利用生活垃圾焚烧发电厂炉渣制备免烧砖的研究

生活垃圾焚烧炉渣制砖工艺及案例分析周旭，李军，周圣庆（中国天楹股份有限公司，江苏南通226600）【摘要】【摘要】垃圾焚烧发电厂产生的炉渣不能资源化利用只被用来提取金属，提取完金属的炉渣大量堆积，造成很大的二次污染。

中国天楹的江苏省海安炉渣制砖项目很好地解决了这个问题，炉渣经过预处理后加入活化剂Na2SiO34.5%、水泥3.7%、石灰13.7%、石膏4.3%和水搅拌均匀后进入液压制砖机，成型压力为20 MPa，加压时间60 s，保压时间为120 s，洒水养护28 d，这样制成的砖硬度比普通砖高2～3倍，既实现了经济效益，又减轻了环境的负担。

【期刊名称】环境卫生工程【年(卷),期】2016(024)002【总页数】3【关键词】【关键词】炉渣；免烧砖；资源化每吨生活垃圾产出20%炉渣，主要由陶瓷、玻璃、金属、未完全燃烧的有机物和不可燃的无机物组成。

炉渣密度为2.3 g/cm3，pH为8～13，含有约38%的SiO2、22%的CaO、10%的Al2O3、4.6%的Fe2O3、3%的MgO，还有少量的K2O、Na2O等［1］。

此外，炉渣中的Pd、Cu和Zn的含量是土壤平均含量的26、14和13倍。

因此炉渣直接填埋或利用将污染环境。

随着生活垃圾焚烧发电厂建设的加快，炉渣的产生量也与日俱增。

炉渣的再生处理成为了必须要解决的问题。

1 国内炉渣的处理现状1.1 建筑上的利用1.1.1 与沥青或水泥混合作路基及路面料炉渣通过分拣、筛分后获得合适的粒径，与沥青或水泥及其它骨料混合用作铺装路面工程。

基层和粘结层的灰渣含量不宜超过20%，表层的灰渣含量不宜超过15%。

对这种混合料进行金属元素浸出的跟踪测试，发现其铅、镉和锌等的释放量较低。

利用其对环境和人类健康的影响及生命周期评价，发现只要管理技术恰当，这种混料利用的所有风险均低于可接受风险的标准值，炉渣中最有可能存在潜在危险的铅的浸出量也远低于标准值，有效地避免了对环境的二次污染［2］。

生活垃圾焚烧炉渣制砖技术及产业化研究丁惠群;吴雁群;徐鎏焯【摘要】The objective of the research is to realize the efficient utilization of(MSWIBA) as a resource for the production of fire-free brick by replacing the traditional aggregates.%研究的目的是利用生活垃圾焚烧后产生的炉渣作为骨料,生产免烧砖,实现生活垃圾焚烧炉渣的资源化利用。

【期刊名称】《江苏建材》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】5页(P25-29)【关键词】生活垃圾焚烧炉渣;免烧砖;资源化利用;产业化研究【作者】丁惠群;吴雁群;徐鎏焯【作者单位】苏州建筑科学研究院有限公司,江苏苏州215000;苏州建筑科学研究院有限公司,江苏苏州215000;苏州墙体材料改革和建筑节能办公室,江苏苏州215000【正文语种】中文【中图分类】X7050 引言城市生活垃圾处置已成为一个重大的问题。

目前国内对城市生活垃圾的主要处理方式有：填埋、焚烧、堆肥、综合利用等，其中焚烧发电法减量化效果明显，焚烧后可使垃圾减容80%～90%，并可利用垃圾焚烧产生的高温燃气回收热能进行利用,但是过程中仍有20%左右的质量转化为灰渣，其中炉渣占80%左右。

本课题研究工作是在对苏州市乾宇新型建材有限公司、太仓市华盛新型墙体材料有限公司及昆山市浩宇建材有限公司三家企业利用生活垃圾焚烧炉渣生产免烧砖的调研基础上，研究炉渣的处理工艺及综合性能。

