垃圾焚烧厂制作烧砖分析

本文作者：曲 浩 姜守武 孔为丽 单位：威海市垃圾处理厂 北京水气蓝德环保科技有限公司

炉渣是生活垃圾焚烧的副产物，指自炉床尾部排出的不可燃物，主要是金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐以及硅酸盐，炉渣产生量与垃圾的种类、焚烧工业设备条件有关［1］。由于炉渣主要含中性成分（如硅酸盐和铝酸盐等主要成分，占30%以上），且物理化学和工程特性与天然骨料（石英砂和黏土等）相似，因而是很好的建筑原材料。在国外，炉渣用作水泥和混凝土的部分替代骨料，如美国的ARR灰渣再循环利用工艺生产的骨料制品，广泛应用于沥青混凝土、建筑砌块集料等［2］。国内也有垃圾焚烧炉渣制砖的先例，如上海浦东新区生活垃圾焚烧厂灰渣特性和资源化利用技术开发与应用研究成果获建设部华夏二等奖，成功应用于上海市的2座垃圾焚烧厂。

1炉渣制砖原理

炉渣属于一般废物，作为生产免烧砖的主要原料，由于不具备火山灰活性，除选择水泥外，还选择石灰、石膏和激发剂作为原料。生活垃圾焚烧炉渣的主要化学成分为SiO2、CaO和Al2O3，其中SiO2和Al2O3能与水泥水化产生的Ca（OH）2发生二次水化反应，反应过程如下：SiO2+xCa（OH）2+（n-x）H2O=xCaO•SiO2•nH2O；Al2O3+xCa（OH）2+（n-x）H2O=xCaO•Al2O3•nH2O。石灰的主要作用是其有效氧化钙与硅质材料发生反应，生成含水硅酸盐凝胶及结晶连生体，从而胶结未反应完全的炉渣，提高早期强度。石膏属于一种硫酸盐激发剂，用来激发炉渣的活性，以免过程缓慢导致早期强度低。在激发剂（主要为Na2SiO3）的作用下，激发生活垃圾焚烧炉渣的活性，非活性的SiO2和Al2O3，在碱性条件下可反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。整个水化过程就是焚烧炉渣在硫酸盐激发剂和碱激发剂的作用下，与水泥、石灰的水化产物进行一系列复杂的二次反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，氢氧化钙及水化铝酸钙等析出针状晶体伸入硅酸钙凝胶体内使砖硬化而具有强度。

2威海市生活垃圾焚烧厂炉渣特性

威海市生活垃圾焚烧厂日处理能力为700t，炉排炉处理工艺，日产炉渣180t左右。根据GB/T25032—2010生活垃圾焚烧炉渣集料、JC/T422—2007非烧结垃圾尾矿砖等标准要求，对威海市生活垃圾焚烧厂炉渣取样后针对相关指标进行了检测。

2.1粒径炉渣粒径分布检测结果见表1将表1与标准对比可以初步判断，虽然炉渣颗粒相对较细，但要符合细集料（40%物料粒径在小于2.36mm，即8目）要求，需进一步筛选。在对大体积的砖头、石块等剔除后，使用13.2mm方孔筛筛选，余料中72.2%通过了2.36mm筛孔。

2.2含水率炉渣含水率检测结果见表2。标准要求细集料的含水率小于18%，表2数据满足细集料含水率的要求。

2.3热灼减率炉渣热灼减率检测结果见表2。符合GB18485—2001生活垃圾焚烧污染控制标准规定的热灼减率小于5%的要求。

2.4含杂量炉渣含杂量检测结果见表3。将表3与标准对比，炉渣中的含铁量满足标准要求，但是金属物和轻飘物含量略超出标准，若用于制砖，应分别增加去除金属物和去除轻飘物的工序。

2.5化学性能炉渣化学性能检测结果见表4。通过对垃圾炉渣进行理化分析可知：其主要含量为硅酸盐、铝、铁和钙，可与水泥、石灰、石膏和激发剂进行混合反应，从而满足免烧砖的强度要求。

2.6重金属根据威海市生活垃圾焚烧厂炉渣重金属含量检测结果，通过HJ/T299—2007浸出法进行换算后，重金属浸出毒性最大值见表5。从表5可以看出，汞、镉、铜、砷、硒的最大浸出毒性低于GB5085.3—2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别的标准限值，铅高出标准值3~4倍，锌高出10%~100%。

3炉渣制砖工艺

3.1原料炉渣：生活垃圾焚烧发电厂排放的焚烧炉渣需破碎筛选，以调整焚烧炉渣颗粒粗细分布。水泥：水泥的质量要符合GB175—2007通用硅酸盐水泥的规定。石灰：选用新鲜生石灰，确保其高活性，有效氧化钙含量不低于70%，细磨过0.8mm筛。石膏：选用CaO含量大于32%，SO3含量大于45%，含水率小于20%，含杂量小于3%。激发剂：主要为Na2SiO3，有研究表明，当焚烧炉渣和Na2SiO3的掺量分别为原料总量的70%和5.5%时，28d抗折强度和抗压强度分别达3.254MPa和20.56MPa［3］。

3.2设备炉渣制砖再利用系统包括炉渣接收与储存系统、炉渣预处理系统、炉渣再利用制砖系统和产品储存系统。主要设备如下。①分选设备：磁选机、涡电流分选机、筛分机。②破碎设备：粉碎机、震击式标准振筛机、球磨机。③混料设备：双卧轴搅拌机。④成型设备：液压制砖机、标准砖模具。⑤养护设备：托板、喷水器。

3.3炉渣预处理1）除铁和分离杂物：炉渣内有大量可回收的废铁及少量的有色金属，90%以上的废铁必须清除，否则制成的砖出现锈斑，影响砖的使用推广，回收的废铁也有可观的经济价值。有色金属通过采用涡电流分选去除。未焚烧尽的少量纤维、部分塑料、纸张等轻飘物，通过机选和人工筛选，仍可重新回炉焚烧。2）按照制砖的要求对炉渣进行破碎和筛分，制成合格的多种制砖集料。3）按一定比例添加水泥、石灰等压制成型。

3.4压制成型使用液压制砖机，标准砖模具按设定配比方案压制。焚烧炉渣免烧砖既不烧结，也不蒸压，因此前期强度的形成主要依靠成型压力，后期的强度主要依靠水泥的胶结及焚烧炉渣活性的激发。

3.5养护砖坯成型后具有一定强度（浇水时砖淋不坏）时就可以开始洒水养护，隔5h洒水1次，3d后每隔8h洒水1次，10d后每隔10h洒水1次，15d后自然干燥至28d，之后可对外出售。

4工程化经济分析

按年处理炉渣5万t规模计算，年产免烧砖700万块（13.5万m2）。据测算生产免烧砖成本为14.8元/m2，年生产成本为199.8万元。年收入412.5万元（含免烧砖销售收入和废铁销售收入2个部分），产生利润212.7万元。

5结论与建议

根据目前取样检测结果，若要将威海市生活垃圾焚烧厂炉渣用于制砖，需要对其中少数指标如铅、锌等加强预处理和控制，在技术上是可行的。通过经济分析，该方案运营成本较低，经济效益较好，但要保证工程建成后正常生产，需要相关政府主管部门出台相应配套政策加以支持，包括分选出来的废铁的金属物销路及价格，特别是主要产品免烧砖的出路及价格等。