生活垃圾焚燒灰渣制備加氣混凝土砌塊工藝研究

生活垃圾焚燒灰渣制備加氣混凝土砌塊工藝研究

近年來，城市生活垃圾的主要處理方法之一是采用焚燒技術，導致大量廢棄物。垃圾焚燒灰渣含有能被水浸出的重金屬物質(zhì)如Pb、Cr、Ni等,若不經(jīng)處置直接填埋,不僅占用土地,還會對附近的土壤、地表水和地下水造成污染,因此無害化處理和資源綜合利用是人們廣為關注的問題。本文探討利用城市生活垃圾灰焚燒渣制備加氣混凝土砌塊的試驗研究,尋求城市生活垃圾焚燒灰渣新的資源化利用途徑。實現(xiàn)灰渣的無害化和資源化,獲得經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。1試驗材料和方法1.1灰渣的組成和化學組成試驗用灰渣取自福建省某生活垃圾焚燒發(fā)電廠,包括飛灰和爐渣。爐渣是指由爐床尾端排出的殘余物,主要由熔渣、黑色及有色金屬、陶瓷碎片、玻璃和其它不燃物質(zhì)及未燃有機物組成,約占灰渣總質(zhì)量的80%;飛灰是指由煙氣凈化系統(tǒng)和熱回收利用系統(tǒng)(如節(jié)熱器、鍋爐等)收集而得的殘余物,約占灰渣總質(zhì)量的20%?；以幕瘜W組成如表1所示,灰渣的重金屬含量如表2所示。由表1可知,城市生活垃圾焚燒灰渣中包含了生產(chǎn)砌塊所需的無機非金屬氧化物,可進行建材資源化利用。由表2可知,飛灰和爐渣中重金屬含量比較高,因此在建材利用時需進行重金屬穩(wěn)定化,最終制備出的砌塊需進行重金屬浸出毒性試驗,合格后方可實際運用。其它的輔助原料包括水泥、生石灰、石膏、鋁粉、重金屬螯合劑等。1.2材料的制備(1)灰渣化學組成分析采用X射線熒光光譜儀(XRF)。所采用的激發(fā)條件為Rh靶,激發(fā)電壓為50kV,激發(fā)電流為50mA。室溫為25℃,濕度為60%。(2)灰渣中重金屬分析采用美國EPA《固體廢棄物試驗分析評價手冊》方法3050,即HNO3-H2O2-HCl法,然后采用直接吸入火焰原子吸收分光光度法。(3)加氣混凝土砌塊制備采用正交試驗方法。以飛灰、爐渣、水泥、生石灰為主要原料,加入少量的石膏、重金屬螯合劑(自制)和鋁粉等,經(jīng)攪拌均勻后,加水繼續(xù)攪拌,成型于100mm×100mm×100mm模具中,經(jīng)發(fā)泡和蒸壓養(yǎng)護,制得加氣混凝土砌塊。對其體積密度、抗壓強度、抗凍性、導熱系數(shù)、重金屬浸出進行測試。具體工藝流程見圖1。1.3各因素正交試驗為研究主要原料配比對加氣混凝土砌塊性能的影響,獲得最佳配合比,擬采用L9(34)正交試驗對各因素進行分析。每個試驗號做3組平行試驗,取其性能測試平均值。正交試驗因素水平見表3,正交試驗設計及蒸壓后的外觀質(zhì)量見表4。2膏、鋁粉占總糖含量的檢測按正交試驗設計的配比,其它輔助原料的添加量:石膏占總量的3%,鋁粉占總量的0.1%,重金屬螯合劑1%。蒸壓過程采取升溫3h至185℃,保溫6h,恒溫壓力為1MPa,自然降溫1.5h。2.1不同比例灰渣對產(chǎn)品外觀質(zhì)量的影響由表4可知,不同配比條件下,產(chǎn)品有些出現(xiàn)微裂紋和微膨脹現(xiàn)象,主要是由于發(fā)泡過程產(chǎn)氣的不均勻性等問題引起,出現(xiàn)了體積不穩(wěn)定性。2.2飛灰與爐渣、飛灰等原料配比的確定對蒸壓后的產(chǎn)品進行干密度、抗壓強度、凍后強度、質(zhì)量損失以及導熱系數(shù)的測試,結果如表5所示。對正交試驗所獲得的抗壓強度值進行極差分析,確定影響產(chǎn)品抗壓強度的主次因素,分析結果表明:飛灰是主要影響因素,其次是水泥、爐渣和生石灰。當飛灰的添加量控制在15%以下時,產(chǎn)品的強度變化不明顯;隨著飛灰添加量的提高,其強度顯著提高。這主要由于飛灰具有活性,在堿性激發(fā)條件下,破壞了飛灰中Si—O鍵和Al—O鍵的OH-離子,使飛灰具有膠凝性,進而形成對強度有利的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水石榴石等礦物。由于飛灰與爐渣中含有超過國家標準的重金屬,所以在考慮建材利用時,不宜超量,以免帶來環(huán)境危害。經(jīng)過試驗數(shù)據(jù)分析以及參照GB11968—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》合格品的指標要求,最終確定城市生活垃圾焚燒灰渣制備加氣混凝土砌塊的最佳配方為7號試樣,即原材料最佳配比為:飛灰25%、爐渣40%、生石灰25%、水泥10%。在最佳原料配比基礎上,通過改變蒸壓養(yǎng)護制度,最終制品的強度可達6.5MPa,凍后質(zhì)量損失為2.7%。2.3水浸毒性試驗表面浸出是固化體安全評價的一個重要指標,保證產(chǎn)品對環(huán)境無毒無害。因此,按照最佳配比以及蒸壓養(yǎng)護條件,制備出的產(chǎn)品參照HJ557—2009《固體廢物浸出毒性浸出方法—水平振蕩法》進行浸出毒性試驗,結果如表6所示。由表6可知,產(chǎn)品浸出液的重金屬濃度符合GB5085.3—2007《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》的要求。3原料配比試驗結果(1)通過對灰渣的物理化學分析可知,其可作為生產(chǎn)加氣混凝土砌塊的原料?？蓪崿F(xiàn)灰渣的建材資源化利用。(2)通過試驗研究獲得最佳原料配比為:飛灰25%、爐渣40%、生石灰25%、水泥10%。在最佳的蒸壓養(yǎng)護制度下,制品的強度可達6.5MPa,凍后質(zhì)量損失