资源化利用垃圾飞灰制备装配式建筑轻质隔墙板无害化焚烧过程问题探析

高倩

（重庆建筑工程职业学院，重庆400072）

资源化利用垃圾飞灰制备装配式建筑轻质隔墙板无害化焚烧过程问题探析

高倩

（重庆建筑工程职业学院，重庆400072）

轻质隔墙板在装配式建筑中的应用是建筑产业化的重要方面之一，垃圾飞灰作为可资源化利用的固废，经无害化处理后可用于装配式轻质隔墙板的生产制作。该文对利用垃圾飞灰作为胶凝材料或骨料制备轻质墙板无害化焚烧过程中应注意的重点问题进行分析探究。

建筑产业化；资源综合利用；垃圾飞灰无害化处理

1 行业背景

轻质隔墙板在装配式建筑中的使用是建筑产业化的重要方面之一。在国家提倡环保产业与生产制造业相结合的行业背景下，装配式轻质隔墙板的用料可与固体废弃物的处置挂钩[1]。以垃圾焚烧发电业产生的垃圾飞灰为例，该物料具有重金属和二噁英双重危害，因此在以往过程中大多数以螯合固化填埋为主，已日趋被淘汰。根据最新研究，经高温处理后的垃圾飞灰的密度较低，比较适合制作现代装配式建筑所需轻质内墙隔板，可用作骨料和活性材料，是今后制备轻质隔墙板的重要原材料。然而，利用垃圾飞灰制备轻质隔墙板的过程较为复杂，其生产工艺性和产品性能跟垃圾飞灰的无害化处理过程十分相关，因此需对该过程中存在的诸多重要问题进行分析[2-3]。 1200℃的温度下焚烧后得到的灰白色或深灰色的细小粉末，一般呈棒状、多角质状、棉絮状、球状等不规则形，粒径大小不均。

飞灰的矿物组成十分复杂，主要的矿物组成有CaO、SiO2、NaCl、KCl、CaCO3和CaSO4等，含有微量的Pb、Cr、Cd、Zn、Hg、Cu、Ni、As等重金属物质，具有一定的重金属毒性。此外，垃圾飞灰中也含有一定量的二噁英。因此，垃圾飞灰在制备轻质隔墙板前需首先对上述两大主要危害因素进行无害化处理。

目前对于垃圾飞灰的无害化处理，主要有三种方式：水泥窑协同处置、螯合固化填埋和高温熔融处理，其中高温熔融处理能同时对重金属和二噁英进行处理，是最佳无害化处置路线。

垃圾飞灰高温熔融无害化处理主要分如下两大步骤：二次复合造球预处理、高温熔融焚烧处理。

二次复合球如图1所示。

2 主要问题探析

图1 垃圾飞灰无害化预处理球团示意图

2.1 垃圾飞灰无害化处理总体工艺路线

垃圾飞灰指生活垃圾焚烧发电厂烟气净化系统的收集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰，是生活垃圾在800～

复合球内核以垃圾飞灰为主，添加还原剂、吸氯剂和催化剂等，提高煅烧环境下垃圾飞灰二噁英的分解毒。内核外部由吸氯剂进行包裹，高温焚烧时，二噁英分解脱出氯原子，氯原子被吸氯剂稳定吸附，不再具有和苯环结构重新化合的能力，从而彻底消除二噁英。

高温焚烧时，温度如达到1100℃以上，球团中的添加剂可促使重金属形成玻璃熔融体，将重金属固化于晶体内部，不再具有浸出毒性。

二次复合球高温熔融无害化处理垃圾飞灰的整体流程如图2所示。

图2 垃圾飞灰无害化处理总体过程

垃圾飞灰和添加物料经流态化充分混匀后，进行二次造球和吸氯层覆盖处理，然后进入高温的焚烧系统进行焚烧，通过焚烧高温过程实现二噁英的脱氯处理和重金属的熔融固化，从而彻底实现垃圾飞灰的无害化处理，为后续资源化制备轻质隔墙板提供了环保合格的原材料[4]。

