前言

笔者参与土木工程建设已数十载，无论是桥梁工程，还是道路工程，目睹了消耗以石料为代表的大量原材料。一方面石料数量和质量的要求越来越高，另一方面“绿水青山就是金山银山”的理念越来越深入人心，保护山体、减少石料开采成为生态文明的重要抓手。似乎相悖的两个走向，对现代以道路为代表的土木工程发展提出了严峻而现实的挑战。

而与此同时，城市日新月异的发展，也带来了固体废弃物数量急剧增加的后果。面对城市化的这一痼疾，2019年1月国务院办公室印发《“无废城市”建设试点工作方案》，提出了包括固体废弃物资源化在内的城市固体废弃物解决方案，将固体废弃物经过一定的处理，用于包括道路在内的工程项目，真正起到了“一举三得”的作用。

本书选择生活垃圾焚烧炉渣这一典型城市固体废弃物，它是诸多固体废弃物当中非常具有代表性的一种：第一，产生量巨大，如上海，按照目前生活垃圾焚烧厂的焚烧规模，一年产生量在100万t左右；第二，具有“城市选矿”的极佳基础，是以铁为代表的黑色金属和以铝、铜为代表的有色金属的一个重要的城市内生“矿源”；第三，含大量的重金属污染物，是研究固体废弃物环境影响的理想宿体，如果把生活垃圾焚烧飞灰也考虑在内，则对生活垃圾焚烧污染物的研究，将对其他固体废弃物有着典型而普遍的指导意义；第四，具有良好的级配和材料特性，可以作为集料使用，也可以作为补充结合料使用，具有固体废弃物作为材料使用的典型表现。

本书以作者及其团队十余年在国内外开展的大量研究为基础，结合了实际的工厂化运营与炉渣工程应用，同时也消化吸收了国外最前沿的研究成果，因此具有客观、全面的背景支撑。本书也不回避一些敏感的话题，如在矿产学方面，存在湿法选矿与干法选矿之争。如果不考虑环境成本，则湿法选矿可以获得包括贵金属在内的有色金属最大的回收率，但它对工艺水的污染与生产场地土壤的污染也不可回避，同时炉渣过细的破碎也限制了它的资源化应用场合；相对应的，干法选矿作为发展最早、研究最多的技术，如何尽可能提高这一技术的金属回收率，是目前炉渣技术研究的一个热点。一条途径是将干法技术与湿法技术结合，另一条途径则是干法排渣技术的应用，但它也带来了生产效率、臭气封闭与粉尘污染问题，可见选择什么样的工艺，并没有绝对的说法，而是需要综合考量，兼顾经济效益与社会效益。因此，对生活垃圾焚烧炉渣从矿产学、环境学、材料学方面进行的全面研究，将深刻地惠及其他固体废弃物的资源化应用，其意义重大。

在环境评估方面，炉渣在道路结构层中应用之后表现出的环境行为，是需要关注的一个主题。尽管生活垃圾焚烧炉渣在我国被归类为“一般废弃物”，但由于炉渣组成的变异性，尤其当生活垃圾与生活污水的污泥联合焚烧所产生的炉渣中，某些重金属元素存在超标的可能，因此如何对其检测与评估仍是需要进一步研究的课题。

在材料学方面，炉渣集料同时存在着对材料性能有益的连续级配、棱角形状、自黏结特性与火山灰特性等性质，也存在着“氢爆”、氧化铁膨胀、碱骨料反应、石膏膨胀等潜在不利的材料安定性问题。这些问题在炉渣集料制作成免烧砖时表现得较为明显，而在像道路基层或土路基等大体积应用方面，多年的使用经验表明，未观察到明显的不利影响。

我国生活垃圾焚烧的起步较晚。21世纪初，上海江桥、御桥建成日处理垃圾量1 000t级以上的生活垃圾焚烧发电厂，一批学者才真正开始对炉渣进行研究。对于炉渣的认识，大体经历了“补贴期”“逐利期”与“规范期”三个阶段，目前基本处于“逐利期”阶段。

