探究危险废物焚烧炉渣的熔融与资源化

探究危险废物焚烧炉渣的熔融与资源化

赵森浩，段程浩

西安航天源动力工程有限公司，陕西西安，710100

摘要：本文以危险废物焚烧炉渣的熔融和资源化利用作为研究对象，综合使用文献资料方法、案例分析法针对广东省某工程的危险废物焚烧进行分析，并得出了危险废物焚烧炉渣资源化应用的具体对策。根据本次的研究看来，炉渣化学成本及其比例会对资源化利用方向产生重要影响，同时，在危险废物焚烧炉渣在熔融处理的过程中，飞灰及二次飞灰、玻璃体熔渣、烟道富集物都是主要处理对象。危险废物焚烧炉渣的资源化应用可以从水泥窑协同处置、矿棉以及其他建材方向入手，并且重金属是影响焚烧炉渣资源化利用的重要限制性因素。

关键词：危险废物；焚烧炉渣；熔融与资源化

1、危险废物概述

危险废物是指会对社会生产、居民日常生活产生危害的废弃物种类，会经历多种形式的化学变化，从而产生种类丰富的有毒化学物质，对于自然生态系统产生严重破坏，并随着食物链进入人体，危害人民群众的身体健康[1]。现如今，危险废物的种类组成变得十分复杂，并且在分类处理的过程中使用的技术方法也变得越发多元。一般而言，危险废物可以以其物理形态、化学物质、结构组成、生产制造形成方式以及原材料种类等多个因素为基础进行分类处理。从危险废物的物质状态层面看来，危险废物一般可以划分为液态的医疗废水、固态的农业生产材料颗粒以及气态工业废气。从危险废物的实际使用价值层面看来，可以将其分为不具备使用价值超过保质期的药食品以及具备使用价值的生产废弃金属材料或者是润滑油物质。对于我国化工企业生产而言，只有工作人员在明确掌握危险废物概念类型的前提下，方能够根据危险废物的具体类型科学选择处理措施，提高处理效果，降低危险废物对于环境的损害。

2、危险废物焚烧炉渣的熔融处理分析

本次研究选择了广东省某危险废物焚烧炉中到危险废物焚烧炉渣，该焚烧炉为回转窑，处理规模为100吨/天，综合使用了SNCR、急冷、干式脱酸、布袋除尘器及两级碱洗工艺，进行烟气的焚烧处理和净化。此次验证使用了发射扫描电子显微镜、X射线荧光光谱分析仪和等离子体原子发射光谱仪器、便携式烟气分析仪等。

2.1飞灰及二次飞灰

通过本次的实验研究观察，飞灰的原样外形是保持松散多孔隙的状态，颗粒呈棉絮和片状，并且在生产过程中会凝聚成团，较小的颗粒会在大颗粒周围附着，颗粒的大小直径存在明显的差异，颗粒直径介于1~50 μm，也证明了垃圾飞灰属于亚微米级别颗粒。飞灰等离子体在经过熔融处理之后形成的玻璃体渣在质地方面有着明显的优势，并且表面光泽鲜亮。与尚未处理的飞灰结构相比，在放大镜下进行放大观察之后，玻璃体熔渣的微观结构整体致密性较好，表面光滑，且结构分布较为均匀。飞灰在经过高温熔融处理之后，能够形成致密性的结构特征。相较于原颗粒飞灰，二次飞灰的结构组成更为松散，保持球状和椭球状，粒径数值同样不均匀，介于1~20 μm[2]。在经过XRF分析之后显示，本次焚烧飞灰主要包括了钙、钾、氯、钠等多种组成元素，带有明显的高钙、高氯、高钾特征，其中钙、钾、铝的质量分数达到了22.3%、21%和14.9%，可以得出飞灰的主要物质是硅酸盐氧化物、金属氯化物以及其他化合物。

2.2玻璃体熔渣

玻璃体渣在经过熔融处理之后，经过XRF测试结果表明是钙、硅、钠、钾、镁的氧化物，氧的含量数值相对较高，通过本次研究发现，在1400~1500℃下高温熔融处理之后，飞灰中的部分重金属和大部分氯已经基本挥发，剩余物质是熔点和沸点较高的氧化物，并组合形成了低熔点的共融玻璃渣。其衍射图谱为弥散的包络线，且不存在尖锐的衍射峰，这也证明玻璃体熔渣在微观层面是无定型的非晶质玻璃体结构，在经过等离子熔融处理后形成的玻璃体渣有着良好的质地和致密性。

