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焚烧炉渣的存量正迅速攀升，因此，如何对其进行合理处理和资源化利用已成为一项亟待解决的研究课题。目前，关于炉渣资源化的研究多集中于将其转变为建筑材料，然而，这一过程的可行性受到了炉渣来源及其特性的制约。在资源化利用过程中，工程质量问题或环境污染现象时有发生，这些问题在一定程度上限制了炉渣的规模化应用。对垃圾焚烧后产生的炉渣进行细致深入的理化特性剖析与探索，是确保其得以有效处置和资源化利用的关键步骤。
关键词：城市生活垃圾；焚烧炉渣；特性分析
1城市生活垃圾焚烧炉渣的特性
样品采集自广州、桂林、苏州、宁波、重庆及沈阳，分别编号为1至6。这些垃圾处理设施投入使用的时间大多在最近五年内，其中广州的垃圾处理设施是最早的，自2011年起开始运营，而沈阳的设施则于2019年投入运行。尽管各垃圾处理厂的焚烧炉型号和处理能力不尽相同，但它们的焚烧温度大致一致，普遍超过850℃。不同地区的垃圾焚烧后产生的炉渣占比大体一致，这一比例大约介于垃圾焚烧总量的20%至25%之间。
1.1炉渣物理性质分析
（1）物理组成
炉渣的组成成分丰富多样，其中以熔融物、有机成分、黑色金属、有色金属以及玻璃碎屑等为主要构成部分。在本实验中，我们取用了约600克的炉渣，将其置于鼓风干燥箱内进行烘干处理，直至炉渣重量保持稳定。烘干完成后，称得干燥至恒重的炉渣重量约为500克。接下来，我们对这部分炉渣执行以下步骤：首先进行磁选，目的是从炉渣中分离出黑色金属。随后，必须手动利用摄子等设备对剩余的炉渣进行分离，根据这些炉渣中玻璃和有色金属在色泽、形态及特性等方面的差异，对玻璃碎块与有色金属进行细致的区分。完成这一步骤后，将针对剩余的熔融残渣、分离得到的有机物质、不同颜色的金属以及玻璃碎块等，进行精确的称重处理，以便准确测量每种成分的重量。显而易见，熔渣的比重最大，紧随其后的是黑色金属，然后是有色金属，而玻璃碎片和有机物的含量则是最低的。在所分析的样本里，我们发现，熔渣中含量最多的是由焚烧生活垃圾造成的，其主要成分是不易燃烧的无机物质，同时还包括了可燃物的灰烬、未完全燃烧的炭、残留的添加剂以及大量燃烧后产生的反应产物；紧随其后的是黑色金属和有色金属，它们主要由废弃的铁、铜、铝等金属构成；玻璃碎片主要来源于各种玻璃制品，比如窗户玻璃；而有机物则主要是燃烧后的塑料、木板、纸张等。
（2）微观形态
使用SEM扫描电镜对6个垃圾焚烧炉渣样品进行微观形态分析。观察图表显示，在放大1000倍的情况下，可以看到炉渣的尺寸和形态各异，其边缘通常呈现出不规则的轮廓，表面亦显得较为粗犷；当放大至5000倍（如图2b所示），炉渣颗粒的形态便显现出来，六个样品的炉渣颗粒形状各异，表面布满起伏不平的纹理，有球形、针形、棒形等不规则的晶体附着，且颗粒内部存在明显的空隙；若将炉渣颗粒放大至10000倍，仔细观察某一炉渣表面的局部细节，可以明显发现不同地区垃圾产生的炉渣存在显著差异，比如样品2和样品5的炉渣主要由针形、片形、短棒形等多种不规则晶体构成，而样品1、样品3、样品4和样品6则主要由多孔的海绵状不规则晶体构成。总体而言，生活垃圾焚烧后产生的炉渣是由众多不规则的小颗粒通过黏合作用形成的较大颗粒团块，而且这种炉渣的组成和特性因不同地区的垃圾成分和焚烧处理技术的不同而有所区别。
1.2炉渣化学性质分析
（1）热酌减率
热灼减率衡量的是焚烧后的炉渣相较于原始炉渣减轻的质量比例。根据CJJ90—2002《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》的规定，该比例需维持在3%至5%的范围内。本次实验通过马弗炉在600℃的温度下对炉渣进行了热酌减率测试，结果显示：除了样品3的生活垃圾焚烧炉渣热酌减率为3.1%之外，其他地区的焚烧炉渣热酌减率均未超过3%，这表明目前各地区的垃圾焚烧厂在焚烧过程中均较为充分，有机物的燃烧也相当彻底。
（2）浸出毒性
