深圳市生活垃圾焚烧炉渣免烧砖试验研究

邓福生，乔玮

（1.深圳市市政环卫综合处理厂，广东深圳518029；2.中国石油大学化工学院，北京102249）

深圳市生活垃圾焚烧炉渣免烧砖试验研究

邓福生1，乔玮2

（1.深圳市市政环卫综合处理厂，广东深圳518029；2.中国石油大学化工学院，北京102249）

以深圳市垃圾焚烧炉渣为研究对象，对焚烧炉渣与水泥、石灰和石膏等混合压制成的免烧砖进行特性分析。结果表明：免烧砖的抗压强度较高，按照原料配比的不同，产品可分别用于建筑行业的承重墙体结构和非承重墙体结构。同时，灰渣原料和免烧砖的重金属浸出量均未超标。

生活垃圾；焚烧炉渣；免烧砖

生活垃圾焚烧炉渣，主要是不可燃的无机物以及部分未燃尽的可燃有机物，来源于垃圾中的玻璃、装修杂物、瓶子、陶瓷、砖块、金属、熔渣等。由于炉渣含有少量的有害物质，如重金属等，若未经处理直接排放，将会污染土壤和地下水，对环境造成危害。但是炉渣、建筑垃圾、尾矿砂、粉煤灰等又是生产新型墙体材料的良好原料。选用尾矿砂、粉煤灰和建筑垃圾细料及废旧聚苯乙烯泡沫颗粒生产废渣免烧砖，在节能降耗、环境保护和经济效益方面均有开发利用价值［1-3］。国内免烧砖方面已经开展了一些研究，王金锋等［3-4］采用电厂灰渣生产免烧砖投入建筑行业使用，巴如虎等［5］对利用脱水污泥生产免烧砖进行了实验研究。徐福华等［6］用生活垃圾灰渣制备道路彩砖。笔者以深圳市生活垃圾的焚烧灰渣为研究对象，开展免烧砖试验，对产品的抗压性能以及浸出毒性进行分析。

1 试验材料与方法

1.1 灰渣

通过电子显微镜观察表明，炉渣是由多种粒子构成，其中非晶体颗粒占总量的50%以上。灰渣颗粒组成为漂珠占0.1%～0.3%，实心微珠占45%～58%，碳粒占1%～3%，不规则多孔体占28%～39%，石英占5%～8%，其他占5%。采用粗细集料筛分测定炉渣的粗细分布，测得0.1～4.0 mm占15%～20%，4 mm以上达70%。炉渣含水率21.89%，密度1 264 kg/m3，吸水率8.96%。炉渣中的主要元素为O、Si、Fe、Al、Na、K、Ca、C等，其含量如表1所示。

表1 炉渣无机化学成分

1.2 其他原料

1.2.1 水泥

水泥是灰渣砖的胶结料，同时也是灰渣的活性激发剂。灰渣制砖对水泥的质量要求要符合GB 175—2007的规定。除此之外，灰渣需经沸煮法检验合格，初凝时间不得早于45 min，终凝时间不得迟于10 h，水泥经80 μm方孔筛的筛余不得超过10%，pH高于12。

1.2.2 石灰

试验所用的石灰为刚出厂的新鲜生石灰，活性高，有效氧化钙含量不低于70%，过火灰低于5%，欠火灰少于7%，细磨过0.08 mm筛。

1.2.3 石膏

试验所用石膏为CaO大于32%，SO3大于45%，H2O小于20%，其他杂质小于3%。

1.2.4 XC-50炉渣高效活化剂

生活垃圾焚烧炉渣专用活化剂。其主要成分为硅酸钠，调节免烧砖的酸碱度，腐蚀玻璃体表面，增强物料之间的附着力。

1.3 原料配比

芦令超等［7］对用矿渣水泥、赤泥、粉煤灰等材料制造免烧砖进行了物料配比，结果表明物料配比决定了免烧砖的抗压强度。本试验进行5组原料配比，分别对水泥、石灰、石膏、XC-50、河砂、粗炉渣和细炉渣按照不同的质量比进行配伍，如表2所示。

表2 炉渣免烧砖原材料配比g

1.4 炉渣免烧砖的试验设备

1）炉渣处理设备：多层滚筒筛、方孔筛、粉碎机、磁选机、电涡流分选机、水解槽、轮碾搅拌机。

2）混料设备：A-11型水磁化器、双卧轴搅拌机。

3）成型设备：JQ6-15-39型液压制砖机、标准砖模具。

4）养护设备：托板、喷雾器。

1.5 试验方法

1.5.1 原料混合

试验使用双卧轴搅拌机按设定配比先将炉渣、石膏加入搅拌槽，再将XC-50添加剂用10倍水稀释与水泥一起加入搅拌。在搅拌时严格控制加水量，使含水率不超过15%，此时混合原料握能成团，松手轻触能散开。

1.5.2 压制成型

试验使用JQ6-15-39型液压制砖机，标准砖模具按设定配比方案每组压制40块。本研究免烧砖不烧结，也不蒸压，前期强度的形成主要靠成型机的压力，后期的强度主要靠水泥的胶结及炉渣活性的发挥。