2.3烟道富集物

在完成实验之后针对温度冷却到800℃的烟道实施冷凝物的取样分析，总体的冷凝物料数量较少，厚度约为5毫米，整体形状蓬松，颜色为淡黄色。通过XRF测试结果表明，烟道冷凝物主要是以钾、钙、硅、硫的氧化物为主，并且部分的粉末状飞灰在炉膛内会因为高温烟气上升，并在烟道内富集。烟道冷凝物中的氯元素含量相对较低，仅有1.05%，并且经过镜像分析显示存在尖锐的衍射峰，代表冷凝物中存在一定数量的晶体结构成分，与原始飞灰、二次飞灰相比，主要是以硫酸盐物质为主。

3、危险废物焚烧炉渣的资源化利用

通过本次的实验研究结果证明，危险废物焚烧炉渣基本都是以无机物成分为主，以目前我国的技术发展看来，焚烧炉渣的资源化利用方向主要集中在建材加工方面。

一是水泥窑协同处置。在经过水泥窑系统处置之后，危险废物的焚烧炉渣能够转化为水泥。焚烧炉渣的无机成分与水泥物质的组成基本类似，也是今后重要的资源化利用方向[3]。但焚烧炉渣中钾、钠和氯这类碱金属元素会受到严格限制，在不满足条件要求的情况下，需要进行处理，只有在数据达标之后方可进入水泥窑中进行协同处置，实现资源化利用。

二是用于矿棉物质的制造。随着我国建筑材料市场的持续发展，矿棉有着良好的市场发展空间和前景，在利用危险废物焚烧炉渣生产矿棉材料时，需要全面进行物料的混合处理，针对无机物组成成分进行调制处理，并适当添加包括二氧化硫、三氧化二铝、氧化钙等在内的无机组成物质，保障焚烧炉渣能够满足产品生产的具体要求，炉渣中包括的钾、钠和氯等碱金属元素会对产品的质量产生影响，在生产应用的过程中，需要针对炉渣资源化指标合理进行管控，并针对部分指标超标的炉渣进行预处理。

三是其余的建材利用方向。危险废物的焚烧炉渣也可以在建筑用砂、陶粒、骨料之类直接或间接材料生产中广泛应用，并且必须符合相关标准的要求。生产企业需要针对焚烧炉渣的化学、物理性质以及有害物质含量会进行深入研究，确保焚烧炉渣的质量能够满足产品生产的具体要求。

通过本次的调查研究发现，我国危险废物来源较为广泛，且组成成分较为复杂，包括的重金属元素和含量并不具备规律性，这也是焚烧炉渣今后资源化利用的重要限制因素。对于较易挥发的元素、化学物质和重金属元素，在资源化利用处理中可以使用添加辅材的方法。借助辅材在分子结构特点或晶格缺陷等，在辅材中紧密镶嵌，有效提高材料的熔点温度，与辅材共同进入炉渣中。炉渣熔融在重金属元素固化处理方面有着良好的效果，可以作为今后资源化利用的主要加工方式。

总结

总体而言，通过本次的调查研究结果发现危险废物焚烧炉渣在经过熔融处理之后形成的各种物质是以无机物为主，并且整体的质地较为细腻，炉渣所含有的化学成分及其占比会对今后资源化利用产生重要的影响。在危险废物焚烧炉渣熔融处理的过程中，冷却的方式会对其玻璃态形成产生关键影响，急速冷却的方法更加容易提高玻璃态物质的生成概率。熔融处理对重金属元素有着良好的固化效果，在今后危险废物焚烧炉渣资源化利用的过程中，需要针对其中的成分进行调质处理，保障危险炉渣的组成成分能够符合建筑材料的生产需求。

参考文献

[1]李兴杰.国内部分地区危废焚烧灰渣特征调研分析[J].有色冶金节能,2022,38(04):59-66.

[2]卢光友.危险废物的全过程风险管控[J].化工管理,2022(15):89-92.

[3]张建平,马翠翠.危险废物焚烧炉渣、飞灰理化特性研究及对前期配伍的思考[J].上海化工,2020,45(05):18-21.

作者简介：赵森浩 （1994-），男，汉，山西万荣，硕士研究生， 工程师，固废及危废处置。