晏振輝，孔旺盛

（上海市固體廢物處置有限公司 上海 201815）

0 引言

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(rèn)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。

1 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℃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（SPECTRO XEPOS）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(dǎo)電率、密度等。

采用高溫管式爐（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、SiO2、CaCl2），在管式爐中梯度加熱到1 400℃，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。

2 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、Al2O3、SiO2，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%；Al2O3的含量在7.96%～10.59%，平均為9.07%。醫(yī)廢爐渣中二氧化硅含量較高，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%，Al2O3:11%。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1 170～1 300℃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/流動溫度為1 173℃，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。

表1 實驗樣品配方及熔點

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。1 400℃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，將熔漿的粘度從8 PaS降至最低約1.4 PaS。

圖1 不同配方物料粘溫曲線

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(dāng)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(dǎo)率特性

熔體電導(dǎo)率為表征熔體導(dǎo)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(dǎo)率與電阻呈反比，是影響電熱轉(zhuǎn)化效率、熔體溫度的重要參數(shù)。不同配方熔體在1 250℃、1 300℃和1 400℃的電導(dǎo)率見圖2。

圖2 不同配方熔體不同溫度下電導(dǎo)率

醫(yī)廢爐渣熔體電導(dǎo)率在1 250℃時較低，約在0.03 s/cm，在1 300℃時升高到0.06 ～0.08 s/cm。到1 400℃時電導(dǎo)率大幅度增加，達到了0.13～0.14 s/cm。熔體電導(dǎo)率隨溫度升高而增大，與熔鹽體系中溫度與電導(dǎo)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(dǎo)率提高。醫(yī)廢爐渣熔體電導(dǎo)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(dǎo)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?fàn)t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1 600℃，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)。

表2 不同配方物料熔融失重率

圖3 添加氯化鈣的熔融失重率

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。

表3 不同配方熔融玻璃體元素含量

3 結(jié)語

（1） 醫(yī)廢焚燒爐渣熔化/流動溫度隨CaO、SiO2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，過量的氧化鈣會抑制流動性，CaO 添加量為8%時，熔體粘度最低；

（2） 添加CaO 的醫(yī)廢爐渣熔體電導(dǎo)率隨溫度升高而增大，1 400℃時電導(dǎo)率最大為0.13～0.14 s/cm；

（3） 氯化物對玻璃相含量無明顯影響，大部分揮發(fā)損失，而玻璃體中氯的含量可達2.9%。