信息来源：互联网   发布时间：2023-09-06

文|九鹏举编辑|九鹏举为探索生活垃圾焚烧炉渣的资源化利用方向，这里我们以北京市生活垃圾发电厂分选后的炉渣作为研究对象，研究了生活垃圾焚烧炉渣复合

 

文|九鹏举编辑|九鹏举为探索生活垃圾焚烧炉渣的资源化利用方向，这里我们以北京市生活垃圾发电厂分选后的炉渣作为研究对象，研究了生活垃圾焚烧炉渣复合矿渣粉的物理性能及化学性能通过分析不同炉渣掺量对粉体易磨性的影响，对炉渣复合矿渣粉活性进行研究，探究其作为矿物掺合料的可行性。

结果表明，生活垃圾焚烧炉渣质软易磨，存在一定火山灰活性，磨细制粉后部分性能指标与矿渣粉相似，低炉渣粉掺量下的炉渣-矿渣复合微粉满足S95矿粉相关性能要求，活性指数较高，可作为矿物掺合料用于水泥、胶砂和混凝土中。

伴随着我国城市化进程的快速推进，居民生活水平的不断提高，城市生活垃圾产量也在快速增长据《中国环境统计年鉴2019》统计，2018年我国城市生活垃圾清运量达2.28亿吨，如此大量的生活垃圾仅靠填埋和堆肥的处理难以完全消纳，且会对环境产生污染。

对生活垃圾进行焚烧处置，不仅占地面积少，减容率、减量化程度高，卫生条件好，同时可以利用其产生的能量发电，是处理城市生活垃圾的主流方法之一。

生活垃圾焚烧会产生原垃圾质量的0.3%~2.0%的飞灰和20%~30%的灰渣灰渣中含有质量分数为80%的炉渣，炉渣中的重金属和溶解盐的含量低，属于一般废弃物，其工程性质与天然集料相似，是灰渣中最具利用价值的部分。

至2017年底，北京已有7座垃圾焚烧厂投产运营，产生的垃圾炉渣量约为85.68万t，且存量快速增长，如何对焚烧炉渣进行资源化处置是目前研究的热点。

炉渣的主要成分包括SiO2、Al2O3、CaO、MgO等，在建筑材料领域被广泛应用于道路基层材料中，目前国内外对炉渣的资源化利用方向主要集中于建筑材料领域在美国与荷兰等地已经将生活垃圾焚烧的炉渣骨料制备混凝土免烧砖。

文献利用此类免烧砖建设船库，并对建筑内部的空气质量进行为期2年半的监测结果显示，建筑内部空气中的颗粒态PC-DD、TSP、挥发有机物等均未出现明显改变。

高雪峰等对炉渣生产集料的粒径组成、吸水率、表观密度、坚固性等特性进行了研究，结果表明生活垃圾焚烧炉渣集料的物理及力学特性与天然集料类似通过一定的技术手段对其进行处理，可以满足道路工程建设的集料相关指标要求。

一些学者对生活垃圾焚烧炉渣在上海浦东机场北通道建设中的应用效果进行了后评价实验，结果表明，采用炉渣集料基层的市政道路长期使用性能稳定。

基层材料的抗压回弹模量值与常规水泥粉煤灰稳定碎石相当，且长期使用后仍然保持良好的力学性能现有炉渣资源化方向主要集中于炉渣集料的建材化利用，对炉渣粉料的研究相对较少炉渣粉料是焚烧炉渣经过筛分、粉磨等处理过程而得到的粒径均匀、性质稳定的黑褐色粉体颗粒。

试验原材料试验用生活垃圾焚烧炉渣选取北京首钢生物物质生活垃圾发电项目产生的生活垃圾焚烧炉渣，其物理组成如下图所示生活垃圾焚烧炉渣呈黑褐色，其中含有少量金属等杂质，将其经进一步分选除杂后的炉渣类比S95高炉矿渣粉进行磨细制得炉渣微粉。

分选除杂后的炉渣主要化学组成如下表所示。

试验用矿渣粉为北京敬业达新型建筑材料有限公司生产的S95级矿渣粉，密度为2.82g/cm3，流动度比为95%，比表面积为450m2/kg试验用砂为本试验研究采用中国ISO标准砂，由厦门艾思欧标准砂有限公司生产，符合ISO679中5.1.3要求。

