醫(yī)療廢物焚燒爐渣熔融特征分析

1、醫(yī)療廢物焚燒爐渣熔融特征分析醫(yī)療廢物高溫焚燒是醫(yī)廢處理領(lǐng)域的主流技術(shù)，焚燒將產(chǎn)生 2%3%飛灰和 20%25%爐渣。醫(yī)廢焚燒爐渣不屬于危險廢物，具有資 源化前景，焚燒飛灰含有重金屬、二噁英類等，屬于危險廢物，一般 采用安全填埋場填埋；醫(yī)廢焚燒灰渣資源化利用是亟待解決和制約環(huán) 保產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的難點1。焚燒灰渣熔融玻璃化技術(shù)被認為是處理 焚燒灰渣最為有效和徹底的途徑。胡明等通過改變添加劑含量和熔融 溫度，研究添加劑對危廢灰渣等離子熔融重金屬固化率的影響2；研 究添加劑配方、熔體冷卻方式、飛灰預(yù)處理等對生活垃圾飛灰熔融玻 璃化的影響3。張楚等利用高溫管式爐對生活垃圾焚燒飛灰在高溫下 的物質(zhì)遷移和熔

2、融玻璃體的浸出開展研究4。然而，針對醫(yī)廢焚燒灰 渣的形成特征性研究鮮有報道。本研究針對醫(yī)廢焚燒爐渣，采用不同 添加劑配方，探索物料熔融特性，為醫(yī)廢焚燒爐渣熔融工程化應(yīng)用提 供數(shù)據(jù)支持。實驗與方法1.1 實驗材料醫(yī)廢焚燒爐渣樣品取自上海市固體廢物處置有限公司 3#醫(yī)廢焚 燒線，樣品先在105惻溫度烘干3h,再經(jīng)行星球磨機磨粉，球磨罐和 耐磨球為碳化鎢材質(zhì)，磨粉后的物料用于試驗研究。1.2 實驗方法物料成分采用臺式X熒光光譜儀(SPECTROXEPOS)分析。采用 灰熔點測試儀(HR-8)檢測混料及爐渣原樣熔點。采用熔體物性測定 儀(RTW-2010)檢測不同配方熔體粘度、導電率、密度等。采用高

3、溫管式爐(GSL-1600X)開展醫(yī)廢焚燒爐渣熔融實驗。稱取一定量醫(yī) 廢爐渣置于剛玉坩堝中，添加不同比例的添加劑(CaO、Si02、CaCl2), 在管式爐中梯度加熱到14000,持續(xù)3h,加熱完成后迅速從管式爐中 取出在空氣中冷卻，對比熔融前后物料變化。結(jié)果與討論2.1 醫(yī)廢爐渣主要成分分析玻璃體的主要成分為CaO、AI2O3、Si02,取不同時期的10組醫(yī) 廢爐渣樣品進行成分分析, SiO2 含量在 27.58%48.36%,平均為 40.04%；CaO 含量在 17.42%23.73%,平均為 20.15%；AI2O3 的含量 在 7.96%10.59%,平均為 9.07%。醫(yī)廢爐渣中二

4、氧化硅含量較高,這 主要是由于醫(yī)療廢物中有大量的玻璃物品進入醫(yī)廢焚燒爐,這與安春 國的研究結(jié)果一致5。取其中 1 組物料,成分檢測結(jié)果為 SiO2:45%, CaO:15%, AI2O3:11%。按照熔融后理想狀態(tài)只有二氧化硅、氧化鈣、 氧化鋁三種成分,則其三元含量分別為 63%, 22%, 15%,從三元相圖中看,其熔融溫度區(qū)間在 117013000內(nèi)。2.2 熔化/流動溫度變化S1為爐渣原樣，S2-S5分別為添加3%、5%、8%、10%的氧化鈣，S6-S8 分別為添加 3%、 10%、 15%的二氧化硅。不同添加劑的醫(yī)廢爐 渣三元相含量及物料熔點如表 1 所示。醫(yī)廢焚燒爐渣熔化/流動溫度

