勻布料；

（3）焚燒過程合理控制；

（4）焚燒煙氣排放須達(dá)到國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 無害化預(yù)處理過程中物料添加劑

根據(jù)上述工藝路線，垃圾飛灰在高溫焚燒處理前需進(jìn)行二次復(fù)合造球預(yù)處理，在球團(tuán)制備過程中會(huì)使用如下添加劑：

（1）還原劑（Reducing agent），指加入二次復(fù)合球團(tuán)內(nèi)的煤粉、煤泥、焦粉等含碳的物料，生活垃圾焚燒飛灰解毒過程中，對(duì)重金屬化合物起還原作用的物質(zhì)；

（2）吸氯劑（Chlorine absorption agent），指含有CaO的生石灰、消石灰、電石渣、石灰石粉等，在采用二次物料復(fù)合技術(shù)對(duì)生活垃圾焚燒飛灰進(jìn)行處理的過程中，與二噁英類有機(jī)有毒氯化物分解產(chǎn)生的氯元素，以及生活垃圾焚燒飛灰含有的其它氯元素反應(yīng)，形成穩(wěn)定氯化物CaCl2的物料；

（3）助熔劑（Solvent），指硼砂、低熔點(diǎn)玻璃粉等降低生活垃圾焚燒飛灰熔點(diǎn)，加速其形成熔融體的物料；

（4）球殼料（Spherical shell material），指在制作二次復(fù)合球團(tuán)過程中，緊密裹覆在球核外的焚燒爐渣、冶金廢料等無毒無害物料；以其形成的致密球殼，用于防止生活垃圾焚燒飛灰在處理過程中的二次污染；

（5）吸氯屏蔽層物料（Chlorine shielding layer material），指在球核外部由含氧化鈣物料形成的包裹層，起屏蔽作用，與焚燒過程中球核內(nèi)部溢出的氯元素形成穩(wěn)定無害的氯化鈣；

（6）活性還原粘結(jié)原料（Active reduction material），指在還原性的原料中加入適宜溫度的工藝水及相應(yīng)的活化劑、穩(wěn)定劑等，充分混合形成具有粘結(jié)性的液劑，并在相應(yīng)工藝過程中進(jìn)行定量均勻噴灑，用于幫助物料成核、成球的過程。

上述原料的添加比例將決定垃圾飛灰高溫焚燒處理后殘?jiān)男再|(zhì)，直接影響到后續(xù)制備的輕質(zhì)隔墻板的質(zhì)量，需經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)論證，得出較優(yōu)配比。

2.3 無害化預(yù)處理過程球團(tuán)物理性能

垃圾飛灰二次復(fù)合球團(tuán)焚燒后可作為輕質(zhì)隔墻板的骨料，因此球團(tuán)的物理性能尤為重要，結(jié)合上述工藝，需達(dá)到如表1標(biāo)準(zhǔn)。

表1 垃圾飛灰預(yù)處理球團(tuán)物理性能要求

2.4 高溫?zé)o害化焚燒處理過程的焚燒參數(shù)

對(duì)垃圾飛灰制作輕質(zhì)墻板會(huì)造成較大影響的焚燒參數(shù)為：焚燒溫度和焚燒時(shí)間。

2.4.1 焚燒溫度

焚燒溫度主要對(duì)物料抗壓強(qiáng)度和浸出毒性產(chǎn)生影響[5]。

飛灰的DG曲線（如圖3所示）可以看出，飛灰在100℃時(shí)，重量下降是由于水分蒸發(fā)，在600℃時(shí)，飛灰中結(jié)晶水揮發(fā)，有機(jī)物在有氧條件下分解氧化，900℃時(shí)，易揮發(fā)堿金屬以蒸氣形式揮發(fā)，抗壓強(qiáng)度便超過了15MPa，當(dāng)燒結(jié)溫度為1000℃時(shí)，燒結(jié)體的抗壓強(qiáng)度達(dá)到37.4 MPa。由此可見，焚燒溫度須大于1000℃，可保證輕質(zhì)隔墻板的強(qiáng)度[6]。

圖3 垃圾飛灰無害化焚燒過程相關(guān)參數(shù)圖

垃圾飛灰主要化學(xué)成分為CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，與高爐礦渣和粉煤灰等輔助膠凝材料的化學(xué)成分類似，同時(shí)垃圾焚燒時(shí)的溫度超過1400℃，在熔融狀態(tài)下經(jīng)水淬而成，因此飛灰以玻璃相為主，具有一定的潛在活性，在一定條件下可發(fā)生水化反應(yīng)。因此，需研究垃圾飛灰的化學(xué)組成及水化特性，探索適宜的激發(fā)劑品種及用量、適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)工藝，以充分激發(fā)垃圾飛灰的水化活性，總結(jié)其強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。

