·1028 工程科学学报，第40卷，第9期 焚烧，垃圾焚烧飞灰年产量将达到约90万t.垃圾 埋场库容不足的问题，因此具有十分重要的现实价值 焚烧飞灰产量近年来增长迅猛且垃圾焚烧飞灰中富 与意义.试验主要讨论治金渣一垃圾焚烧飞灰基充填 含包括镉在内的各种重金属元素，还有微量的二恶 料试样的工作性能、强度性能、固镉效果和固镉机理. 英等有机物，被列为危险废弃物.镉是一种剧毒的 1 试验原料 重金属毒物，在水体沉积物中，容易发生再次迁移， 通过食物链进入人体造成危害.镉在体内的半衰期 (1)钢渣：金泰成转炉钢渣经破碎、烘干、多道 为10~30a0,是目前最易在人体蓄积的有毒物质， 除铁、粉磨至比表面积400m2·kg1. 垃圾焚烧飞灰中的Cd主要以CdO、CdCL2和 (2)矿渣：金泰成水淬高炉矿渣经干燥、除铁 Cd(OH),的形式存在 后粉磨至比表面积400m2·kg1.矿渣的碱性系 国内外对垃圾焚烧飞灰主要采取的处理方式为 数为Mo=(w(Ca0)+w(Mg0))/(w(Si02)+ 稳定化后送入填埋场填埋和水泥窑协同处置回.水 w(Al203))=1.05>1属于碱性矿渣，质量系数K= 泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰存在飞灰用量少、不稳 (o(Ca0)+w(Mg0)+w(Al203))/(w(Si02）+ 定，生产水泥能耗高，排放大量C0,等问题.不适宜 w(Mn02)+（Ti02))=2.13>1.2,符合国标 大量处置飞灰，并且对环境影响较大.填埋目前面 GB203一2008《用于水泥中的粒化高炉矿渣》中规 临以下问题：飞灰产量巨大，填埋场库容不足；填 定的高活性矿渣. 埋场投资成本高；螯合剂长期固化效果不稳定等. (3)尾砂：金泰成尾砂，主要成分为石英 在水泥固化稳定化填埋领域，主要研究方式为：单独 (4)水泥：P·042.5普通硅酸盐水泥. 用水泥固化垃圾焚烧飞灰和在水泥中添加一种或两 (5)脱硫石膏：金泰成石膏经烘干粉磨至比表 种掺和料，如矿渣、粉煤灰等固化垃圾焚烧飞灰，但 面积640m2.kg1. 始终没有摆脱对水泥的依赖.另一方面，固化体需 (6)垃圾焚烧(MSWT)飞灰：选自4个炉排炉垃 要填埋场库容，没有解决与日俱增的垃圾焚烧飞灰 圾焚烧发电厂，北京高安屯垃圾焚烧发电厂 与填埋场库容不足的矛盾. (GAT),北京鲁家山垃圾焚烧发电厂(L),四川垃圾 试验利用钢渣、矿渣、脱硫石膏和垃圾焚烧飞灰 焚烧发电厂(SC),湖北垃圾焚烧发电厂(HB).各 作为胶结剂代替水泥，掺入尾砂制成矿山胶结充填 原料的化学成分见表1,4种垃圾飞灰的物相组成分 料充入地下.既可以节约资源与成本，又可以综合 析见图1，原料重金属离子浸出质量浓度见表2，从 利用治金渣和危废垃圾焚烧飞灰，达到以废治废的 表2中可以得出，仅有GAT飞灰为镉浸出质量浓度 目的.固化体用做矿山胶结充填材料，可以解决填 高于饮水标准的高镉飞灰，着重对其进行机理研究 表1原料主要化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the raw materials % 试样 Ca0 CI Na20 K20 S03 SiO2 Mgo A山203 GAT 34.96 20.12 6.63 4.26 7.97 4.55 2.82 2.18 L 46.18 15.43 6.26 3.94 3.92 2.68 1.57 1.05 HB 45.94 12.52 4.24 2.80 5.09 6.58 1.57 2.63 SC 41.61 18.45 7.18 3.88 6.42 2.66 1.21 0.90 钢渣 40.48 0.06 0.27 0.14 0.28 17.94 9.05 6.89 矿渣 38.03 0.05 0.76 0.48 1.14 29.42 10.98 17.10 脱硫石膏 35.47 0.34 0.03 0.16 37.40 2.07 1.10 1.03 尾砂 27.04 0.06 2.17 0.63 0.91 37.66 13.57 6.53 试样 fe203 Zn0 P2Os Cr2O3 Cdo Cr203 PbO LOI GAT 0.998 0.302 0.464 0.0150 0.0028 0.0150 0.0912 14.00 L 0.595 0.436 0.329 0.0111 0.0111 0.0693 17.16 HB 1.660 0.335 0.529 0.0163 0.0163 0.0972 15.41 SC 0.612 0.562 0.280 0.0116 0.0048 0.0116 0.1090 15.78 钢渣 15.94 0.005 1.500 0.2680 0.2680 1.94 矿渣 0.297 0.026 0.0076 0.0076 0 脱硫石膏 0.332 0.006 0.023 0.0036 0.0036 21.97 尾砂 6.220 0.008 0.218 0.0033 4.60工程科学学报，第 40 卷，第 9 期 焚烧，垃圾焚烧飞灰年产量将达到约 90 万 t． 垃圾 焚烧飞灰产量近年来增长迅猛且垃圾焚烧飞灰中富 含包括镉在内的各种重金属元素，还有微量的二恶 英等有机物，被列为危险废弃物． 镉是一种剧毒的 重金属毒物，在水体沉积物中，容易发生再次迁移， 通过食物链进入人体造成危害． 