生活垃圾焚烧灰渣制备加气混凝土砌块工艺研究

生活垃圾焚烧灰渣制备加气混凝土砌块工艺研究

近年来，城市生活垃圾的主要处理方法之一是采用焚烧技术，导致大量废弃物。垃圾焚烧灰渣含有能被水浸出的重金属物质如Pb、Cr、Ni等,若不经处置直接填埋,不仅占用土地,还会对附近的土壤、地表水和地下水造成污染,因此无害化处理和资源综合利用是人们广为关注的问题。本文探讨利用城市生活垃圾灰焚烧渣制备加气混凝土砌块的试验研究,寻求城市生活垃圾焚烧灰渣新的资源化利用途径。实现灰渣的无害化和资源化,获得经济效益和环境效益。1试验材料和方法1.1灰渣的组成和化学组成试验用灰渣取自福建省某生活垃圾焚烧发电厂,包括飞灰和炉渣。炉渣是指由炉床尾端排出的残余物,主要由熔渣、黑色及有色金属、陶瓷碎片、玻璃和其它不燃物质及未燃有机物组成,约占灰渣总质量的80%;飞灰是指由烟气净化系统和热回收利用系统(如节热器、锅炉等)收集而得的残余物,约占灰渣总质量的20%。灰渣的化学组成如表1所示,灰渣的重金属含量如表2所示。由表1可知,城市生活垃圾焚烧灰渣中包含了生产砌块所需的无机非金属氧化物,可进行建材资源化利用。由表2可知,飞灰和炉渣中重金属含量比较高,因此在建材利用时需进行重金属稳定化,最终制备出的砌块需进行重金属浸出毒性试验,合格后方可实际运用。其它的辅助原料包括水泥、生石灰、石膏、铝粉、重金属螯合剂等。1.2材料的制备(1)灰渣化学组成分析采用X射线荧光光谱仪(XRF)。所采用的激发条件为Rh靶,激发电压为50kV,激发电流为50mA。室温为25℃,湿度为60%。(2)灰渣中重金属分析采用美国EPA《固体废弃物试验分析评价手册》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)加气混凝土砌块制备采用正交试验方法。以飞灰、炉渣、水泥、生石灰为主要原料,加入少量的石膏、重金属螯合剂(自制)和铝粉等,经搅拌均匀后,加水继续搅拌,成型于100mm×100mm×100mm模具中,经发泡和蒸压养护,制得加气混凝土砌块。对其体积密度、抗压强度、抗冻性、导热系数、重金属浸出进行测试。具体工艺流程见图1。1.3各因素正交试验为研究主要原料配比对加气混凝土砌块性能的影响,获得最佳配合比,拟采用L9(34)正交试验对各因素进行分析。每个试验号做3组平行试验,取其性能测试平均值。正交试验因素水平见表3,正交试验设计及蒸压后的外观质量见表4。2膏、铝粉占总糖含量的检测按正交试验设计的配比,其它辅助原料的添加量:石膏占总量的3%,铝粉占总量的0.1%,重金属螯合剂1%。蒸压过程采取升温3h至185℃,保温6h,恒温压力为1MPa,自然降温1.5h。2.1不同比例灰渣对产品外观质量的影响由表4可知,不同配比条件下,产品有些出现微裂纹和微膨胀现象,主要是由于发泡过程产气的不均匀性等问题引起,出现了体积不稳定性。2.2飞灰与炉渣、飞灰等原料配比的确定对蒸压后的产品进行干密度、抗压强度、冻后强度、质量损失以及导热系数的测试,结果如表5所示。对正交试验所获得的抗压强度值进行极差分析,确定影响产品抗压强度的主次因素,分析结果表明:飞灰是主要影响因素,其次是水泥、炉渣和生石灰。当飞灰的添加量控制在15%以下时,产品的强度变化不明显;随着飞灰添加量的提高,其强度显著提高。这主要由于飞灰具有活性,在碱性激发条件下,破坏了飞灰中Si—O键和Al—O键的OH-离子,使飞灰具有胶凝性,进而形成对强度有利的水化硅酸钙、水化铝酸钙、水石榴石等矿物。由于飞灰与炉渣中含有超过国家标准的重金属,所以在考虑建材利用时,不宜超量,以免带来环境危害。经过试验数据分析以及参照GB11968—2006《蒸压加气混凝土砌块》合格品的指标要求,最终确定城市生活垃圾焚烧灰渣制备加气混凝土砌块的最佳配方为7号试样,即原材料最佳配比为:飞灰25%、炉渣40%、生石灰25%、水泥10%。在最佳原料配比基础上,通过改变蒸压养护制度,最终制品的强度可达6.5MPa,冻后质量损失为2.7%。2.3水浸毒性试验表面浸出是固化体安全评价的一个重要指标,保证产品对环境无毒无害。因此,按照最佳配比以及蒸压养护条件,制备出的产品参照HJ557—2009《固体废物浸出毒性浸出方法—水平振荡法》进行浸出毒性试验,结果如表6所示。由表6可知,产品浸出液的重金属浓度符合GB5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的要求。3原料配比试验结果(1)通过对灰渣的物理化学分析可知,其可作为生产加气混凝土砌块的原料。可实现灰渣的建材资源化利用。(2)通过试验研究获得最佳原料配比为:飞灰25%、炉渣40%、生石灰25%、水泥10%。在最佳的蒸压养护制度下,制品的强度可达6.5MPa,冻后质量损失