5、為11730,低于生活垃圾焚燒飛灰6,接近于三元相圖中的最低溫度。 隨著氧化鈣添加量增加，熔化/流動溫度呈先降后升的趨勢，與生活 垃圾焚燒飛灰7、煤灰8流動溫度變化趨勢一致。氧化鈣添加量為 8%時熔化/流動溫度最低。熔化/流動溫度與二氧化硅添加量的關(guān)系也 是出現(xiàn)先降后升的趨勢，與高鈣飛灰中添加石英熔融流動溫度趨勢一 致9。二氧化硅添加量為 10%時熔化/流動溫度最低。2.3 熔體粘度特性 粘度為熔體流動性的表征，一般溫度越高，粘度越低，流動性越 好。不同配方的醫(yī)廢焚燒爐渣粘度-溫度曲線見圖 1，粘度隨溫度升高 而降低。 14000時，添加 8%CaO 對于醫(yī)廢爐渣熔體粘度的降低有顯著 的作用，

6、將熔漿的粘度從8PaS降至最低約1.4PaS。添加二氧化硅對 熔體粘度無明顯影響；添加氧化鈣顯著降低熔體粘度，提高流動性， 且流動性改善效果隨氧化鈣添加量增加呈先增后減的趨勢。在爐渣堿 度較低的情況下，堿性氧化物的促進爐渣中硅酸聚合體解聚，降低爐 渣粘度；而當堿度達到一定值后，爐渣粘度則由于高熔點物質(zhì)增加而 增加10。本研究中氧化鈣添加量為 8%時熔體粘度最小，流動性最好， 過量的氧化鈣會抑制流動性，影響熔體出渣效率。2.4 熔體電導率特性熔體電導率為表征熔體導電性能的參數(shù)，多被用于熔鹽電解。電 阻熔融爐通過電極通電與熔體形成回路，利用電阻熱熔融物料。熔體 電導率與電阻呈反比，是影響電熱轉(zhuǎn)化效

7、率、熔體溫度的重要參數(shù)。 不同配方熔體在1250惻、1300惻和1400惻的電導率見圖2。醫(yī)廢爐渣熔 體電導率在 1250惻時較低，約在 0.03s/cm，在 1300惻時升高到 0.060.08s/cm。到1400惻時電導率大幅度增加，達到了 0.130.14s/cm。 熔體電導率隨溫度升高而增大，與熔鹽體系中溫度與電導率正向線性 關(guān)系一致11。溫度升高熔體粘度降低，電子移動受阻減小，電導率 提高。醫(yī)廢爐渣熔體電導率隨氧化鈣添加量增加而提高，熔融狀態(tài)下， 氧化鈣分解為帶電離子，受施加電壓影響定向移動，提高電導率。2.5 玻璃體失重率表2表示添加不同比例的SiO2和CaO的醫(yī)療廢物焚燒濾渣，熔

8、 融后的失重情況。由 1#和 2#可知添加氧化鈣可促進熔融失重，可能 原因為氧化鈣降低熔點，使爐渣中部分物質(zhì)更易于揮發(fā)。由1#和 3#、 2#和 4#可知，添加二氧化硅可減少熔融失重，二氧化硅熔融狀態(tài)易形成晶格，晶格穩(wěn)定重金屬離子，抑制物質(zhì)的揮發(fā)。2.6 氯鹽添加對熔融效果的影響為了探究醫(yī)療廢物熔融過程中氯鹽揮發(fā)產(chǎn)生的影響，不同比例的 氯鹽加入至物料中，玻璃體失重情況如圖3 所示。熔體失重率與氯化 鈣添加量呈正比。氯化鈣沸點為16000,但由于氧化鈣的存在會降低 爐渣其它成分的沸點，使得大部分氯化鹽大部分揮發(fā)。熔融后玻璃化 產(chǎn)物玻璃相含量結(jié)果表3 所示。隨氯化鈣的添加量增加，而熔融玻璃 體中氯含量也隨之增加，在投加 20%氯化鈣時，形成的玻璃體中氯的 含量可達 2.9%。因大部分氯化物揮發(fā)，氯鹽添加的對玻璃體的形成 無較大影響，玻璃體含量均在 99%以上。結(jié)語（1）醫(yī)廢焚燒爐渣熔化/流動溫度隨CaO、Si02添加量增加均呈 先降后升的趨勢，最適添加量分別為8%和10%；添加CaO能降低醫(yī) 廢焚燒爐渣熔體粘度，過