北方工业大学耿超：一种环境友好的新型飞灰处理技术

垃圾飞灰是生活垃圾在进行焚烧处理过程中，高温烟气通过烟气净化系统进行收集与处理之后所产生的残留物，这些残留物因含有有害成分而被归属为《国家危险废物名录》明确的危险废物，管理处置不当将造成次生环境污染和健康影响。

飞灰资源化处置是必然趋势，但目前其无害化处置与资源化利用仍面临不少难题。

在2023年12月线上举办的2023视环会-秋季展的高峰论坛上，来自北方工业大学的副教授耿超带来了题为《生活垃圾焚烧飞灰新型处理技术》的演讲。

耿教授介绍了生活垃圾焚烧飞灰的特性及主要处理技术，并详细讲解了新型生活垃圾焚烧飞灰处理技术——飞灰-赤泥共还原工艺。

据耿教授介绍，由于焚烧已经代替填埋成为城市生活垃圾的主要处理方式，因此飞灰的产生量也达到了1500万吨/年。飞灰具有高碱、重金属含量高、二噁英含量高等特性。目前飞灰处理主要技术路径包括固化/稳定化+填埋处置、飞灰水泥窑协同处置、建材化利用等。

灰水泥窑协同处置工艺目前应用较为广泛，但水泥窑协同处置工艺需新增大量设备，水泥窑煅烧、水洗脱盐、化学沉淀、蒸发结晶碳排放量大；同时，飞灰处理量仅占水泥窑生产规模的1-3%，但是对水泥产品重金属总量贡献巨大，并存在Hg排放超标风险；蒸发制取的工业盐按照衍生规则仍为危险废物，利用价值低；重金属大部分存留在水泥中，产品寿命终结后仍然存在废物的处置及利用问题。

此外，耿教授介绍，飞灰熔融玻璃化被认为是一种减容效果显著、无害化彻底的较为理想的工艺，重金属可被固定在玻璃结构中，二噁英被高温分解，玻璃体可以做建材化产品。但同时，熔融处理飞灰的过程需要在1400-1600℃，能耗高、碳排放量大，熔融1500℃处理一吨垃圾焚烧飞灰碳排放1190kg，且高温下飞灰中的高氯对设备腐蚀性较大。

经过分析，耿教授认为，目前亟需开发环境友好、资源化程度高的新型飞灰处理技术。随后，耿教授详细介绍了飞灰-赤泥共还原工艺。

赤泥是制铝工业提取Al2O3排出的工业固废，随着我国电解铝、电子、机械等行业的快速发展，市场对金属铝的需求量增大，赤泥产生量也随之递增，2022年赤泥产生量超1亿吨，综合利用率仅为8%，累计堆存量超多8亿吨，因此亟须开发高效清洁的赤泥综合利用技术。

耿教授介绍，飞灰和赤泥具有一定的互补性，在SiO2-Al2O3-CaO的矿物体系中，为高钙低硅铝体系（红色区域），赤泥为低钙高硅铝体系（黄色区域），飞灰赤泥在硅酸盐元素体系上呈现较好的互补性，为高温造渣提供条件（绿色区域）。

飞灰中的碳、钙、重金属组分和赤泥中的铁、硅、铝组分对共还原体系的协同增效效应，实现飞灰和赤泥中重金属的定向回收和玻璃材料的高效转化。

飞灰与赤泥经过共还原工艺，可生成铁合金（亲铁重金属）及玻璃材料。铁合金产品较为纯净，表面无其它的杂质，满足耐候钢原料要求；而生成的玻璃材料质地均匀，具有玻璃光泽，xrd为玻璃结构，同时，留在玻璃材料中的重金属得到有效的固定。

生成的玻璃材料作为一般固废处理，可作为处置场导气层或导排层替代材料用途等地下材料使用，也可作为路基材料、混凝土骨料、掺合料或者水泥混合材料等建筑材料使用，毒性浸出结果均满足生活垃圾填埋场污染控制标准（GB 16889-2007）等相关标准。

耿教授介绍，玻璃材料的粒度分布比矿渣更接近水泥，性能与高炉矿渣相似，在碱激发下表现很好的胶凝性可代替矿渣作为波特兰水泥生产原料；根据热重确定核化、晶化和熔融阶段，制备得到了以钙铝黄长石为主的微晶玻璃，微晶玻璃各项性能良好，满足相关标准要求。