为保证垃圾飞灰无害化处理效果，需实现如下条件：

（1）垃圾飞灰需进行合格二次复合造球处理；

（2）垃圾飞灰二次复合球团在焚烧装置中进行均匀布料；

（3）焚烧过程合理控制；

（4）焚烧烟气排放须达到国家相应标准。

2.2 无害化预处理过程中物料添加剂

根据上述工艺路线，垃圾飞灰在高温焚烧处理前需进行二次复合造球预处理，在球团制备过程中会使用如下添加剂：

（1）还原剂（Reducing agent），指加入二次复合球团内的煤粉、煤泥、焦粉等含碳的物料，生活垃圾焚烧飞灰解毒过程中，对重金属化合物起还原作用的物质；

（2）吸氯剂（Chlorine absorption agent），指含有CaO的生石灰、消石灰、电石渣、石灰石粉等，在采用二次物料复合技术对生活垃圾焚烧飞灰进行处理的过程中，与二噁英类有机有毒氯化物分解产生的氯元素，以及生活垃圾焚烧飞灰含有的其它氯元素反应，形成稳定氯化物CaCl2的物料；

（3）助熔剂（Solvent），指硼砂、低熔点玻璃粉等降低生活垃圾焚烧飞灰熔点，加速其形成熔融体的物料；

（4）球壳料（Spherical shell material），指在制作二次复合球团过程中，紧密裹覆在球核外的焚烧炉渣、冶金废料等无毒无害物料；以其形成的致密球壳，用于防止生活垃圾焚烧飞灰在处理过程中的二次污染；

（5）吸氯屏蔽层物料（Chlorine shielding layer material），指在球核外部由含氧化钙物料形成的包裹层，起屏蔽作用，与焚烧过程中球核内部溢出的氯元素形成稳定无害的氯化钙；

（6）活性还原粘结原料（Active reduction material），指在还原性的原料中加入适宜温度的工艺水及相应的活化剂、稳定剂等，充分混合形成具有粘结性的液剂，并在相应工艺过程中进行定量均匀喷洒，用于帮助物料成核、成球的过程。

上述原料的添加比例将决定垃圾飞灰高温焚烧处理后残渣的性质，直接影响到后续制备的轻质隔墙板的质量，需经过反复试验论证，得出较优配比。

2.3 无害化预处理过程球团物理性能

垃圾飞灰二次复合球团焚烧后可作为轻质隔墙板的骨料，因此球团的物理性能尤为重要，结合上述工艺，需达到如表1标准。

表1 垃圾飞灰预处理球团物理性能要求

2.4 高温无害化焚烧处理过程的焚烧参数

对垃圾飞灰制作轻质墙板会造成较大影响的焚烧参数为：焚烧温度和焚烧时间。

2.4.1 焚烧温度

焚烧温度主要对物料抗压强度和浸出毒性产生影响[5]。

飞灰的DG曲线（如图3所示）可以看出，飞灰在100℃时，重量下降是由于水分蒸发，在600℃时，飞灰中结晶水挥发，有机物在有氧条件下分解氧化，900℃时，易挥发碱金属以蒸气形式挥发，抗压强度便超过了15MPa，当烧结温度为1000℃时，烧结体的抗压强度达到37.4 MPa。由此可见，焚烧温度须大于1000℃，可保证轻质隔墙板的强度[6]。

图3 垃圾飞灰无害化焚烧过程相关参数图

垃圾飞灰主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，与高炉矿渣和粉煤灰等辅助胶凝材料的化学成分类似，同时垃圾焚烧时的温度超过1400℃，在熔融状态下经水淬而成，因此飞灰以玻璃相为主，具有一定的潜在活性，在一定条件下可发生水化反应。因此，需研究垃圾飞灰的化学组成及水化特性，探索适宜的激发剂品种及用量、适当的养护工艺，以充分激发垃圾飞灰的水化活性，总结其强度发展规律。

