生活垃圾焚烧炉渣化学组成
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生活垃圾焚烧炉渣化学组成
一、炉渣样品
为对比分析不同地区生活垃圾焚烧炉渣环境特性，收集选取了国内多个城市炉渣样品，分别编号为C1、C2、W、X、N、J和P，其中X炉渣产生于循环流化床工艺，其他产生了多级往复炉排炉工艺。采集条件如下：取自焚烧厂新鲜炉渣，在炉渣堆不同位置设定8个取样点；采集时间为焚烧厂正常运行期间，且非雨水天气；将不同采集点样品混合均匀。
炉渣出炉温度在400～500℃，出炉后水淬冷却处理，这导致原状炉渣中均含有不同程度水分。各地炉渣在表观颜色和物理组成上有所不同。C1原状炉渣颜色较深，含有相对较多的塑料、木头等未燃有机物，这是由于该厂生活垃圾焚烧不充分造成的。C2、X和P原状炉渣中含有较多大粒径颗粒。处理后的炉渣集料由于经历了包括筛分、破碎等机械分选处理工艺，最后的集料粒径较均匀，基本上看不到较大颗粒物和未燃尽组分。
为确保化学成分检测分析结果的可信性，需要获得数量较少的代表性炉渣样品，为此采用四分法分样：将炉渣样品置于平地上混合搅拌均匀，尽量薄地摊开，采用四分法分出一份A；将A再进行混合搅拌再平摊开，采用四分法分出一份B，继续使用四分法直至每个1/4样品质量大约1 000 g为止，分别保存这4份1/4样品入自封袋；取其中一袋于105℃烘箱内烘干，测得其含水率；然后将其研磨至通过0.075 mm筛，细料继续采用4分法，直至1/4样品质量为10 g左右，将其装入自封袋保存，备XRF检测。
二、化学成分
炉渣元素成分是炉渣重要性质之一，表10-1和表10-2为不同地区原状炉渣样品的化学元素分析结果。分析结果表明七种原状炉渣的元素组成较一致，含有Si、Ca、Al、Na、Fe、K、Cl、Mg等主要元素和Zn、Pb、Cu、Mn、Ni和Cr等微量元素。炉渣的主要元素成分对其热动力学性质以及对各种再生应用的适用范围具有重要影响。
表10-1 不同原状炉渣的主要化学氧化物组成 （％）
注：表中所有数据均指质量百分比。
表10-2 不同原状炉渣的化学元素成分 （％）
（续表）
注：“—”代表该元素未检测到。
按酸碱特性，炉渣组分可大致分为三类：SiO2、Al2O3、P2O5等酸性物质，CaO、Fe2 O3、CuO、TiO2、K2 O、Na2 O等碱性物质，以及金属氯化物等盐类物质。三类组分分布特性对炉渣工程特性、处理过程环境特性等有重要影响，比如其中氯化物影响炉渣作为建筑材料的工程活性，也增大了固化体中重金属的可溶性，导致炉渣作为建材应用时溶盐浸出浓度较高。
在所分析的七种不同产地炉渣样品中，X原状炉渣中Ca和Cl含量显著小于其他产地原状炉渣，而Si元素含量却最高，达到20.4％。J原状炉渣中Zn、Mn、Pb等重金属元素含量高于其他产地原状炉渣，相比较而言X炉渣中重金属含量最低，造成这一现象的可能原因是不同地区居民生活水平、生活习惯、垃圾分拣水平不同导致生活垃圾组分差异，另外垃圾焚烧炉型式（X炉渣产自循环流化床、其他炉渣产自炉排炉）对炉渣中重金属的分布也有一定影响。
原状炉渣与处理后炉渣集料的化学氧化物组成对比，如表10-3所示。表10-4出示了处理后炉渣的元素组成。所有的炉渣样品中，只有原状炉渣P采用干式物理分选处理，其他炉渣均采用湿式物理分选进行处理。干式物理分选过程中原状炉渣经历了多次磁分选、破碎、涡电流分选等工艺，处理后的炉渣作为集料使用，处理过程不进行任何额外水洗。湿式物理分选是在干式分选工艺基础上，将其中的细炉渣颗粒采用以水为介质的摇床、跳汰机、湿式涡电流或Magnus涡电流（目前国内还未有采用）分选技术进行分选处理，整个处理系统对于分离炉渣中磁性金属和有色金属具有较高的效率，同时浸水过程也降低了集料中可溶盐和重金属的含量。
表10-3 处理前炉渣和处理后炉渣集料的主要化学氧化物成分 （％）
（续表）
表10-4 处理后炉渣集料的主要化学元素成分 （％）
（续表）
注：“—”代表该元素未检测到。
与原状炉渣对比，湿法处理后的炉渣化学元素组成变化较大，主要元素Si和Al等的含量显著增加，而Ca、Cl及其他金属元素的含量普遍降低。由此推断，炉渣中的Ca有相当部分形成了水溶性较强的物质，湿法处理时转移到了水和污泥中，而炉渣中的Si主要存在于不可溶物质中，湿法处理并未改变其炉渣分布，最后基本上保留在了炉渣集料中。值得注意的是，由于相关矿物的分离，干法处理后炉渣中Cl及大部分金属元素相对含量普遍增加，与湿法处理相反。