助磨剂采用南京永能新材料有限公司生产的高分子助磨剂，试验用水为自来水炉渣的碱含量、氯离子含量测定参照GB/T176《水泥化学分析方法》进行检测，重金属浸出毒性参照GB5058.3-2007《危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》进行检测。

炉渣-矿渣微粉的粉磨及基本性能利用球磨机分别对炉渣、矿渣及炉渣掺量10%的炉渣-矿渣复合渣进行粉磨，从下图可以看出，各组样品随粉磨时间增加其粉体的比表面积均显著提高纯炉渣粉在各粉磨时间下的比表面积均高于纯矿渣粉与炉渣-矿渣双掺粉，这是由于炉渣自身轻质多孔，易磨性明显好于矿粉。

在10%炉渣的掺加量范围内，双掺粉与矿粉的粉磨效果几乎一致，掺入少量炉渣对物料的粉磨效果没有负面影响，不增加额外能耗由于生活垃圾种类繁多，焚烧炉渣成分复杂，因此在进行资源化利用前有必要对其氯离子含量、碱含量、重金属浸出毒性等有害指标进行检测。

相关检测结果如下表所示从下表可以看出生活垃圾焚烧炉渣的重金属浸出毒性远低于相关标准限制，

重金属浸出风险很低，但其氯离子含量及碱含量均远高于国家相关标准，碱含量中氧化钠为3.77%，氧化钾为1.74%，在与矿渣粉复合时应严格控制其掺量将炉渣微粉以10%掺量取代矿渣微粉配制炉渣-矿渣复合微粉，并参照GB/T18046—2017中S95矿粉相关性能指标要求对复合微粉进行基本性能检测，试验结果如下表所示。

从结果可以看出，当炉渣微粉以10%掺量取代矿渣微粉配制炉渣-矿渣复合微粉时，基本性能指标满足S95矿渣粉相关要求。将炉渣微粉低掺量取代矿渣微粉用作矿物掺合料具备相应性能基础。

炉渣-矿渣微粉活性炉渣微粉分别以5%、10%、20%掺量替代矿粉，水胶比为1：2胶砂比为1：3。各组配合比见下表。

由下图可以看出，炉渣-矿渣复合微粉随着炉渣粉掺量的提高，其试样胶砂7d、28d抗压强度均成下降趋势，7d活性指数随炉渣粉掺量增加下降明显这是由于炉渣微粉自身活性较低，由化学成分分析可知炉渣中存在大量SiO2、Al2O3。

其中的无定形氧化物早期难以与水泥水化产物中的Ca(OH)2进行充分的二次水化反应，早期活性较低，因此试验胶砂早期强度下降明显。

炉渣微粉掺量在10%以内时，试验组复合粉的7d、28d活性均满足S95矿渣粉活性要求，可用作水泥胶砂及混凝土中矿物掺合料使用添加助磨剂后对早期性能有提升效果，但对后期性能影响不大为探究助磨剂对炉渣-矿渣复合微粉早期强度的影响，以0、5%、10%、20%炉渣微粉掺量的复合微粉作为空白组，相同掺量下加入0.1%助磨剂制备的炉渣-矿渣复合微粉作为对照试验组，各组微粉7d活性指数如下图所示。

从上图中可以看出，加入助磨剂后各组微粉试验胶砂早期强度均有小幅提升，7d活性指数最高可提升3%这是由于炉渣-矿渣微粉在粉磨时可能出现“粉末极限”状态，掺入助磨剂的复合粉比表面积更高，粉体颗粒的微集料填充效应更明显，整个胶凝材料体系更为密实，因此强度有所提高。

同时矿渣粉、炉渣粉等均存在无定形氧化物，其火山灰活性主要依靠其中的活性SiO2、Al2O3与水泥水化产物中的Ca(OH)2进行二次水化反应生成C-S-H凝胶加入助磨剂后复合粉的粉磨效果提升，微粉中内部晶格产生大幅畸变并出现出部分极性，进一步促进了炉渣-矿渣微粉的火山灰反应，提高了水化产物的强度，因此活性指数有所提升。

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