2.6 轻质墙体材料的体积稳定性

垃圾飞灰中含有一定量的CaO，在1400℃的焚烧温度下形成过烧状态，对生产轻质墙体材料的体积稳定性造成影响。因此，需通过研究垃圾飞灰中CaO的存在形态及对墙体材料体积稳定性的影响程度，探索消除过烧石灰对轻质墙体材料体积稳定性影响的工艺措施。

对于浸出毒性和温度的关系，根据国内某试验，重金属Cr的浸出浓度最高，其次为Cu，重金属Pb、Ni和Cd的浸出浓度不高，都小于0.5 mg/L。随着烧结温度的提高，重金属的浸出浓度均逐渐下降，重金属Cr和Cu的降幅最大，分别从18．3 mg/L和0．36 mg/L降到4.3 mg/L和0.05 mg/L。从图3看出，添加硼酸降低了重金属的浸出，但添加量过多也会造成Cu浸出增加。根据《危险废弃物鉴别标准》GB5085.3-2007[7]浸出液中危害成分浓度限值Cu浓度应小于100mg/L，Cd的浓度小于1 mg/L，Cr的浓度小于15 mg/L，Ni的浓度小于5 mg/L，Pb的浓度小于5 mg/L，可知烧结温度大于900℃时重金属的浸出浓度符合国家标准。

2.4.2 焚烧时间

图4 垃圾飞灰浸出毒性及温度相关性

焚烧时间决定飞灰是否能完全熔融，即确定经处理后的飞灰重金属是否符合制作轻质隔墙板的原材料要求。因此，煅烧时间十分重要，需根据焚烧设备的特性、飞灰在焚烧设备中的布料特征等因素进行具体分析。

2.5 垃圾飞灰的潜在水化活性

3 结论

综上，采用经无害化处理后的垃圾飞灰作为凝胶材料替代部分水泥和粉煤灰或作为骨料代替陶粒或石子制备轻质墙板的可行性与垃圾飞灰本身的理化特性以及无害化焚烧过程中的参数控制有较大相关度。在探究该工业化生产过程相关要素时，需系统分析垃圾飞灰的基本性质（包括化学组成和水化活性）、添加物料种类、无害化预处理工艺、高温焚烧工艺等对垃圾飞灰作为墙板添加料的性能影响，并分析凝胶体系中重金属的浸出毒性，通过以上研究能够为垃圾飞灰制作装配式建筑轻质墙板生产过程提供参考和借鉴。

[1]马福栋，李勃志.装配式复合墙板发展综述[J].砖瓦2016（6）：35-37.

[2]施惠生，郭晓潞，吴凯，等.预处理城市生活垃圾焚烧飞灰作水泥混合材的研究[J].水泥，2014（10）：1-6.

[3]陈庆帅，冀志江，王静.建筑废弃物在轻质隔声墙板中的应用[J].房建材料与绿色建筑，2009（9）：189-192.

[4]吴韩.粉煤灰在建筑材料中的应用[J].中国建材科技2010（4）：63-67.

[5]徐卫星，高路恒.基于垃圾焚烧灰资源化利用技术的复合板墙力学性能研究[J].施工技术，2017（6）：83-85.

[6]陈光剑，陈珉，张龙，等.轻质保温隔墙板的制备及性能研究[J].厦门大学学报：自然科学版，2012（5）：366-371.

[7]国家环境保护总局.GB5085.3—2007危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别[S].北京：中国标准出版社，2007.

责任编辑：孙苏，李红

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

基金论文：该论文为重庆市建设科技计划项目2015年重大课题“装配式住宅建设关键技术研究集成与示范”（项目编号：城科字2015第（0-1）号论文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.08.009

2017-06-12

高倩（1983-），女，陕西宝鸡人，研究生，讲师，主要从事工程管理、人防防护、环境工程的研究和教学工作。