生活垃圾焚烧厂成立之初，我们就引进、吸取了发达国家一百多年垃圾焚烧的技术和经验，这使得决策者对生活垃圾焚烧炉渣的规范化、高科技化运营充满期待。当时参照国外的炉渣处理补贴模式，处理炉渣，政府给予一定补贴。近二十年间，发达国家炉渣处理技术取得了很大进步，而国内大部分炉渣处理机构并未更新处理技术，且形成了一家一个做法的业态，这使得决策者对炉渣处理缺乏信心。尽管2010年9月2日发布了《生活垃圾焚烧炉渣集料》（GB/T 25032—2010），但相应的应用规程缺失，炉渣工艺改造与应用研究周期长，再加上市场上众多力量开始竞相关注炉渣处理的得利，政府对炉渣的补贴逐渐减小，直至出现了负补贴（购买炉渣），即从财政的意义上，炉渣已经不成为“废弃物”，转型为“资源”。

近十年来，炉渣已经从“补贴期”转移到了“逐利期”。这股逐利的浪潮主要来自湿法对炉渣中金属的提取。在“补贴期”时，炉渣处理主要使用了干法，将重心瞄着后端应用，而当时的干法（还没有应用涡电流）对金属的提取效率要比传统的重力分选湿法低得多。使用湿法从金属提取中获取了更大利益，但其缺陷是炉渣破碎过细，影响了炉渣作为道路材料的大面积使用（目前湿法炉渣多被用来制砖，但砖的质量缺乏监管），湿法中水的利用带来了水的处理成本（简单的沉淀池工艺，存在池周土壤污染与污泥处理问题），目前这些问题并没有真正引起重视，这无形中让社会承担了部分成本，从而需要有关机构将炉渣市场从“大乱”的现状向“大治”的发展方向引导。

我们期盼炉渣早日进入“规范期”，实现性能可预测、过程可监控、应用可增值。性能可预测，要解决原状垃圾组成与焚烧炉渣组成之间的对应关系，要搞清楚焚烧炉渣性质变异的特点与根源，从可靠度的角度把握炉渣的性质，要能粗略预测纯炉渣的强度发展；过程可监控，要利用传感器实时监测手段，掌握炉渣的含水量、老化程度以及其他敏感指标，并追踪炉渣中提取金属的品位和回收率，根据反馈数据及时做出调整；应用可增值，要进一步挖掘炉渣中有价值的组分（如非金属有价矿物的提取），并掌握稀土金属和贵金属的分布规律并利用城市选矿手段予以提取，要进一步尝试炉渣中玻璃、陶瓷、矿渣等的分离，确保分离组分更高的残余价值。边研究，边实践，边标准化，使炉渣技术发展进入一个良性循环。

炉渣的技术也远未达到完善，本书仅是对目前工作的一个总结，还有很多方面有待继续研究，如生活垃圾焚烧时炉渣的成矿过程与焚烧参数及原生垃圾组成的关系、炉渣中所含比例最高的可选组分氧化铁的矿选与资源化加工、炉渣中贵金属的矿选技术、作为附加特性的炉渣自黏结性能与火山灰性能的定量评估、炉渣湿法矿选过程中所产生污泥的资源化利用等。期待本书的出版能激发技术人员在这方面的研究热情，从而促成我国炉渣技术的持续进步。

本书在写作过程中，得到了上海兴盛路基材料有限公司、东江环保股份有限公司、常熟市畅晟环保科技发展有限公司、江苏天合嘉能再生资源有限公司等的大力支持，在此一并表示感谢。同时，阮仁勇、何昌轩、张绪国、毛协民、谈定生、孙文州、林振芬、刘栋、胡明君、冯警蓉等同事同仁从各方面对本书的撰写提供了帮助，也一并致以谢意！

过震文