1 炉渣的性能及结果分析1.1 炉渣的成分处理前的焚烧炉渣主要是由灰渣、碎玻璃、砖块、陶瓷碎片、木屑和少量碎布条、塑料、金属制品等物质组成的混合物。

碎玻璃、陶瓷碎片等主要来自于工程中的建筑垃圾，只要其粒径大小不超过5 mm，不会影响炉渣免烧砖的整体性能。

Vol.34,No.5May,2021第 34 卷 第 5 期2021年5月环 境 科 学 研 究Research of Environmental Sciences垃圾焚烧炉渣特性分析及制备免烧砖技术研究林 莉1,颜未蔚1,杨国栋2,张焕伟2,王凤侠2,宋迎春S 江燕航2,蒋建国"1. 清华大学环境学院，北京1000842•深圳市宝安区市容环境综合管理服务中心，广东深圳518101摘要：炉渣制备免烧砖的技术作为固废建材化利用的手段之一，具有广阔的应用前景•基于炉渣基本性质，本文探讨了炉渣预处理、原料配比及养护方式等工艺条件对炉渣免烧砖的抗压强度和环保性能的影响,并提出了优化的工艺条件和参数.结果表明：炉渣的热灼减率为1.2%,物相组成与天然骨料相似，但水溶性氯离子含量为GB 50010—2010(混凝土结构设计规范》标准限值的8倍，且存在重金属超标风险,需要在固液比1 ：3的条件下水洗3次,使得水溶性氯离子含量削减87. 5% ；免烧砖原料配比较养 护方式对抗压强度的影响更大,不添加炉渣的普通免烧砖的最终强度为全炉渣免烧砖的2. 23倍;养护方式的影响体现在高温养护初期抗压强度增长速度较自然养护更快，但最终差异在±3%以内;选取全炉渣的免烧砖进行高温养护或者炉渣河砂配比1：1 的免烧砖进行自然养护可使产品最终强度达到10 MPa 或20 MPa 的要求，且水溶性氯离子含量最终削减90%,重金属浸出浓度削减50%~60%,可满足不同用途对砖的标准要求.研究显示，在不同抗压强度的要求下选取适当的配比与养护条件，可以达到 炉渣消纳量大且能源耗费少的目的，并削减水溶性氯离子含量与重金属浸出浓度，具有环保效益.关键词：焚烧炉渣；免烧砖；原料配比；养护方式；抗压强度中图分类号：X705文章编号：1001-6929(2021)05-1238-09文献标志码：A DOI ： 10. 13198/j. issn. 1001-6929. 2020. 12. 14Characteristics of Incineration Slag and Production Technology of Baking-Free BricksLIN Li 1 , YAN Weiwei 1 , YANG Guodong 2, ZHANG Huanwei 2, WANG Fengxia 2, SONG Yingchun 1 ,JIANG Yanhang 2 , JIANG Jianguo 1 *收稿日期：2020-05-26 修订日期：2020-10-15作者简介：林莉(1999-)，女，福建莆田人,lin-ll7@ .*责任作者,蒋建国(1970-),男，江苏丹阳人，教授，博士，博导，主要从事固体废物处置与资源化、污染场地治理及土壤修复研究，jianguoj@ 基金项目：清华大学自主科研计划项目Supported by Tsinghua University Initiative Scientific Research Program , China1.School of Environment , Tsinghua University , Beijing 100084, China2. Urban Aesthetics & Environment Integrated Management Service Center of Bao'an Distinct , Shenzhen 518101, ChinaAbstract : As one of the methods of utilizing solid waste to develop building materials , the technology of using incineration slag to producebaking-free bricks has a promising future. Based on the study of basic properties of slag, this paper discusses the influences oftechnological conditions such as pretreatment, raw material composition and curing methods on the compressive strength and environmentalperformance of bricks. The results show that the ignition loss is 1. 2%, and the phase composition of slag is similar to natural aggregate.However , the water-soluble chloride content is 8 times the limit of Code/hr Design of Concrete Structures ( GB 50010-2010) , and there isa risk of exceeding the heavy metal standards. It is necessary to wash 3 times under the condition of solid-to-liquid ratio of 1 ：3 to reduce the water-soluble chloride content by 87. 5%. For baking-free bricks , the impact of raw material composition on the compressive strength isgreater than curing methods , and the final strength of common bricks without slag is 2. 