镉在体内的半衰期 为 10 ～ 30 a［1］，是目前最易在人体蓄积的有毒物质， 垃圾 焚 烧 飞 灰 中 的 Cd 主 要 以 CdO、CdCl2 和 Cd( OH) 2的形式存在． 国内外对垃圾焚烧飞灰主要采取的处理方式为 稳定化后送入填埋场填埋和水泥窑协同处置［2］． 水 泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰存在飞灰用量少、不稳 定，生产水泥能耗高，排放大量 CO2等问题． 不适宜 大量处置飞灰，并且对环境影响较大． 填埋目前面 临以下问题［3］: 飞灰产量巨大，填埋场库容不足; 填 埋场投资成本高; 螯合剂长期固化效果不稳定等． 在水泥固化稳定化填埋领域，主要研究方式为: 单独 用水泥固化垃圾焚烧飞灰和在水泥中添加一种或两 种掺和料，如矿渣、粉煤灰等固化垃圾焚烧飞灰，但 始终没有摆脱对水泥的依赖． 另一方面，固化体需 要填埋场库容，没有解决与日俱增的垃圾焚烧飞灰 与填埋场库容不足的矛盾． 试验利用钢渣、矿渣、脱硫石膏和垃圾焚烧飞灰 作为胶结剂代替水泥，掺入尾砂制成矿山胶结充填 料充入地下． 既可以节约资源与成本，又可以综合 利用冶金渣和危废垃圾焚烧飞灰，达到以废治废的 目的． 固化体用做矿山胶结充填材料，可以解决填 埋场库容不足的问题，因此具有十分重要的现实价值 与意义． 试验主要讨论冶金渣--垃圾焚烧飞灰基充填 料试样的工作性能、强度性能、固镉效果和固镉机理． 1 试验原料 ( 1) 钢渣: 金泰成转炉钢渣经破碎、烘干、多道 除铁、粉磨至比表面积 400 m2 ·kg － 1 ． ( 2) 矿渣: 金泰成水淬高炉矿渣经干燥、除铁 后粉磨至比表面积 400 m2 ·kg － 1 ． 矿渣的碱性系 数为 Mo = ( w ( CaO) + w( MgO) ) / ( w ( SiO2 ) + w( Al2O3 ) ) = 1. 05 ＞ 1 属于碱性矿渣，质量系数 K = ( w( CaO) + w ( MgO) + w ( Al2 O3 ) ) /( w ( SiO2 ) + w( MnO2 ) + w ( TiO2 ) ) = 2. 13 ＞ 1. 2，符 合 国 标 GB203 ― 2008《用于水泥中的粒化高炉矿渣》中规 定的高活性矿渣． ( 3) 尾砂: 金泰成尾砂，主要成分为石英． ( 4) 水泥: P·O 42. 5 普通硅酸盐水泥． ( 5) 脱硫石膏: 金泰成石膏经烘干粉磨至比表 面积 640 m2 ·kg － 1 ． ( 6) 垃圾焚烧( MSWI) 飞灰: 选自 4 个炉排炉垃 圾 焚 烧 发 电 厂，北京高安屯垃圾焚烧发电厂 ( GAT) ，北京鲁家山垃圾焚烧发电厂( L) ，四川垃圾 焚烧发电厂( SC) ，湖北垃圾焚烧发电厂( HB) ． 各 原料的化学成分见表 1，4 种垃圾飞灰的物相组成分 析见图 1，原料重金属离子浸出质量浓度见表 2，从 表 2 中可以得出，仅有 GAT 飞灰为镉浸出质量浓度 高于饮水标准的高镉飞灰，着重对其进行机理研究． 表 1 原料主要化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the raw materials % 试样 CaO Cl Na2O K2O SO3 SiO2 MgO Al2O3 GAT 34. 96 20. 12 6. 63 4. 26 7. 97 4. 55 2. 82 2. 18 L 46. 18 15. 43 6. 26 3. 94 3. 92 2. 68 1. 57 1. 05 HB 45. 94 12. 52 4. 24 2. 80 5. 09 6. 58 1. 57 2. 63 SC 41. 61 18. 45 7. 18 3. 88 6. 42 2. 66 1. 21 0. 90 钢渣 40. 48 0. 06 0. 27 0. 14 0. 28 17. 94 9. 05 6. 89 矿渣 38. 03 0. 05 0. 76 0. 48 1. 14 29. 42 10. 98 17. 10 脱硫石膏 35. 47 0. 34 0. 03 0. 16 37. 40 2. 07 1. 10 1. 03 尾砂 27. 04 0. 06 2. 17 0. 63 0. 91 37. 66 13. 57 6. 53 试样 Fe2O3 ZnO P2O5 Cr2O3 CdO Cr2O3 PbO LOI GAT 0. 998 0. 302 0. 464 0. 0150 0. 0028 0. 0150 0. 0912 14. 00 L 0. 595 0. 436 0. 329 0. 0111 ― 0. 0111 0. 0693 17. 16 HB 1. 660 0. 335 0. 529 0. 0163 ― 0. 0163 0. 0972 15. 41 SC 0. 612 0. 562 0. 280 0. 0116 0. 0048 0. 0116 0. 1090 15. 78 钢渣 15. 94 0. 005 1. 500 0. 2680 ― 0. 2680 ― 1. 94 矿渣 0. 297 ― 0. 026 0. 0076 ― 0. 0076 ― 0 脱硫石膏 0. 332 0. 006 0. 023 0. 0036 ― 0. 0036 ― 21. 97 尾砂 6. 220 0. 008 0. 218 0. 0033 ― ― ― 4. 60 · 8201 ·