2.6 輕質(zhì)墻體材料的體積穩(wěn)定性

垃圾飛灰中含有一定量的CaO，在1400℃的焚燒溫度下形成過燒狀態(tài)，對(duì)生產(chǎn)輕質(zhì)墻體材料的體積穩(wěn)定性造成影響。因此，需通過研究垃圾飛灰中CaO的存在形態(tài)及對(duì)墻體材料體積穩(wěn)定性的影響程度，探索消除過燒石灰對(duì)輕質(zhì)墻體材料體積穩(wěn)定性影響的工藝措施。

對(duì)于浸出毒性和溫度的關(guān)系，根據(jù)國(guó)內(nèi)某試驗(yàn)，重金屬Cr的浸出濃度最高，其次為Cu，重金屬Pb、Ni和Cd的浸出濃度不高，都小于0.5 mg/L。隨著燒結(jié)溫度的提高，重金屬的浸出濃度均逐漸下降，重金屬Cr和Cu的降幅最大，分別從18．3 mg/L和0．36 mg/L降到4.3 mg/L和0.05 mg/L。從圖3看出，添加硼酸降低了重金屬的浸出，但添加量過多也會(huì)造成Cu浸出增加。根據(jù)《危險(xiǎn)廢棄物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》GB5085.3-2007[7]浸出液中危害成分濃度限值Cu濃度應(yīng)小于100mg/L，Cd的濃度小于1 mg/L，Cr的濃度小于15 mg/L，Ni的濃度小于5 mg/L，Pb的濃度小于5 mg/L，可知燒結(jié)溫度大于900℃時(shí)重金屬的浸出濃度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.2 焚燒時(shí)間

圖4 垃圾飛灰浸出毒性及溫度相關(guān)性

焚燒時(shí)間決定飛灰是否能完全熔融，即確定經(jīng)處理后的飛灰重金屬是否符合制作輕質(zhì)隔墻板的原材料要求。因此，煅燒時(shí)間十分重要，需根據(jù)焚燒設(shè)備的特性、飛灰在焚燒設(shè)備中的布料特征等因素進(jìn)行具體分析。

2.5 垃圾飛灰的潛在水化活性

3 結(jié)論

綜上，采用經(jīng)無害化處理后的垃圾飛灰作為凝膠材料替代部分水泥和粉煤灰或作為骨料代替陶粒或石子制備輕質(zhì)墻板的可行性與垃圾飛灰本身的理化特性以及無害化焚燒過程中的參數(shù)控制有較大相關(guān)度。在探究該工業(yè)化生產(chǎn)過程相關(guān)要素時(shí)，需系統(tǒng)分析垃圾飛灰的基本性質(zhì)（包括化學(xué)組成和水化活性）、添加物料種類、無害化預(yù)處理工藝、高溫焚燒工藝等對(duì)垃圾飛灰作為墻板添加料的性能影響，并分析凝膠體系中重金屬的浸出毒性，通過以上研究能夠?yàn)槔w灰制作裝配式建筑輕質(zhì)墻板生產(chǎn)過程提供參考和借鑒。

[1]馬福棟，李勃志.裝配式復(fù)合墻板發(fā)展綜述[J].磚瓦2016（6）：35-37.

[2]施惠生，郭曉潞，吳凱，等.預(yù)處理城市生活垃圾焚燒飛灰作水泥混合材的研究[J].水泥，2014（10）：1-6.

[3]陳慶帥，冀志江，王靜.建筑廢棄物在輕質(zhì)隔聲墻板中的應(yīng)用[J].房建材料與綠色建筑，2009（9）：189-192.

[4]吳韓.粉煤灰在建筑材料中的應(yīng)用[J].中國(guó)建材科技2010（4）：63-67.

[5]徐衛(wèi)星，高路恒.基于垃圾焚燒灰資源化利用技術(shù)的復(fù)合板墻力學(xué)性能研究[J].施工技術(shù)，2017（6）：83-85.

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責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Discussion on Harmless Incineration of Lightweight Partition Board Made from Waste Fly Ash as Resource Utilization in Prefabricated Buildings

The application of lightweight partition board in the prefabricated building is one of the important aspects in architectural industrialization.Th waste fly ash,the solid waste of resource utilization,can be used to produce lightweight partition board after harmless treatment.This paper analyzes th key issues in the harmless incineration process of lightweight partition board made with waste fly ash as cementing material or aggregate.

architectural industrialization;comprehensive utilization of resources;harmless treatment of waste fly ash

TU522.09

A

1671-9107（2017）08-0009-03

基金論文：該論文為重慶市建設(shè)科技計(jì)劃項(xiàng)目2015年重大課題“裝配式住宅建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究集成與示范”（項(xiàng)目編號(hào)：城科字2015第（0-1）號(hào)論文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.08.009

2017-06-12

高倩（1983-），女，陜西寶雞人，研究生，講師，主要從事工程管理、人防防護(hù)、環(huán)境工程的研究和教學(xué)工作。