23 times that of the bricks without sand. The impact of curing methods is reflected in the great increase of compressive strength in the early stage of high temperature curing than naturalmaintenance, but the final difference is within ±3%. Bricks without sand can reach 10 MPa under high temperature curing, and bricks ofslag-to-sand ratio of 1 ：1 can reach 20 MPa under natural maintenance. Finally, the water-soluble chloride can be reduced by 90%, and the leaching concentration of heavy metals can be reduced by 50% to 60%, which can meet the standard requirements of bricks for different usages. Obviously, selecting appropriate material composition and curing methods under different requirements can consume largeamounts of slag and less energy. It can also reduce water-soluble chloride content and heavy metal leaching concentration, which has environmental benefits.Keywords : incineration slag ； baking-free bricks ； raw material composition ； curing methods ； compressive strength第5期林莉等:垃圾焚烧炉渣特性分析及制备免烧砖技术研究1239随着我国经济的迅速发展与城镇化进程的加快,城市生活垃圾产生量日益增多,据统计，我国2018年城市生活垃圾的清运量已达到22801.8X104t［1］.如何消纳如此大量的生活垃圾成为了一个难题.由于垃圾焚烧具有无害化、减量化、资源化的特点［2］,我国生活垃圾的处置方式也逐步从污染严重、选址困难的卫生填埋［3］向焚烧转移,2018年我国生活垃圾填埋与焚烧的比例已经接近1：1［1］.生活垃圾焚烧技术即利用高温氧化分解达到生活垃圾大量消纳的目的,并回收利用所产生的热能，具有处理周期短、规模大、兼容性好、占地小、可回收能量等优点［4-5］.然而值得注意的是,生活垃圾焚烧炉渣产生量可达到焚烧量的20%~25%［6］，据调查,2019年全国产生了520x10"~ 780X1041的炉渣［7］，可观的容量给处理处置带来了压力；随着生活垃圾焚烧技术的不断推广，未来将产生数目可观的炉渣待消纳［8］.据预测,2025年我国将产生26683.2x1041的生活垃圾,若按照50%的比例进行焚烧处理，将产生2668x104~3335x104t的炉渣有待处理［9］；若不能妥善处理这些炉渣，可能会带来二次污染的问题，例如重金属［10-11］、氯离子［12-13］等远超土壤背景值,直接填埋会造成环境污染;在处理处置过程中,如果方法不当，也有可能产生进一步的危害.如何安全高效地处理生活垃圾焚烧炉渣，已成为推广生活垃圾减量化、资源化、无害化技术需重点关注的问题之一.目前,生活垃圾焚烧炉渣的资源化利用途径主要包括生产水泥［14-15］、制备免烧砖［16］、制成路基路堤建筑材料［17］、作为代替骨料铺装石油沥青路面［18-19］等.其中，炉渣制备免烧砖由于其节能降耗、具有经济效益和环境效益的特点,得到了人们的普遍关注,并具有一定的商业价值［20］.国外在垃圾焚烧炉渣制砖方面已有一定成果，如日本学者［21］在2000年就通过试验发现，利用炉渣制备的墙砖和地砖符合国家标准要求，并能降低成本;炉渣代替部分骨料制成混凝土砖的技术在美国也早有商业化应用［17］.国内也早在2002年就已经出现了生活垃圾焚烧炉渣制砖的试验研究［22］.近年来，多位学者从不同方面探究操作条件与制备方案对于生产出的免烧砖产品性能的影响，例如,鲁敏等［23］探究了NaCl,Na2SiO3-9H2O与Na2CO3对于免烧砖性能的影响;许宁等［24］研究了炉渣级配对于免烧砖性能的影响；GUO等［25］研究了NaCl、NaNO3、NaOH三种外加剂对免烧砖防冻性、吸水性、导热性等的影响.与以上研究不同的是，该文在分析检测了炉渣的基本性质、对炉渣进行适当预处理的基础上,设计了5种配比方案及2种养护方式,测定养护过程与养护结束后免烧砖的性能,考察了炉渣免烧砖制备过程中的原料配比及养护方式对产品的抗压特性等性质的影响,以期为炉渣制砖的实际应用提供关键参数的参考,对于大规模的商业应用具有借鉴意义.1材料与方法1.1主要原料与装置该试验制造免烧砖产品的主要原料包括炉渣、水泥、石灰、石膏、河砂和硅酸钠,所用药剂包括盐酸、硝酸等.主要装置包括16cmX4cmX4cm的不锈钢四联制砖模具,25cmX20cmX15cm的不锈钢放置支架，50L的塑料混料桶及铁铲等.主要仪器如表1所示.表1主要实验仪器Table1Main laboratory instruments仪器名称型号生产厂家实验电炉—天津市中环实验电炉有限公司真空烘箱DZF-6020北京莱凯博仪器设备有限公司离子色谱仪万通761瑞士万通中国有限公司微波消解仪MARS Xpress美国CEM公司水浴恒温振荡器SHA-BA型江苏科析仪器有限公司X射线荧光光谱仪ARL PERFORM X Thermo Fisher Scientific电感耦合等离子光谱发射仪ICP-AESOES Thermo Fisher Scientific压力实验机WDW3020长春创元测试设备有限公司超声波多频清洗剂KQS200E昆山超声仪器有限公司多孔筛200目（0.075mm）等绍兴市上虞区豪泉筛具厂1.2测试方法测试工作主要包括炉渣基本性质分析与免烧砖产品性能测试两部分，各指标测试方法如表2所示.1.3试验方案1.3.1炉渣采样及基本性质测定炉渣样品采自我国南方某生活垃圾焚烧厂，该焚烧厂采用机械炉排焚烧炉，每天垃圾焚烧量1800t. 2019年4月2—8日每天上午及下午各取样1次，共28次样.取样方法:采样150kg炉渣,分离出未燃尽可燃物及金属块后将剩余的炉渣混合均匀，取样1kg 以上，密封，防止水分挥发.根据表2所示测试方法，对炉渣的基本性质进行测定.1240环境科学研究第34卷表2主要测试方法Table2Main test methods项目指标测试方法含水率、可燃分与灰分将炉渣于105弋下恒温干燥48h,称取前后质量损失，计算含水率;而后600弋下灼烧4h,通过减少的质量计算可燃分，通过残留的质量计算灰分水溶性氯离子浓度将炉渣与去离子水混合振荡8h,静置16h；取上清液稀释过滤，采用离子色谱法测定氯离子含量炉渣基本性质各金属浸出浓度将炉渣与去离子水混合振荡8h,静置16h；取上清液稀释过滤，采用电感耦合等离子光谱发射仪测定金属含量各金属含量将炉渣进行微波消解,取消解液定容、过滤，采用电感耦合等离子光谱发射仪测定金属含量组成与结构X射线衍射光谱分析元素种类与含量X射线荧光分析抗压强度将免烧砖样品进行找平处理，压力试验机测定抗压强度免烧砖性能水溶性氯离子浓度将样品破碎,同炉渣，采用离子色谱法测定氯离子含量重金属浸出浓度将样品破碎,同炉渣，采用电感耦合等离子光谱发射仪测定金属含量1.3.2炉渣预处理试验方案炉渣预处理步骤:磁选分选,利用磁铁及手工分拣以去除铁及剩余杂质;破碎筛选，调整炉渣颗粒粗细分布，使所有颗粒粒径均小于8mm;将炉渣用去离子水多次洗涤，以去除可溶解盐；自然晾干.1.3.3炉渣免烧砖制备试验方案该试验采用炉渣、河砂、水泥、石灰、石膏作为基本骨料，选择硅酸钠作为激发剂，设计5种不同配比（见表3），每种配比采用两种养护方式进行养护.