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摘要：隨著焚燒爐渣存量的快速增加，焚燒爐渣的合理處置與資源化利用成了新的研究課題。現有爐渣的資源化研究主要傾向於將其轉化為建築材料，但可行性受到其來源和自身特性的影響，在資源利用過程中出現了不同程度的工程質量或汙染問題，制約了其規模化應用。對垃圾焚燒爐渣進行系統全面的理化特性分析和研究是實現垃圾焚燒爐渣的消納與資源化的前提。
關鍵詞：城市生活垃圾；焚燒爐渣；特性分析
1城市生活垃圾焚燒爐渣的特性
研究樣品分別來自廣州、桂林、蘇州、寧波、重慶和瀋陽，依次標記為樣品1—6。各垃圾焚燒廠運行時間均在近5年內，廣州市的焚燒廠最早，運行起始於2011年，瀋陽的焚燒廠在2019年開始運行。各垃圾焚燒廠焚燒爐類型和處理能力有所差異，但焚燒溫度基本相同，均高於850℃。各地垃圾焚燒爐渣的產生比例大致相同，佔垃圾焚燒總量的20%～25%
1.1爐渣物理性質分析
（1）物理組成
爐渣組分種類較多，主要組成部分是熔渣、有機物、黑色金屬、有色金屬和玻璃碎片等。在本次實驗操作當中，我們選取大約600g的爐渣，然後放置於鼓風乾燥箱當中，對爐渣進行烘乾操作，直到爐渣的重量不再變化，在烘乾操作之後，稱量己經乾燥至恆重的爐渣大約500g克，對其進行下列操作：首先進行磁選操作，旨在分離選擇出爐渣當中的黑色金屬。接著需要使用攝子等工具手動分離剩餘的爐渣，依據剩餘爐渣當中玻璃和有色金屬的外觀不同，形狀不同以及特徵不同等條件，將玻璃碎片和有色金屬進行有效的分離。通過上述操作之後，將對剩餘的熔渣，分離出的有機物、各色金屬和玻璃碎片等進行準確的稱量操作，以確定其各自的重量。顯而易見的是熔渣含量最高、黑色金屬次之，有色金屬再次，而玻璃碎片和有機物的含量最低。在上述的樣本中，通過分析可以得知，含量最高的熔渣大部分是由於燃燒生活垃圾而產生的，它的最主要的成分是不可燃燒的無機物，同時也含有可燃物燃燼灰分、未燃燼炭、殘餘的添加劑和大量燃燒產生的反應生成物的存在；而含量次之的黑色金屬和有色金屬，它們主要是一些廢鐵、銅和鋁等金屬物質；玻璃碎片主要來自於各種玻璃容器和器具，如玻璃窗等；有機物主要是為燃燒或是未燃盡的塑料、木板、紙張等。
（2）微觀形態
使用SEM掃描電鏡對6個垃圾焚燒爐渣樣品進行微觀形態分析。由圖可知：放大1000倍時，觀察到爐渣大小形狀不一，邊緣多呈現不規則狀，且表面較為粗糙；放大5000倍（圖2b）觀察爐渣顆粒形態，6個樣品中的爐渣顆粒形狀不同，顆粒表面凹凸不平，有球狀、針狀、棍狀等不規則晶體附著在其表面，且中間空隙較明顯；將爐渣顆粒進一步放大10000倍，觀察某一爐渣表面的部分形貌細節，可以看出不同地區垃圾爐渣存在較大差別，例如樣品2和樣品5的爐渣中多由針狀、片狀、短棒狀等多種不規則晶體組成，而樣品1、樣品3、樣品4和樣品6多為多孔海綿狀不規則晶體組成。總體來看，生活垃圾焚燒爐渣為由不規則狀小粒子黏結成的大顆粒團聚體，且由於各地區生活垃圾組分以及焚燒工藝的差異存在不同。
1.2爐渣化學性質分析
（1）熱酌減率
熱酌減率是指焚燒爐渣經灼燒減少的質量佔原焚燒爐渣質量的百分比。依據CJJ90—2002《生活垃圾焚燒處理工程技術規範》，爐渣熱灼減率應控制在3%～5%。本次實驗利用馬弗爐600℃進行爐渣的熱酌減率實驗，結果表明：除樣品3生活垃圾焚燒爐渣熱酌減率為3.1%外，其餘地區焚燒爐渣熱酌減率均低於3%，說明當前各地區垃圾焚燒場焚燒充分，有機物燃燒徹底。
（2）浸出毒性