根据表中垃圾焚烧炉渣浸出毒性检测结果，六地区的生活垃圾焚烧炉渣浸出液毒性普遍低于GB5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的要求，被归类为一般固体废弃物；同时，与存量垃圾土相比较，除了锌的浸出含量略低外，其他重金属的浸出含量与垃圾土相仿。炉渣与存量垃圾土中锌的浸出量均偏高，这主要是由于我国垃圾分类实施效果尚不理想，导致部分电池和日常生活垃圾被混同处理。对比炉渣中重金属的浸出量与GB3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅴ类水标准以及GB5084—2005《农田灌溉水质标准》，发现仅样品6中的Cr和样品4、5中的Pb浸出量略高于标准规定的限值。因此，本研究中的生活垃圾焚烧产生的炉渣可以按照常规固体废弃物进行处理，在处理或进行资源化利用的过程中，对环境造成损害的风险相对较低。
2生活垃圾焚烧炉渣应用
2.1水泥和混凝土
炉渣在水泥生产中的应用研究已得到广泛开展，然而，为了确保水泥和熟料的质量以及环境保护的安全，必须采取适当的处理措施。鉴于炉渣与水泥的成分相近，主要由硅酸、钙和铝构成，结合科学的制作工艺，能够生产出高质量的硅酸盐水泥。利用炉渣替代水泥原料，实现这一目标具有很高的可行性。炉渣的水力性能与其碱度密切相关，碱度水平上升，其水力性能亦随之增强。在众多研究提出的指标中，CaO/SiO2的比值被认定为一种简便的碱度衡量标准，且该比值需超过1。此外，钙含量较高的炉渣与水泥的水化胶凝反应具有相似性，这表明炉渣在替代传统骨料方面具有巨大的应用潜力。混凝土的强度与耐久性受到炉渣的物理及化学特性所制约，垃圾原料的选用决定了炉渣的化学成分，而冷却工艺则影响着炉渣的物理结构。当渣碱度和玻璃相达到较高水平时，混凝土的性能更为卓越。在使用炉渣之前，必须对其进行脱水、干燥以及研磨等处理，同时，炉渣的胶凝性反应速度会随着其细度的减小而提升。实验研究显示，通过调整炉渣的颗粒大小分布，可以得出在混凝土中加入细微的炉渣颗粒有助于减少波特兰水泥的能耗；具体来说，以2至8毫米粒径的炉渣制成的混凝土，其整体性能优于使用8至16毫米粒径炉渣制成的混凝土。在将炉渣应用于混凝土的过程中，通常会对炉渣进行活性激发处理。
2.2陶瓷与玻璃
陶瓷属于非均质材料，主要由天然原料混合而成，这一特性意味着这些原料可以被各种类型的废料所替代。据研究，大量经过处理的炉渣能够用作陶瓷原料，生产出的陶瓷产品性能优良。生活垃圾焚烧产生的炉渣中含有较高的SiO2、AL2O3和CaO，这些成分足以替代粘土用于陶瓷的生产。较高温度（超过1000℃）有利于提高炉渣在陶瓷基体中的有效混合，同时，活性较高的重金属在炉渣中能加速烧结反应。使用炉渣作为添加剂，能有效降低烧结所需的温度，从而节省能源。此外，通过这种方式制成的产品通常不会产生有害物质的浸出。研究运用“混合微波烧结”技术，将炉渣（掺量高达55wt%）加工成陶瓷砖。通过微波热处理制备的陶瓷材料，在5分钟、900℃的热处理条件下，其样品参数即可满足相关标准要求。炉渣玻璃化作为一种引人注目的废物资源化途径，能有效分解有害有机物，稳定重金属，并降低固体废物的使用量。炉渣中Si02含量较高，且呈现玻璃状网络结构，这一特性显示了将其转化为玻璃材料的可行性。通过使用CaO、K20等物质作为主要助熔剂，并在高温条件下采用常规的熔融淬火工艺对炉渣进行处理，待其达到适宜的粘度后倒入模具，经过冷却，最终制得表面光滑、颜色均匀的黑色玻璃。该玻璃在水中及碱性溶液中展现出优异的化学稳定性，同时兼具出色的机械性能和化学性能，因而适用于建筑材料领域，诸如用作墙体和屋面板等。利用垃圾焚烧灰渣制造玻璃的效率高达约90%，显著减少了生产成本。
2.3道路路基
修建道路过程中，必须大量采购各种建材。为了增强环保观念，我们应当努力降低材料消耗。其中，炉渣可作为柔性路面基层及底基层的建材。相较于传统的碎石，炉渣作为一种高致密度的替代品，展现出卓越的性能。采用炉渣替代原材料作为路基基础材料时，无需额外能源或物料的投入，唯一的差异在于，炉渣从产地到施工现场的运输路程比天然材料更长。这一做法显著降低了垃圾焚烧厂对炉渣处理的需求量，同时减少了天然材料的消耗。
2.4垃圾填埋场覆盖材料
堆填区配备了适当的环境保护措施，其中尤为突出的是采用了先进的渗滤液回收技术，这样能够有效降低炉渣中重金属对人类健康的潜在危害。综合考量各种因素，炉渣作为垃圾填埋场的覆盖材料，无疑是一个十分理想的选择。