表3免烧砖原料配比Table3Proportion of raw materials of baking-free brick试验方案水泥石灰质量比例/%石膏炉渣河砂激发剂占前5种材料的质量比例/%A6168070.0lB616817.552.5lC616835.035.0lD616852.517.5lE616870.00l按比例添加骨料后，加入足量的水搅拌，制成料浆;将料浆倒入16cmx4cmx4cm的试模制作净浆式样，每块砖的规格为4cmx4cmx4cm,每个模具制作4块砖.将每种配比的砖分为两部分，分别进行自然养护与高温养护•具体操作步骤:在常温常压（自然养护）或温度50弋、湿度90%（高温养护）的条件下分别养护;养护初期每4~6h洒水一次;养护10d后每10h 洒水一次；养护15d后每天洒水一次,直至28d养护期结束•1.3.4炉渣免烧砖性能测试根据表2所示测试方法，测定免烧砖的各项性能.分别在第2,7,18和28天对样砖进行拆模及测定抗压强度.选取配比中炉渣含量较高（试验方案D、E）的两组样砖（每组有2个平行样）进行水溶性氯离子浓度和重金属浸出浓度测定.2结果与讨论2.1炉渣基本性质分析经测定,2018年的炉渣样品含水率为13.6%,热灼减率为2.0%,灰分含量为84.3%；2019年的炉渣样品含水率为15.7%,热灼减率为1.2%,灰分含量为83.1%.炉渣样品的热灼减率均小于5%,满足GB18485—2014（生活垃圾焚烧污染控制标准》的相关规定,未燃尽可燃分含量较低.炉渣中各元素含量如表4所示.根据XRF与XRD测试结果，炉渣中含量最多的5种元素分别为Ca、O、C、Si、Fe,且主要由CaCO3、SiO2等物相组成[26],同时包括Al O3,Fe?O3和MgO等金属氧化物[27].2018年、2019年炉渣中各元素含量测试结果略有差别，但是物相组成基本相同.测试结果进一步佐证了炉渣的组成与天然骨料相似，可作为原料进行建材化利用[28].炉渣中水溶性氯离子含量如图1所示.根据分析结果,2018年批次炉渣中水溶性氯离子含量平均值约为14.0g/kg；2019年批次炉渣中水溶性氯离子含量平均值降为4.7g/kg，所有样品中的最高值为10.9g/kg，远超过GB50010—2010（混凝土结构设计规范》中对于100年结构混凝土的最大氯离子含量第5期林莉等:垃圾焚烧炉渣特性分析及制备免烧砖技术研究1241Table4The mass fraction of main elements of slag%表4炉渣主要元素含量年份Ca O C Si Fe S Al P Cl Mg Na 201833.919.214.410.1 4.79 3.45 2.76 1.97 2.26 1.270.98 201934.815.313.614.1 5.25 1.75 3.12 2.04 1.84 1.24 1.63(总孑)、*俎M橄嗾趟嫂系图1炉渣水溶性氯离子含量Fig.1Water-soluble chloride ion content of slag不超过0.6g/kg的规定，平均含量为标准限值的8倍.因此，在对炉渣进行建材化利用之前，需要通过预处理技术去除炉渣中的氯离子［29］.经测试，在固液比1：3的条件下，经1次水洗后炉渣水溶性氯离子含量可削减50%；经2次水洗后水溶性氯离子含量可削减75%；经3次水洗后,水溶性氯离子含量最终可削减87.5%,降至0.59g/kg左右.炉渣中重金属含量及其浸出浓度如图2所示.由图2可知，所有炉渣样品的Cd、Cr、Cu和Zn等重金属含量均超过了GB15618一2018(土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准(试行)》的土壤污染风险筛选值.Cd的平均含量为6.0mg/kg,达到标准限值(0.6mg/kg)的10.0倍；Cr的平均含量为649.5mg/kg,达到标准限值(250mg/kg)的2.6倍; Cu的平均含量为3951.3mg/kg,达到标准限值(100 mg/kg)的39.5倍；Pb的平均含量为432.5mg/kg,达到标准限值(170mg/kg)的2.5倍；Zn的平均含量为3350.9mg/kg,达到标准限值(300mg/kg)的11.2倍.可见,所测试样品的重金属含量均远超过农用地土壤污染风险筛选值，其中超标最严重的Cu的平均含量接近标准限值的40倍，具有一定的污染风险.对于重金属的浸出浓度,将所有样品的重金属浸出浓度根据GB18599—2001(一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(2013年修改版)的标准限值进行比较.结果显示,Cd的平均浸出浓度为0.001 mg/L,小于标准限值(0.1mg/L)；Cr的平均浸出浓度为0.21mg/L,小于标准限值(1.5mg/L)；Cu的平均浸出浓度为0.31mg/L,小于标准限值(0.5mg/L)；Pb的平均浸出浓度为0.52mg/L，小于标准限值(1.0 mg/L)；Zn的平均浸出浓度为0.23mg/L,小于标准限值(2.0mg/L).经测试得炉渣的pH为11.86,可以发现炉渣属于一般工业固体废物,可用作建材.综上，炉渣具有用于建材的潜能,但仍存在一定的重金属污染风险,重金属含量严重超标,不可直接利用.因此，在对炉渣进行建材化利用之前,需要对炉渣进行预处理,减少环境污染的风险［30］;同时，相关研究［31-32］证明，建材化可以削减重金属的浸出浓度,达到一定的固化稳定化效果,具有实际意义.2.2炉渣免烧砖产品抗压性能分析2.2.1抗压强度性能比较对每一种配比及养护方式的样砖分别在第2,7, 18和28天进行拆模，依据GB/T2542—2012(砌墙砖试验方法》规定的方法进行抗压强度的测试,结果如图3所示.从图3可知，自然养护下,原料配比对免烧砖强度具有较大影响.河砂炉渣配比为3：1的方案D 在养护期28d结束后的抗压强度仅达到14.07MPa,而不含炉渣的方案A在养护期结束后的抗压强度可达到25.93MPa,接近方案D的2倍;此时，方案A的抗压强度分别为方案B、C、D的118.2%、127.5%、184.3%.养护过程中，方案A在第2,7,18,28天时,其抗压强度分别为达到同一养护时间的方案D的234.5%、179.2%、184.9%、184.3%.1242环境科学研究第34卷15--------GB15618—2018Cd筛选值10(亶旦、*年U(总孑旦、* <m n u1200100080060040020015000100001 2 31 2 300o005245 6 789 1011样品序号---GB15618—2018Cr筛选值③d u l)、* <ffl q dO 2000000O005O(0 d u l)、*<ffi u zcldul)鰹垮耳飓P U0.00250.00200.00150.00100.0005CIEUI)邂璇田聪J U4045 6 789 1011121314样品序号31 2 300O600OO200O00O8-------GB15618—2018Pb筛选值45 6 789 1011121314样品序号O8642(Ta旦、翅畀却陋占2.5o0.41 2 345 6 789 1011121314样品序号123456789样品序号1011121314O5O5211OCid旦、翅畏mt<qd1011121314123456789样品序号CIEUI)鰹嫖田t<uz320.1123456789样品序号图2炉渣重金属含量及其浸出浓度Fig.2Heavy metal content and leaching concentration ofslag第5期林莉等:垃圾焚烧炉渣特性分析及制备免烧砖技术研究1243图3免烧砖抗压强度变化Fig.3The change of compressive strength of baking-free brick高温养护下的抗压强度性能规律与自然养护类似.