2.4　生活垃圾焚烧炉渣老化过程中的矿物学变化

2.4　生活垃圾焚烧炉渣老化过程中的矿物学变化

生活垃圾焚烧炉渣主要由亚稳态的固体组成。老化时，这些固体转换为自然出产的次生矿物。已经证明，老化强烈影响着炉渣中主要元素和痕量元素的浸出。总体来说，炉渣中的老化反应类似于碱性土壤和火山灰以及玄武岩中观察到的风化过程。

已经确认老化的三个主要阶段，每一阶段都拥有其特征的pH值，并很大程度上受到Ca矿物和CO2分压的控制。图2-7示出了，以pH值为函数，在液固比5下，三类炉渣（A型，未老化炉渣；B型，新鲜水淬/未碳化炉渣；C型，碳化炉渣）中总的溶解Ca以及假设不同矿物相平衡由MINTEQA2软件得到的预测值（线型表明实施模拟的炉渣类别：短虚线A型、实线B型、长虚线C型）。下面讨论三个老化阶段的重要特点。

1）未老化炉渣，pH值＞12

这一阶段代表着干燥炉渣首次与水接触时发生的最初蚀变过程，也就是在水淬池中。反应包括Ca、Al、Na、K氧化物的水解，这些主要阳离子氢氧化物和盐的溶解/沉淀。所得到的炉渣，pH值强碱性，受氢氧钙石［Ca（OH）2］溶解度的控制。

2）水淬/未碳化炉渣，pH值10～10.5

这一阶段的炉渣，由于钙矾石［Ca6Al2（SO4）3（OH）12·26H2O］、水铝矿［Al（OH）3］、石膏（CaSO4·2H2 O）的生成，pH值降低到10～10.5。三种矿物共存时，不再有自由度，pH值被固定在10。由于持续的水解，次生矿物如无定形的Fe/Al氢氧化物、水合铝硅酸盐，还可能有沸石，开始沉淀，可溶盐随渗透水快速浸出。残余有机物的生物降解，还原矿物相的溶解，可造成还原性的环境。

3）碳化炉渣，pH值8～8.5

第三阶段，由于CO2的吸收以及随后方解石（CaCO3）的沉淀，炉渣pH值进一步降到8～8.5的平衡值。这一碳化所需的CO2，可由大气渗入，或来自有机残余物的生物降解。Fe/Al氢氧化物和水合铝硅酸盐的新成继续。与火山灰的风化类似，这些水合铝硅酸盐是玻璃向黏土矿物转换的中间反应产物。2∶1的黏土矿物伊利土，似乎是炉渣中玻璃风化的最终产物。

老化被证明对炉渣中痕量元素的浸出有显著影响。C型碳化炉渣中Cd、Pb、Cu、Zn、Mo的浸出，总体上显著低于更为新鲜的炉渣。一个潜在的重要机制是痕量元素向新成（无定形）Fe/Al矿物上的吸附。炉渣pH值从大于10向8～8.5的中和，痕量元素不太可溶的次生矿物的生成，也促使浸出降低。老化炉渣中痕量元素较低的浸出，似乎不是主要由堆放期间这些元素从残余物中的先期释放造成的。

在这三个阶段中，已经通过光谱分析，识别了基质中相关的矿物物种，如表2-6所示。