由垃圾焚燒爐渣浸出毒性檢測結果見表可知：六地區生活垃圾焚燒爐渣的浸出液毒性均遠低於GB5085.3—2007《危險廢物鑑別標準浸出毒性鑑別》，屬於一般固體廢棄物；與存量垃圾土相比，除鋅浸出含量低於垃圾土外，其餘重金屬浸出含量均與其接近。無論爐渣或存量垃圾土，鋅浸出含量較高，均由於我國垃圾分類執行效果不明顯，部分電池與生活垃圾混合丟棄。將爐渣的重金屬浸出含量與GB3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅴ類水標準和GB5084—2005《農田灌溉水質標準》進行對比，僅樣品6中Cr和樣品4、5中Pb浸出含量稍超出標準限值。因此，本研究涉及的生活垃圾焚燒爐渣可作為一般固廢進行處理，其處理或資源化利用時對環境造成危害的可能性不大。
2生活垃圾焚燒爐渣應用
2.1水泥和混凝土
爐渣作為替代材料生產水泥的實驗己被廣泛研究，但適當的處理必須採取措施以滿足生產水泥、熟料質量和環境安全要求。由於爐渣和水泥成份類似，主要成分為矽酸、鈣和鋁，再加上科學的製作工藝就可以製造出高質的矽酸鹽水泥，通過爐渣對水泥原料進行替換具有高度的可行性。爐渣水力特性取決於其鹼度，鹼度越高，其水力特性越強。有研究給出的CaO/SiO2是最簡單的鹼度指數，其比值必須大於1。鈣含量相對較高的爐渣與水泥的水化膠凝反應相似，這暗示了爐渣作為替代骨料的巨大潛力。混凝土強度和耐久性受爐渣的物理和化學特性影響，垃圾原料決定了爐渣化學成分，冷卻的方法決定了爐渣的物理結構。渣鹼度和玻璃相達到較高的水平的混凝土性能更為出眾。爐渣使用前必須經過脫水、乾燥和研磨處理，爐渣的膠凝性反應速率隨爐渣細度變小而提高。還有研究通過改變爐渣的粒度分布實驗表明，在混凝土中摻入細小的爐渣顆粒降低波特蘭水泥建築能耗，用粒徑2-8mm爐渣做成的混凝土整體性能高於粒徑8-16mm爐渣做成的混凝土。將爐渣利用在混凝土中時，一般進行活性激發處理。
2.2陶瓷與玻璃
陶瓷為非均質材料，主要有天然原料混合組成，這表明這些原料可以被不同類型的廢料代替。有研究表明使用大量處理後的爐渣可作為生產陶瓷原料，獲得新的陶瓷具有良好性能。生活垃圾焚燒爐渣中SiO2、AL2O3、Ca0含量高，可以替代粘土生產陶瓷。採用較高溫度（>1.000℃）能促進爐渣有效摻入陶瓷基體中，爐渣中活性較強的重金屬促進燒結過程。加入爐渣可以降低燒結溫度節約能源，最終產品通常無有害物浸出。有研究採用「混合微波燒結」工藝將爐渣（摻量高達55wt%）製成陶瓷磚，基於微波熱處理製成的陶瓷材料，在經5min、900℃的熱處理，樣品參數就符合相關標準。爐渣玻璃化是一個具有吸引力的廢物利用過程，可以破壞有害有機物，固定重金屬，減少固體廢物使用量。爐渣中含有較高含量、呈玻璃網狀的Si02，這表明利用這些廢物製成玻璃材料的適宜性。將CaO、K20等物質充當核心的助熔劑，利用常規的熔融淬火方法將爐渣在高溫環境中加熱處理，在合適的粘度下倒入模具，冷卻後得到均勻光滑的黑色玻璃。這種玻璃在水中和鹼性溶液中表現出良好的化學穩定性，具有良好的機械性能和化學性能，可用於建築材料，例如作為牆壁和屋頂板材料。垃圾焚燒灰渣造玻璃的利用率在90%左右，明顯降低生產成本。
2.3道路路基
興建道路需要採購大量材料，為提高環保意識，應儘量減少材料的使用。爐渣可以用作道路柔性路面基層和底基層材料，與傳統碎石材料相比，爐渣是一個優異的高緻密替代碎石材料。當爐渣代替原始材料作為基層材料，不會有額外的能量消耗或物料消耗，唯一的區別是，爐渣到道路施工現場的運輸距離長於運輸天然材料的距離，因此用於路基填充大大減少垃圾焚燒廠對爐渣的處理量和天然材料的消耗。
2.4垃圾填埋場覆蓋材料
堆填區採取了合理的環境保護設施，其中比較典型的是應用現代化的滲濾液回收系統，進而讓爐渣因重金屬對人類身體健康造成的威脅能夠有效的消除，綜合各方面因素進行考慮，爐渣充當垃圾填埋場覆蓋材料是非常理想的選擇。
參考文獻：
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原標題:城市生活垃圾焚燒爐渣的特性分析
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