全炉渣的方案E在养护期结束后的抗压强度为11.46MPa，而不含炉渣的方案A达到了25.53MPa；此时，方案A的抗压强度分别为方案B、C、D、E的114.6%、124.4%、186.2%、222.8%.养护过程中,方案A在第2、7、18、28天时，其抗压强度分别为达到同一养护时间的方案E的347.9%、289.9%、240.8%、222.8%.综合比较可以发现,不管采用何种养护方式,原料配比对免烧砖强度都有很大影响，在同一养护方式、达到同一养护时间的条件下，炉渣含量低的免烧砖抗压强度高于炉渣含量高的产品.该规律与常威等［33］的研究结果类似,炉渣含量越高,制得的免烧砖的抗压强度越低.究其原因，是由于此次试验选用的河砂粒径分布较为均匀,相较于粒径分布不一、成分较为复杂的炉渣而言，更有利于化学反应稳定而安全地进行，使得胶凝体系的抗压强度更高.2.2.2抗压强度变化规律各配比及养护方式的免烧砖抗压强度变化的回归方程拟合结果如表5所示.表5免烧砖抗压强度方程拟合结果Table5The fitting results of compressive strength equation of baking-free bricks相关系数(R2)达到MU10所需时间/d达到MU20所需时间/d养护方式方案回归方程A y=0.6207+8.92770.9722 1.7317.84B y=0.5271%+7.78170.9641 4.2123.18自然养护C y=0.5257%+5.62670.95838.3227.34 DEy=0.3621%+4.28960.932115.77—A y=5.1977ln%+8.99990.9328 1.218.30B y=4.6744ln%+7.53270.9531 1.7014.40高温养护C y=4.5838ln%+4.73500.9729 3.1527.94D y=3.1012ln%+3.04290.99339.42—E y=3.0348ln%+1.26680.996517.77—注:MU10表示抗压强度10MPa,MU20表示抗压强度达到20MPa.—表示28d内未达到该抗压强度.从图3和表5可以看出,自然养护下炉渣免烧砖的抗压强度随养护时间的增加而逐步上升,整体呈线性关系，线性方程的拟合程度较好,R2均在0.93以上;而高温养护下，抗压强度随养护时间的增加表现为先急剧上升、随后上升速度减缓并趋于稳定的趋势，其线性关系较差,因此采用对数方程拟合,拟合程度较好.该结果表明,养护温度对于免烧砖抗压强度变化1244环境科学研究第34卷趋势的影响主要体现在养护初期抗压强度迅速增加,随后由于养护后期抗压强度增长减缓，出现同一配比的免烧砖在达到28d养护龄期后高温养护的产品抗压强度反而低于自然养护产品的情况.例如，方案D 高温养护条件下在第2,7天时免烧砖的抗压强度分别为自然养护下的142.4%、106.4%,但是28d养护结束时的抗压强度略低于自然养护，为自然养护下的97.4%.这与已有研究结果［34］相同，养护温度高的样品在早期抗压强度大于养护温度低的样品，但在28d 养护结束后抗压强度相差不大,甚至会小于养护温度低的样品强度.这是因为骨料与水泥中的硅酸盐等发生水化反应，形成固化体［35］;高温养护可以促进初期的水化反应,增加反应速度;但也由于初期的水化反应过快,高温养护胶凝体系的C-S-H凝胶发育程度较高，形成的网状结构更为密实，并且存在包裹于凝胶中的氢氧化钙晶体•该晶体在高温作用下产生了微裂隙，阻碍了产品强度的进一步发展.自然养护初期水化反应较缓，微裂隙情况较轻，凝胶能逐步发展.原料配比对于抗压强度的变化趋势也有一定影响•从自然养护来看,河砂含量越高，免烧砖抗压强度随时间的变化越趋于线性,例如,自然养护下方案A样品抗压强度变化的回归方程的K2为0.97,而方案D 仅有0.93,这是由于河砂相较于炉渣而言，成分更为单一稳定,养护过程中反应能稳步进行,变化较小. 2.2.3满足不同使用要求的炉渣免烧砖制备工艺优化经分析可知,最终抗压强度与原料配比的关系更为密切，而养护方式对炉渣免烧砖的影响不显著.无论采用哪种养护方式,配比相同的免烧砖达到规定养护龄期的抗压强度相差不超过±3%,而不含炉渣的免烧砖抗压强度可达到全炉渣产品的222.8%.相较养护方式的差异而言，原料配比差异对最终抗压强度的影响更大.因此,在进行具体要求下的方案设计时，首先考虑原料配比，以满足抗压强度的要求，同时根 据具体情况考虑养护方式的选择，以达到节能环保的目的.根据JC/T466—1992（1996）（砌墙砖检验规则》,砖块的抗压强度分为MU30（表示抗压强度为30 MPa,其余类同）、MU25、MU20、MU15、MU10、MU7.5共6个强度等级;根据NY/T671—2003（混凝土普通砖和装饰砖》的规定，只有MU20及以上的砖可用于高层建筑承重，小于MU10的砖只能用于非承重部位.从试验结果可以看出，无论是高温养护还是自然养护，只有方案A、B、C即河砂炉渣比在1：1以上的免烧砖才能达到MU20的抗压强度，其中炉渣含量高（河砂炉渣配比为1：1）的方案C在2种养护条件下达到20MPa抗压强度所需时间的差别不大;方案A、B、C、D的免烧砖均可在2种条件下达到MU10的抗压强度，低炉渣含量的免烧砖在2种养护条件下所需时间的差别不大;全炉渣的方案E的免烧砖的抗压强度也可在高温养护的条件下达到MU10.因此,在抗压强度要求较高（MU20）时,选取的免烧砖原料炉渣河砂配比最大为1：1,可到达具有较高抗压强度与较高炉渣消纳量的目标,且选用较高炉渣含量（1：1）时，可采用自然养护方式减小能耗,炉渣量较低时采用高温养护提高生产效率.在抗压强度要求较低（MU10）时,可选取高温养护来培育全炉渣的免烧砖，能在满足抗压强度要求的基础上最大限度地消纳炉渣;也可选取自然养护培育炉渣含量较低的免烧砖,以提高生产效率.总而言之，河砂含量越高,在同一养护方式下达到同一抗压强度的时间越短，且最终的抗压强度越高;养护温度有利于早期抗压强度的提高,但不利于后期抗压强度的进一步发展,最终产品抗压强度由原料配比决定.在抗压强度要求较高（MU20）时，原料中炉渣河砂配比最大可选取1：1;在抗压强度要求较低（MU10）时，可在高温条件下养护全炉渣的免烧砖，有利于炉渣的大量消纳.