資源化利用垃圾飛灰制備裝配式建筑輕質隔墻板無害化焚燒過程問題探析

高倩

（重慶建筑工程職業學院，重慶400072）

資源化利用垃圾飛灰制備裝配式建筑輕質隔墻板無害化焚燒過程問題探析

高倩

（重慶建筑工程職業學院，重慶400072）

輕質隔墻板在裝配式建筑中的應用是建筑產業化的重要方面之一，垃圾飛灰作為可資源化利用的固廢，經無害化處理后可用于裝配式輕質隔墻板的生產制作。該文對利用垃圾飛灰作為膠凝材料或骨料制備輕質墻板無害化焚燒過程中應注意的重點問題進行分析探究。

建筑產業化；資源綜合利用；垃圾飛灰無害化處理

1 行業背景

輕質隔墻板在裝配式建筑中的使用是建筑產業化的重要方面之一。在國家提倡環保產業與生產制造業相結合的行業背景下，裝配式輕質隔墻板的用料可與固體廢棄物的處置掛鉤[1]。以垃圾焚燒發電業產生的垃圾飛灰為例，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以螯合固化填埋為主，已日趨被淘汰。根據最新研究，經高溫處理后的垃圾飛灰的密度較低，比較適合制作現代裝配式建筑所需輕質內墻隔板，可用作骨料和活性材料，是今后制備輕質隔墻板的重要原材料。然而，利用垃圾飛灰制備輕質隔墻板的過程較為復雜，其生產工藝性和產品性能跟垃圾飛灰的無害化處理過程十分相關，因此需對該過程中存在的諸多重要問題進行分析[2-3]。 1200℃的溫度下焚燒后得到的灰白色或深灰色的細小粉末，一般呈棒狀、多角質狀、棉絮狀、球狀等不規則形，粒徑大小不均。

飛灰的礦物組成十分復雜，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，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隔墻板前需首先對上述兩大主要危害因素進行無害化處理。

目前對于垃圾飛灰的無害化處理，主要有三種方式：水泥窯協同處置、螯合固化填埋和高溫熔融處理，其中高溫熔融處理能同時對重金屬和二噁英進行處理，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：二次復合造球預處理、高溫熔融焚燒處理。

二次復合球如圖1所示。

2 主要問題探析

圖1 垃圾飛灰無害化預處理球團示意圖

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電廠煙氣凈化系統的收集物和煙道及煙囪底部沉降的底灰，是生活垃圾在800～

復合球內核以垃圾飛灰為主，添加還原劑、吸氯劑和催化劑等，提高煅燒環境下垃圾飛灰二噁英的分解毒。內核外部由吸氯劑進行包裹，高溫焚燒時，二噁英分解脫出氯原子，氯原子被吸氯劑穩定吸附，不再具有和苯環結構重新化合的能力，從而徹底消除二噁英。

高溫焚燒時，溫度如達到1100℃以上，球團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部，不再具有浸出毒性。

二次復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流態化充分混勻后，進行二次造球和吸氯層覆蓋處理，然后進入高溫的焚燒系統進行焚燒，通過焚燒高溫過程實現二噁英的脫氯處理和重金屬的熔融固化，從而徹底實現垃圾飛灰的無害化處理，為后續資源化制備輕質隔墻板提供了環保合格的原材料[4]。

為保證垃圾飛灰無害化處理效果，需實現如下條件：

（1）垃圾飛灰需進行合格二次復合造球處理；

（2）垃圾飛灰二次復合球團在焚燒裝置中進行均勻布料；

（3）焚燒過程合理控制；

（4）焚燒煙氣排放須達到國家相應標準。

2.2 無害化預處理過程中物料添加劑

根據上述工藝路線，垃圾飛灰在高溫焚燒處理前需進行二次復合造球預處理，在球團制備過程中會使用如下添加劑：

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

（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，在采用二次物料復合技術對生活垃圾焚燒飛灰進行處理的過程中，與二噁英類有機有毒氯化物分解產生的氯元素，以及生活垃圾焚燒飛灰含有的其它氯元素反應，形成穩定氯化物CaCl2的物料；

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

（4）球殼料（Spherical shell material），指在制作二次復合球團過程中，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部溢出的氯元素形成穩定無害的氯化鈣；

（6）活性還原粘結原料（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的活化劑、穩定劑等，充分混合形成具有粘結性的液劑，并在相應工藝過程中進行定量均勻噴灑，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渣的性質，直接影響到后續制備的輕質隔墻板的質量，需經過反復試驗論證，得出較優配比。

2.3 無害化預處理過程球團物理性能

垃圾飛灰二次復合球團焚燒后可作為輕質隔墻板的骨料，因此球團的物理性能尤為重要，結合上述工藝，需達到如表1標準。

表1 垃圾飛灰預處理球團物理性能要求

2.4 高溫無害化焚燒處理過程的焚燒參數

對垃圾飛灰制作輕質墻板會造成較大影響的焚燒參數為：焚燒溫度和焚燒時間。

2.4.1 焚燒溫度

焚燒溫度主要對物料抗壓強度和浸出毒性產生影響[5]。

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

圖3 垃圾飛灰無害化焚燒過程相關參數圖

垃圾飛灰主要化學成分為CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，與高爐礦渣和粉煤灰等輔助膠凝材料的化學成分類似，同時垃圾焚燒時的溫度超過1400℃，在熔融狀態下經水淬而成，因此飛灰以玻璃相為主，具有一定的潛在活性，在一定條件下可發生水化反應。因此，需研究垃圾飛灰的化學組成及水化特性，探索適宜的激發劑品種及用量、適當的養護工藝，以充分激發垃圾飛灰的水化活性，總結其強度發展規律。

2.6 輕質墻體材料的體積穩定性

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，對生產輕質墻體材料的體積穩定性造成影響。因此，需通過研究垃圾飛灰中CaO的存在形態及對墻體材料體積穩定性的影響程度，探索消除過燒石灰對輕質墻體材料體積穩定性影響的工藝措施。

對于浸出毒性和溫度的關系，根據國內某試驗，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，但添加量過多也會造成Cu浸出增加。根據《危險廢棄物鑒別標準》GB5085.3-2007[7]浸出液中危害成分濃度限值Cu濃度應小于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，可知燒結溫度大于900℃時重金屬的浸出濃度符合國家標準。

2.4.2 焚燒時間

圖4 垃圾飛灰浸出毒性及溫度相關性

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

2.5 垃圾飛灰的潛在水化活性

3 結論

綜上，采用經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控制有較大相關度。在探究該工業化生產過程相關要素時，需系統分析垃圾飛灰的基本性質（包括化學組成和水化活性）、添加物料種類、無害化預處理工藝、高溫焚燒工藝等對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，通過以上研究能夠為垃圾飛灰制作裝配式建筑輕質墻板生產過程提供參考和借鑒。

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

[2]施惠生，郭曉潞，吳凱，等.預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.建筑廢棄物在輕質隔聲墻板中的應用[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用[J].中國建材科技2010（4）：63-67.

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

[6]陳光劍，陳珉，張龍，等.輕質保溫隔墻板的制備及性能研究[J].廈門大學學報：自然科學版，2012（5）：366-371.

[7]國家環境保護總局.GB5085.3—2007危險廢物鑒別標準——浸出毒性鑒別[S].北京：中國標準出版社，2007.

責任編輯：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科技計劃項目2015年重大課題“裝配式住宅建設關鍵技術研究集成與示范”（項目編號：城科字2015第（0-1）號論文之一。

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、環境工程的研究和教學工作。