1.5.3 养护

砖坯成型后当有一定强度就可以洒水养护，试验中将A、B、C、D、E每组20块砖分开养护，一组（称为1号成品）隔3 h洒水1次，5 d后每隔5 h 1次，10 d后每隔10 h 1次，15 d后自然干燥至28 d；另一组（称为2号成品）早晚各洒水1次，15 d后自然干燥至28 d。

2 结果与讨论

2.1 免烧砖的抗压强度

免烧、免蒸双免砖以二氧化硅和氧化铝为主要成分的硅铝质材料，其主要反应活性是与水泥水化生成的氢氧化钙反应形成硅酸钙结晶，反应过程如下：

炉渣还与其他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结晶，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炉渣砖硬化而具有强度。炉渣免烧砖水化反应的影响因素主要有：反应形态、表面形态、碱性环境、比表面积。因此试验在配方设计和工艺设计主要采取4项技术措施：提高物料反应温度，增加比表面积，提高碱性环境，改善表面特征。

试验观察到1号成品组养护品外观完整，无裂纹，无明显变形。而2号成品组养护品外观有缺角，有裂纹，有明显凹凸变形。因此，1号成品组养护程度是成功的，而2号成品组养护不成功。试验对1号成品组进行检验，每组样品有10个小样，结果如表3所示。

表3 免烧砖的抗压强度

2.2 免烧砖的毒性指标

炉渣中含有Pb、Cr、Cd、As等有害元素，试验将炉渣中的重金属进行了检测。同时将A、B、C、D、E组免烧砖用紫外分光光度法测试重金属浸出量。A、B、C、D、E组免烧砖重金属浸出量与浸出毒性鉴别标准进行对照，见表4，表明免烧砖重金属浸出量均未超标。

表4 炉渣浸出毒性试验结果

3 结论

深圳市市政环卫综合处理厂排放的生活垃圾焚烧炉渣与天然河砂的表观密度和表干密度相近，可以替代天然河砂制造免烧砖。养护与一般免烧砖程序一致。随着炉渣的活性材料及胶结材料的增加而强度增加，A和B组免烧砖可用于承重墙体结构，C、D、E组可用于非承重墙体结构。生活垃圾焚烧炉渣经过水解稳定处理后可以作为免烧砖集料使用。

根据灰渣免烧砖的物料配伍及产品抗压强度特性，应立足本地区市场的实际情况，选择合适的配比方案，在兼顾环境生态效益和经济效益平衡的前提下，选择最佳方案生产制造炉渣免烧砖。

［1］刘玉，宋少民.废渣免烧砖配制技术研究［J］.粉煤灰综合利用，2007（2）：39-41.

［2］王晴，唐明，王博.内承重粉煤灰免烧砖的研制［J］.沈阳建筑工程学院学报，2000，16（1）：24-26.

［3］王金锋，刘清平，王光金.灰渣免烧砖在薛城区的开发与应用［J］.山东建材，1999（3）：26-28.

［4］许光辉，马小娥.赤泥、粉煤灰免烧砖的性能研究［J］.粉煤灰综合利用，2007（6）：38-39.

［5］巴如虎，刘圆圆，陶其育.水厂脱水污泥制作免烧砖的试验研究［J］.供水技术，2008，12（2）：33-34.

［6］徐福华，肖燕.利用生活垃圾焚烧灰渣和废玻璃制备彩色道砖［J］.中国资源综合利用，2003（6）：20-21.

［7］芦令超，岳云龙，丁振宇.对碱矿渣水泥-赤泥-粉煤灰免烧砖的研究［J］.山东建材学院学报，1999，13（3）：256-258.

Experimental Research on Baking-free Brick Produced by Using Residue from Domestic Waste Incineration in Shenzhen

Deng Fusheng1,Qiao Wei2
（1.Shenzhen Refuse Incineration and Multiple-treatment Plant,ShenzhenGuangdong518029；2.College of Chemical Science and Engineering,China University of Petroleum,Beijing102249）

Taking residue from waste incinerators in Shenzhen as examples,specificity analysis of baking-free brick produced with incineration residue,cement,lime and plaster was carried out.The results showed that the baking-free brick has high compressive strength.According to different ratio of raw materials,the brick can be used in construction industry as loadbearing wall structure and non-load-bearing wall structure.The amounts of leaching heavy metals from the residue and bakingfree brick were not exceeded.

domestic waste；incineration residue；baking-free brick

X799.3

A

1005－8206（2010）03－0029－03

邓福生（1971—），1997年毕业于武汉城建学院给排水专业，主要从事固体废物处理工作，现任深圳市市政环卫综合处理厂环境工程师，曾参加了深圳市玉龙坑垃圾填埋场封场工程和深圳市市政环卫综合处理厂垃圾焚烧烟气处理等多项工程的设计、招标和项目实施等工作。

E-mail：dengfushen@szum.gov.cn。

（责任编辑：郑雯）

2009-12-14