在较高炉渣含量而抗压强度要求较高,以及较低炉渣含量而抗压强度要求较低的情况下，可以采用更为节能的自然养护;其他条件应综合考虑选取适当的配比与养护条件，达到炉渣消纳量大、能源耗费少的目的.2.3炉渣免烧砖环保性能分析2.3.1水溶性氯离子含量选取配比中炉渣含量较高的方案D、E的样品测试水溶性氯离子含量，测得方案D自然养护28d后的水溶性氯离子含量为（0.43±0.07）g/kg；方案E高温养 护28d后的水溶性氯离子含量为（0.59±0.03）g/kg.可以发现，即使是炉渣含量较高的免烧砖产品的水溶性氯离子含量也比炉渣样品低很多,从预处理到制砖的全过程，水溶性氯离子含量的平均去除率约为90%,且满足GB50010—2010（混凝土结构设计规范》的标准限值（0.6g/kg）•该结果说明，相较于水洗预处理而言,建材化技术对于炉渣水溶性氯离子含量有进一步的削减作用.这说明该试验的预处理与建材利用手段有利于炉渣水溶性氯离子含量的降低，能够降低环境风险，制得环境友好型的产品.第5期林莉等：垃圾焚烧炉渣特性分析及制备免烧砖技术研究12452.3.2重金属浸出浓度选取配比中炉渣含量较高的方案D、E的样品测试重金属浸出浓度，结果如表6所示.表6免烧砖重金属浸出浓度Table6Leaching concentration of heavy metals inbaking-free bricks项目浸出浓度/(mg/L)Cd Cr Cu Pb Zn GB30760—2014《水泥窑协同处置固体废物技术规范》0.030.2 1.00.3 1.0平行样10.00020.040.170.260.14自然养护D-平行样20.00040.070.150.540.19平行样10.00010.110.250.240.09高温养护E平行样20.00020.040.230.010.13由表6可见，即使是炉渣含量高的免烧砖产品,其重金属浸出浓度相较于炉渣样品也有下降，自然养护方案D的各重金属浸出浓度平均削减为原来的49.5%,高温养护方案E的重金属浸出浓度削减为原来的60.4%.根据HJ1091—2020(固体废物再生利用污染防治技术导则》相关规定，养护后免烧砖成品的重金属浸出浓度与GB30760—2014(水泥窑协同处置固体废物技术规范》的标准限值相比，除自然养护D平行样2的Pb之外，其他样品的各重金属浸出浓度均满足标准限值，而自然养护D平行样2的Pb 超过了原炉渣的Pb平均浸出浓度，可能是由测试误差造成的.这说明使用过程中浸出液直接排放对环境的影响不大•该结果与宋珍霞等［36］的研究结果相吻合，建材固化技术对有毒重金属的浸出浓度有一定的削减作用.这说明经过预处理与建材化利用后制得的炉渣免烧砖产品重金属浸出风险进一步下降，有利于炉渣的资源化利用.3结论a)试验用炉渣的平均含水率为15.7%,平均热灼减率为1-2%,平均质量分数为83.1%,物相组成以碳酸钙、二氧化硅等为主，可代替天然骨料，但水溶性氯离子平均含量为4.7g/kg,且重金属存在超标风险.b)原料配比及养护方式均对免烧砖性能有重要影响.养护方式不同主要体现在养护初期抗压强度的提升方面，而对最终抗压强度造成的差异不显著;原料配比对抗压强度的影响更大，不含炉渣的普通免烧砖最终抗压强度可达全炉渣的免烧砖的2.23倍.在强度要求为MU20时,原料中炉渣河砂配比最大可选取1：1；在强度要求为MU10时，可在高温条件下对全炉渣的免烧砖进行养护.在较高炉渣含量而抗压强度要求较高,以及较低炉渣含量而抗压强度要求较低的情况下，可以采用更为节能的自然养护;其他条件应综合考虑选取适当的配比与养护条件,达到炉渣消纳量大且能源耗费少的目的.c)炉渣预处理及制备免烧砖过程能有效削减90%的水溶性氯离子含量，同时也能有效降低其重金属浸出浓度,平均削减率为50%~60%,使炉渣免烧砖使用过程的环境污染风险显著降低.参考文献(References):[1]中华人民共和国统计局•中国统计年鉴2019[M].北京：中国统计出版社，2019.[2]赵倩倩•城市生活垃圾焚烧飞灰在资源化利用方面的综述[J].广东化工,2020,47(9)：139-140.ZHAO Qianqian.T he overview of municipal solid waste incineration(MSWI)fly ash in resources utilization[J].Guangdong ChemicalIndustry，2020，47(9)：139-140.[3]KONDAVEETI S,KANG E,LIL H,et al.Continuous autotrophicdenitrification process for treating ammonium-rich leachatewastewater in bioelectrochemical denitrification system(BEDS)[J].Bioelectrochemistry，2019，130：107340.[4]张倩,徐海云•生活垃圾焚烧处理技术现状及发展建议[J].环境工程,2012,30(2)：79-81.ZHANG Qian，XL Haiyun.Status and development suggestion ofincineration technology of domestic garbages[J].EnvironmentalEngineering，2012，30(2)：79-81.[5]师宓•城市垃圾焚烧的二次污染及其控制[J].绿色科技,2019(6)：115-117.SHI Mi.Secondary pollution of municipal waste incineration and itscontrol[J].Journal of Green Science and Technology，2019(6)：115-117.[6]于诗桐，董会娟•基于生命周期视角的生活垃圾焚烧研究综述[J].生态经济,2019,35(11)：205-210.YL Shitong，DONG Huijuan.A review on domestic wasteincineration from life cycle perspective[J].Ecological Economy，2019，35(11)：205-210.[7]普曦峰•生活垃圾焚烧炉渣资源化利用技术发展现状研究[J].低碳世界,2020,10(3):16-17.[8]LLO H W，CHENG Y，HE D Q，et al.Review of leaching behaviorof municipal solid waste incineration(MSWI)ash[J].Science ofthe Total Environment，2019，668：90-103.[9]郭华，李佳美,邱明杰，等•我国生活垃圾产量的多元线性回归预测分析[J].环境与发展,2018,30(1)：61.GLO Hua，LI Jiamei，QIL Mingjie，et al.Multivariate 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利用生活垃圾焚烧炉渣制备蒸压砖的研究摘要：生活垃圾焚烧炉渣（IBA）近年来，我国的垃圾焚烧发电技术得到迅速的发展，垃圾焚烧处置方式可以使生活垃圾减量化，可达90%。

