深圳市生活垃圾焚燒爐渣免燒磚試驗研究

鄧福生，喬瑋

（1.深圳市市政環衛綜合處理廠，廣東深圳518029；2.中國石油大學化工學院，北京102249）

深圳市生活垃圾焚燒爐渣免燒磚試驗研究

鄧福生1，喬瑋2

（1.深圳市市政環衛綜合處理廠，廣東深圳518029；2.中國石油大學化工學院，北京102249）

以深圳市垃圾焚燒爐渣為研究對象，對焚燒爐渣與水泥、石灰和石膏等混合壓制成的免燒磚進行特性分析。結果表明：免燒磚的抗壓強度較高，按照原料配比的不同，產品可分別用于建筑行業的承重墻體結構和非承重墻體結構。同時，灰渣原料和免燒磚的重金屬浸出量均未超標。

生活垃圾；焚燒爐渣；免燒磚

生活垃圾焚燒爐渣，主要是不可燃的無機物以及部分未燃盡的可燃有機物，來源于垃圾中的玻璃、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，如重金屬等，若未經處理直接排放，將會污染土壤和地下水，對環境造成危害。但是爐渣、建筑垃圾、尾礦砂、粉煤灰等又是生產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料及廢舊聚苯乙烯泡沫顆粒生產廢渣免燒磚，在節能降耗、環境保護和經濟效益方面均有開發利用價值［1-3］。國內免燒磚方面已經開展了一些研究，王金鋒等［3-4］采用電廠灰渣生產免燒磚投入建筑行業使用，巴如虎等［5］對利用脫水污泥生產免燒磚進行了實驗研究。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象，開展免燒磚試驗，對產品的抗壓性能以及浸出毒性進行分析。

1 試驗材料與方法

1.1 灰渣

通過電子顯微鏡觀察表明，爐渣是由多種粒子構成，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%，實心微珠占45%～58%，碳粒占1%～3%，不規則多孔體占28%～39%，石英占5%～8%，其他占5%。采用粗細集料篩分測定爐渣的粗細分布，測得0.1～4.0 mm占15%～20%，4 mm以上達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 爐渣無機化學成分

1.2 其他原料

1.2.1 水泥

水泥是灰渣磚的膠結料，同時也是灰渣的活性激發劑。灰渣制磚對水泥的質量要求要符合GB 175—2007的規定。除此之外，灰渣需經沸煮法檢驗合格，初凝時間不得早于45 min，終凝時間不得遲于10 h，水泥經80 μm方孔篩的篩余不得超過10%，pH高于12。

1.2.2 石灰

試驗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%，過火灰低于5%，欠火灰少于7%，細磨過0.08 mm篩。

1.2.3 石膏

試驗所用石膏為CaO大于32%，SO3大于45%，H2O小于20%，其他雜質小于3%。

1.2.4 XC-50爐渣高效活化劑

生活垃圾焚燒爐渣專用活化劑。其主要成分為硅酸鈉，調節免燒磚的酸堿度，腐蝕玻璃體表面，增強物料之間的附著力。

1.3 原料配比

蘆令超等［7］對用礦渣水泥、赤泥、粉煤灰等材料制造免燒磚進行了物料配比，結果表明物料配比決定了免燒磚的抗壓強度。本試驗進行5組原料配比，分別對水泥、石灰、石膏、XC-50、河砂、粗爐渣和細爐渣按照不同的質量比進行配伍，如表2所示。

表2 爐渣免燒磚原材料配比g

1.4 爐渣免燒磚的試驗設備

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

2）混料設備：A-11型水磁化器、雙臥軸攪拌機。

3）成型設備：JQ6-15-39型液壓制磚機、標準磚模具。

4）養護設備：托板、噴霧器。

1.5 試驗方法

1.5.1 原料混合

試驗使用雙臥軸攪拌機按設定配比先將爐渣、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。在攪拌時嚴格控制加水量，使含水率不超過15%，此時混合原料握能成團，松手輕觸能散開。

1.5.2 壓制成型

試驗使用JQ6-15-39型液壓制磚機，標準磚模具按設定配比方案每組壓制40塊。本研究免燒磚不燒結，也不蒸壓，前期強度的形成主要靠成型機的壓力，后期的強度主要靠水泥的膠結及爐渣活性的發揮。

1.5.3 養護

磚坯成型后當有一定強度就可以灑水養護，試驗中將A、B、C、D、E每組20塊磚分開養護，一組（稱為1號成品）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（稱為2號成品）早晚各灑水1次，15 d后自然干燥至28 d。

2 結果與討論

2.1 免燒磚的抗壓強度

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材料，其主要反應活性是與水泥水化生成的氫氧化鈣反應形成硅酸鈣結晶，反應過程如下：

爐渣還與其他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結晶，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使爐渣磚硬化而具有強度。爐渣免燒磚水化反應的影響因素主要有：反應形態、表面形態、堿性環境、比表面積。因此試驗在配方設計和工藝設計主要采取4項技術措施：提高物料反應溫度，增加比表面積，提高堿性環境，改善表面特征。

試驗觀察到1號成品組養護品外觀完整，無裂紋，無明顯變形。而2號成品組養護品外觀有缺角，有裂紋，有明顯凹凸變形。因此，1號成品組養護程度是成功的，而2號成品組養護不成功。試驗對1號成品組進行檢驗，每組樣品有10個小樣，結果如表3所示。

表3 免燒磚的抗壓強度

2.2 免燒磚的毒性指標

爐渣中含有Pb、Cr、Cd、As等有害元素，試驗將爐渣中的重金屬進行了檢測。同時將A、B、C、D、E組免燒磚用紫外分光光度法測試重金屬浸出量。A、B、C、D、E組免燒磚重金屬浸出量與浸出毒性鑒別標準進行對照，見表4，表明免燒磚重金屬浸出量均未超標。

表4 爐渣浸出毒性試驗結果

3 結論

深圳市市政環衛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。養護與一般免燒磚程序一致。隨著爐渣的活性材料及膠結材料的增加而強度增加，A和B組免燒磚可用于承重墻體結構，C、D、E組可用于非承重墻體結構。生活垃圾焚燒爐渣經過水解穩定處理后可以作為免燒磚集料使用。

根據灰渣免燒磚的物料配伍及產品抗壓強度特性，應立足本地區市場的實際情況，選擇合適的配比方案，在兼顧環境生態效益和經濟效益平衡的前提下，選擇最佳方案生產制造爐渣免燒磚。

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

［2］王晴，唐明，王博.內承重粉煤灰免燒磚的研制［J］.沈陽建筑工程學院學報，2000，16（1）：24-26.

［3］王金鋒，劉清平，王光金.灰渣免燒磚在薛城區的開發與應用［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研究［J］.供水技術，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］.中國資源綜合利用，2003（6）：20-21.

［7］蘆令超，岳云龍，丁振宇.對堿礦渣水泥-赤泥-粉煤灰免燒磚的研究［J］.山東建材學院學報，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年畢業于武漢城建學院給排水專業，主要從事固體廢物處理工作，現任深圳市市政環衛綜合處理廠環境工程師，曾參加了深圳市玉龍坑垃圾填埋場封場工程和深圳市市政環衛綜合處理廠垃圾焚燒煙氣處理等多項工程的設計、招標和項目實施等工作。

E-mail：dengfushen@szum.gov.cn。

（責任編輯：鄭雯）

2009-12-14