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垃圾飛灰是生活垃圾在進(jìn)行焚燒處理過程中，高溫?zé)煔馔ㄟ^煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行收集與處理之后所產(chǎn)生的殘留物，這些殘留物因含有有害成分而被歸屬為《國家危險(xiǎn)廢物名錄》明確的危險(xiǎn)廢物，管理處置不當(dāng)將造成次生環(huán)境污染和健康影響。
飛灰資源化處置是必然趨勢，但目前其無害化處置與資源化利用仍面臨不少難題。
在2023年12月線上舉辦的2023視環(huán)會-秋季展的高峰論壇上，來自北方工業(yè)大學(xué)的副教授耿超帶來了題為《生活垃圾焚燒飛灰新型處理技術(shù)》的演講。
耿教授介紹了生活垃圾焚燒飛灰的特性及主要處理技術(shù)，并詳細(xì)講解了新型生活垃圾焚燒飛灰處理技術(shù)——飛灰-赤泥共還原工藝。
據(jù)耿教授介紹，由于焚燒已經(jīng)代替填埋成為城市生活垃圾的主要處理方式，因此飛灰的產(chǎn)生量也達(dá)到了1500萬噸/年。飛灰具有高堿、重金屬含量高、二噁英含量高等特性。目前飛灰處理主要技術(shù)路徑包括固化/穩(wěn)定化+填埋處置、飛灰水泥窯協(xié)同處置、建材化利用等。
飛灰水泥窯協(xié)同處置工藝目前應(yīng)用較為廣泛，但水泥窯協(xié)同處置工藝需新增大量設(shè)備，水泥窯煅燒、水洗脫鹽、化學(xué)沉淀、蒸發(fā)結(jié)晶碳排放量大；同時(shí)，飛灰處理量僅占水泥窯生產(chǎn)規(guī)模的1-3%，但是對水泥產(chǎn)品重金屬總量貢獻(xiàn)巨大，并存在Hg排放超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)；蒸發(fā)制取的工業(yè)鹽按照衍生規(guī)則仍為危險(xiǎn)廢物，利用價(jià)值低；重金屬大部分存留在水泥中，產(chǎn)品壽命終結(jié)后仍然存在廢物的處置及利用問題。
此外，耿教授介紹，飛灰熔融玻璃化被認(rèn)為是一種減容效果顯著、無害化徹底的較為理想的工藝，重金屬可被固定在玻璃結(jié)構(gòu)中，二噁英被高溫分解，玻璃體可以做建材化產(chǎn)品。但同時(shí)，熔融處理飛灰的過程需要在1400-1600 ℃，能耗高、碳排放量大，熔融1500℃處理一噸垃圾焚燒飛灰碳排放1190kg，且高溫下飛灰中的高氯對設(shè)備腐蝕性較大。
經(jīng)過分析，耿教授認(rèn)為，目前亟須開發(fā)環(huán)境友好、資源化程度高的新型飛灰處理技術(shù)。隨后，耿教授詳細(xì)介紹了飛灰-赤泥共還原工藝。
赤泥是制鋁工業(yè)提取Al2O3排出的工業(yè)固廢，隨著我國電解鋁、電子、機(jī)械等行業(yè)的快速發(fā)展，市場對金屬鋁的需求量增大，赤泥產(chǎn)生量也隨之遞增，2022年赤泥產(chǎn)生量超1億噸，綜合利用率僅為8%，累計(jì)堆存量超多8億噸，因此亟須開發(fā)高效清潔的赤泥綜合利用技術(shù)。
耿教授介紹，飛灰和赤泥具有一定的互補(bǔ)性，在SiO2-Al2O3-CaO的礦物體系中，為高鈣低硅鋁體系(紅色區(qū)域)，赤泥為低鈣高硅鋁體系(黃色區(qū)域)，飛灰赤泥在硅酸鹽元素體系上呈現(xiàn)較好的互補(bǔ)性，為高溫造渣提供條件(綠色區(qū)域)。
飛灰中的碳、鈣、重金屬組分和赤泥中的鐵、硅、鋁組分對共還原體系的協(xié)同增效效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)飛灰和赤泥中重金屬的定向回收和玻璃材料的高效轉(zhuǎn)化。
飛灰與赤泥經(jīng)過共還原工藝，可生成鐵合金(親鐵重金屬)及玻璃材料。鐵合金產(chǎn)品較為純凈，表面無其它的雜質(zhì)，滿足耐候鋼原料要求；而生成的玻璃材料質(zhì)地均勻，具有玻璃光澤，xrd為玻璃結(jié)構(gòu)，同時(shí)，留在玻璃材料中的重金屬得到有效的固定。
生成的玻璃材料作為一般固廢處理，可作為處置場導(dǎo)氣層或?qū)艑犹娲牧嫌猛镜鹊叵虏牧鲜褂?，也可作為路基材料、混凝土骨料、摻合料或者水泥混合材料等建筑材料使用，毒性浸出結(jié)果均滿足生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 16889-2007)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
耿教授介紹，玻璃材料的粒度分布比礦渣更接近水泥，性能與高爐礦渣相似，在堿激發(fā)下表現(xiàn)很好的膠凝性可代替礦渣作為波特蘭水泥生產(chǎn)原料；根據(jù)熱重確定核化、晶化和熔融階段，制備得到了以鈣鋁黃長石為主的微晶玻璃，微晶玻璃各性能良好，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