生活垃圾焚烧后产生的飞灰和炉渣数量也较大。

本文对宁波地区中科绿色电力有限公司排放的生活垃圾焚烧炉渣进行了研究，并以该炉渣为原料制备出对环境无害、合格的蒸压砖。

1. 生活垃圾焚烧炉渣的基本特性研究1.1 IBA的物理状况生活垃圾焚烧炉渣（Incineration Bottom Ash,简称“IBA”）是城市生活垃圾配合部分燃煤混合投入焚烧炉中进行燃烧发电，燃烧后从炉底排出的固体废渣。

该废渣由燃烧后熔融渣块、石子、砖瓦片、陶瓷片、碎玻璃、铁铝等金属块、以及未燃尽的塑料袋、织物等组成，经破碎、水洗、磁选等处理除去了大部分磁性金属块和洗去炉渣中易溶于水的氯离子、钾离子、钠离子等。

处理后的废渣为最终排放的生活垃圾焚烧炉渣，含水率较高、呈颗粒状、略有臭味。

颗粒级配如表1，细度模数为2.98。

表1 生活垃圾焚烧炉渣颗粒级配粒径/mm 分计筛余/% 累计筛余/%4.75 13.63 13.632.36 19.5 33.131.18 18.63 51.760.6 17.25 69.010.3 11.25 80.260.15 11.13 91.39＜0.15 8.61 1001.2 IBA的成分及物相组成IBA的化学成分见表2。

由表2可得，BA的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO四种组分，总含量大于85%，可作为硅酸盐系建筑材料使用。

碱含量较高，用于水泥混凝土易发生碱骨料发应，降低混凝土的长期耐久性能，以及易在水泥制品表面产生泛碱现象。

表2 生活垃圾焚烧炉渣的化学成分表名称SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO SO3Na2O+K2O 烧失量含量/% 55.7 11.9 5.2 14.3 2.0 1.0 5.7 4.31.3 IBA的重金属离子浸出毒性由于生活垃圾来源多样性及复杂性，焚烧后的残渣中富含许多重金属离子，其中大部分重金属离子进入到飞灰中，底渣中含量较低。

生活垃圾焚烧炉渣的其他应用生活垃圾焚烧炉渣集料所具有的物理力学特征、化学组成特征、微弱的胶凝特性和火山灰活性，使其不仅适用于回填工程、道路工程，也在建筑工程等其他领域得以利用。

本章介绍生活垃圾焚烧炉渣在制备免烧砖、生态水泥、水泥混凝土、人造岛礁和玻璃陶瓷材料方面的应用。

9.1 生活垃圾焚烧炉渣集料在制备免烧砖中的应用免烧砖又名非烧结黏土砖，是以一种或数种工业固体废弃物作为主要原料，加入一定量的胶结材料，不经高温煅烧而制成的一种新型砌筑材料。

与烧结砖相比，免烧砖的优势在于：无须烧结、蒸养或窑炉的高温烧制，不用或少用黏土，充分利用工业固体废弃物。

9.1.1 炉渣免烧砖的制备9.1.1.1 主要原材料可用于制备免烧砖的主要原材料多为工业固体废弃物，如粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾矿渣、化工渣、脱硫石膏或天然砂、海涂泥等。

如，可以水泥作为主要胶凝材料，掺入铁尾矿砂、河砂等作为骨料制备免烧砖，也可以煤炭液化过程中产生的锅炉渣、气化渣为主要原料，再加入水泥、生石灰、石膏等辅助材料制备免烧砖等。

这些免烧砖的强度等级、抗冻性、放射性等性能指标应符合规范《非烧结垃圾尾矿砖》（JC/T 422—2007）中的要求。

上述用于制备免烧砖的固体废弃物的共同特点是含有SiO2、CaO、Al2O3或硫酸盐物质。

由于生活垃圾焚烧炉渣集料不仅在化学组成上有着与这些固体废弃物数量相当的SiO2、CaO、Al2O3，且具有一定的级配组成，用于免烧砖时既可发挥其胶凝作用，还可以发挥炉渣集料颗粒的骨架作用。

制备炉渣免烧砖的其他材料包括水泥、石灰等。

水泥、石灰既是制备免烧砖的胶结料，也是碱性激发剂，在碱性条件下，激发固体废弃物中SiO2和Al2O3的化学活性，与水泥或石灰水化产物中的Ca（OH）2反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，进一步提升免烧砖的强度。

用于制备炉渣免烧砖的水泥质量要符合《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）中的技术标准。

免烧砖项目可行性研究报告范文一、研究背景和意义随着环保意识的提高和资源保护的重要性日益突显，传统的烧制砖头生产方式已经受到了广泛的质疑。

烧制砖头的生产过程中会大量排放二氧化碳，不仅会消耗大量的能源，还会造成土壤和水源的污染。

因此，研究和开展免烧砖项目具有重要的意义。

免烧砖使用可回收材料，不需要进行砖头烧制的过程，可以大幅度降低对环境的污染，减少能源的消耗，提高资源利用率，同时还可以有效地解决废弃物处理问题。

二、项目概述本项目旨在研究和开发一种免烧砖的制造工艺和设备，通过回收利用废弃物和可再生材料，生产出符合质量标准的免烧砖，并推广其在建筑行业的应用。

免烧砖的制造工艺主要包括废弃物的收集和处理、材料的配比、模具制造和砖头的成型等步骤。

项目将结合实际情况，制定合理的工艺流程和生产线配置，确保生产效率和砖头质量。

三、市场分析免烧砖作为一种环保砖材，具有广阔的市场前景。

随着低碳经济的提出和推行，绿色建筑和环境保护已经成为社会发展的重要指导原则。

传统的烧砖产品由于环境污染和资源浪费等问题，逐渐受到限制和淘汰，免烧砖具备取而代之的潜力。

目前，国内外建筑行业对环保砖材的需求不断增长，尤其是在一些绿色建筑和城镇化建设的项目中，对免烧砖的需求更为迫切。

此外，由于免烧砖具有一定的技术门槛和回报周期相对较短等特点，市场上的竞争相对较小。

四、技术可行性分析免烧砖的制造涉及到材料科学、工艺工程、设备制造等多个技术领域。

在技术可行性上，本项目已经取得了一定的研究和实践成果。

首先，研究团队通过实验和试制，已经确定了合适的原材料配方，并成功生产出了符合质量标准的免烧砖样品。

这些免烧砖样品在强度、耐久性等方面均达到了传统烧砖的要求。

其次，研究团队还研发了一套免烧砖的生产线设备，包括材料处理设备、模具、成型机等。

通过对设备的优化和改进，确保了生产过程的稳定性和效率。

五、经济可行性分析投资成本方面，主要包括设备购置、厂房建设、人员培训等费用。

生活垃圾焚烧炉渣制备免烧墙体砖对环境负荷的影响杨媛;吴清仁;曹旗;吴启坚【摘要】运用生命周期评价法,以试验和生产数据为基础,参考有关统计数据及资料,对利用生活垃圾焚烧炉渣制备免烧墙体砖、灰砂砖及烧结砖进行比较分析,探讨功能单位墙体砖制备过程及与其相关的原料开采、原油生产、电力生产和煤炭生产过程对环境负荷的影响.结果表明,功能单位焚烧炉渣免烧墙体砖、灰砂砖和烧结砖的环境负荷分别为3.51x10-12/a.3.58x10-12/a和6.60x10-12/a;生活垃圾焚烧炉渣免烧墙体砖与烧结砖相比,可减少不可再生资源消耗54%,与灰砂砖和烧结砖相比,可分别减少不可再生能源消耗43%和62%.【期刊名称】《新型建筑材料》【年(卷),期】2011(038)003【总页数】5页(P33-36,58)【关键词】生活垃圾焚烧炉渣;墙体砖;生命周期评价;环境负荷【作者】杨媛;吴清仁;曹旗;吴启坚【作者单位】华南理工大学材料科学与工程学院,广东,广州,510640;华南理工大学材料科学与工程学院,广东,广州,510640;华南理工大学特种功能材料教育部重点实验室,广东,广州,510640;华南理工大学材料科学与工程学院,广东,广州,510640;华南理工大学材料科学与工程学院,广东,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TU522.1+9随着城市居民生活水平的提高，城市生活垃圾排放量越来越多，对生活垃圾进行焚烧处理可使生活垃圾减量化，但同时带来大量的焚烧炉渣。

利用生活垃圾焚烧炉渣制备免烧墙体砖是否会导致二次环境污染？是否从整体上能减少环境负荷？需要对其制备过程技术措施进行环境协调性分析、比较和预测，从而改善焚烧炉渣免烧墙体砖制备过程的环境影响，促进我国生活垃圾焚烧炉渣资源综合利用，并为建立焚烧炉渣免烧墙体砖的评价方法和评价标准提供技术基础。

本文基于ISO 140402-14043中的生命周期评价理论[1]，采用荷兰莱顿大学提出的CML环境影响评价方法[2]，对功能单位焚烧炉渣免烧墙体砖、灰砂砖和烧结砖的环境影响进行了分析评价。

废渣综合利用制砖项目可行性研究报告一、项目背景二、市场需求分析1.环保需求：随着人们环保意识的提高，对废渣处理的要求也越来越高。

废渣综合利用制砖项目正好能够满足人们对环保的需求。

2.建筑需求：由于城市建设的不断扩张，对建筑材料的需求也在增加。

废渣综合利用制砖项目生产的砖块可以替代传统砖块作为建筑材料，满足市场需求。

三、技术可行性分析1.废渣处理技术：对于不同类型的废渣，需要进行不同的处理方法。

例如，对煤矸石的处理可以采用破碎、筛分等方式；对废强砖的处理可以采用破碎、筛分和清洗等方式。

技术的成熟度直接影响到项目的可行性。

2.制砖技术：废渣可以与水泥、砂子等原材料混合，然后通过压制、干燥、碳化等工艺制成砖块。

这个工艺需要有相应的设备支持，例如制砖机、干燥设备等。

四、经济可行性分析1.投资规模：废渣综合利用制砖项目需要购买废渣处理设备、制砖设备以及厂房和车辆等。

综合考虑投资规模约为500万元。

2.盈利分析：制砖项目可以利用废渣资源，降低生产成本。

同时，市场需求也比较旺盛，可以实现销售利润。

预计项目初期年利润为100万元，项目后期年利润可达300万元。

3.投资回收期：根据项目初期投资和年利润，预计投资回收期约为5年。

五、社会可行性分析1.环境效益：废渣综合利用制砖项目能够有效处理废渣，减少废渣对环境的污染。

同时，废渣制砖材料本身也是一种环保材料。

2.就业效益：项目的实施将提供一定数量的就业岗位，增加当地居民的就业机会，提高居民的收入水平。

3.城市建设效益：废渣综合利用制砖项目生产的砖块可以替代传统砖块使用，满足城市建设的需求。

同时，综合利用废渣资源也符合可持续发展的观念。

六、风险分析1.项目的市场需求和市场竞争情况需要进行充分的调研和分析，避免项目无法获得足够的销售额。

2.技术风险是制砖项目需要重点解决的问题，关键是废渣的处理技术和砖块的制作技术。

四、总结和建议1.技术上，废渣处理和制砖技术成熟度较高，可以得到相应的技术支持。