大宗固废---如果将飞灰与煤矸石协同，水洗？煅烧？地聚物？固废基胶凝材料？

大宗固废---如果将飞灰与煤矸石协同，水洗？煅烧？地聚物？固废基胶凝材料？

假设将生活垃圾焚烧飞灰与煤矸石协同制造陶粒，如果在实践中可行，那么这将是是一项具有潜力的危险废物与一般固体废物协同资源化的技术。下面我们来进行简要的技术、工艺和经济的可行性分析。

一、技术可行性分析

生活垃圾焚烧飞灰因其含有可溶盐和重金属，在被纳入资源化利用前，通常需要经过稳定化处理。而煤矸石则富含硅、铝等成分，是生产陶粒的天然骨料。

当两者结合时，煤矸石可以在高温下形成稳定的硅铝酸盐网络，有效地包裹甚至固化飞灰中的重金属，从而大大降低其浸出毒性。同时，飞灰中富含的碱金属氧化物有时能起到助熔剂的作用，有助于降低整体的烧结温度。研究表明，在严格的工艺控制下，利用飞灰和各类固废制备高性能陶粒在技术上是完全可行的。

二、核心工艺路线

要实现飞灰与煤矸石的协同利用，采用“预处理→配料混合→造粒与预热→高温烧结→冷却成品”的主体工艺路线，其中高温烧结是关键。

1.飞灰预处理：

这是保证最终产品环境安全的首要步骤。飞灰需要通过水洗脱氯去除大部分可溶盐（主要是氯化物）。水洗后的飞灰经过压滤脱水，形成的滤饼需进行固化稳定化处理，以初步固定重金属。

2.原料配合与混合：

将预处理后的飞灰与经破碎、粉磨的煤矸石进行混合。考虑到飞灰的掺量会对陶粒的孔隙率和强度产生显著影响，初始配比中飞灰的掺入比例控制在20%至30%之间。还可以掺入少量造孔剂（如碳黑）或助熔剂来调控陶粒的性能。

3.造粒与预热：

混合均匀的物料通过圆盘造粒机等设备制成生料球。随后，料球需要进入预热装置，在500至600摄氏度的温度下进行预热。此步骤能有效去除结合水并避免后续高温烧结时料球炸裂。

4.高温烧结：

这是整个工艺的核心环节。采用瀑落式回转窑进行烧结。这种窑炉能使料球在窑内充分翻滚、混合，受热均匀，最终烧结成性能稳定的陶粒。烧结温度需精确控制在1150至1250摄氏度的范围内。足够的温度和充足的烧结时间能确保重金属被有效固化。物料在高温区的停留时间通常需要20至40分钟。

5.冷却与成品：

烧结后的高温陶粒需要经过分段式冷却（急冷与缓冷相结合）以获得最佳的强度。冷却后的产品经筛分后，即可按不同品级待售。

三、经济可行性分析

飞灰：假设有1000元/吨的处置费收入

煤矸石： 假设其成本极低，我们按50元/吨计算。

目标产品： 飞灰与煤矸石协同制备的陶粒。

以下测算是基于一系列假设的初步模型，旨在展示大致的盈亏方向。

1. 成本构成（以生产1吨陶粒产品为基准）

假设生产1吨陶粒需要消耗约0.3吨飞灰和0.7吨煤矸石。

（1）原料成本：

煤矸石成本：0.7吨 × 50元/吨 =35元

飞灰成本：0元（因为它是带来收入的废弃物）

小计：35元

（2）预处理与固化成本：

飞灰水洗、稳定化等处理成本较高，估计为250元/吨飞灰。

折算到每吨陶粒：0.3吨 × 250元/吨 =75元

（3）能耗与人工成本：

破碎、造粒、烧结（这是能耗大头）等过程，估算为150元/吨产品。

（4）设备折旧与维护成本：

估算为100元/吨产品。

（5）综合总成本：

35元（原料）+75元（预处理）+150元（能耗人工）+100元（折旧维护）=360元/吨陶粒

2.收益构成（以生产1吨陶粒产品为基准）

（1）飞灰处置费收入：

这是收入的主要部分。处理了0.3吨飞灰，收入为：0.3吨×1000元/吨=300元

（2）陶粒销售收入：

根据市场行情，普通建材用陶粒价格约为80-150元/立方米。

我们取一个中间值，假设陶粒堆积密度为0.9吨/立方米，则每吨陶粒约为1.1立方米。按130元/立方米计算，则每吨陶粒售价为：1.1立方米×130元/立方米≈140元。

如果能生产用于水处理等高附加值陶粒，价格可跃升至400-600元/吨甚至更高。此处我们暂按普通建材陶粒计算。

（3）综合总收入：

300元（处置费）+140元（陶粒销售）=440元/吨陶粒

3.盈利分析

毛利计算：440元（总收入）-360元（总成本）=+80元/吨陶粒

在这个粗糙的测算模型下，似乎具备盈利潜力。每生产一吨陶粒，约有80元的毛利空间。然而，这80元的利润空间是很脆弱的，易受以下因素影响：

（1）处置费收入的稳定性是关键中的关键：必须与垃圾焚烧厂等产废单位签订长期、稳定的处置协议，并确保1000元/吨或更高的收费水平能够持续。

（2）全力控制预处理成本：飞灰水洗和稳定化的成本（假设的250元/吨）是最大的可变成本。优化水洗工艺、降低药剂和能耗，能直接提升利润。

4.最大化陶粒产品价值：

（1）开拓高附加值市场：将产品定位为水处理生物陶粒、园林绿化无土栽培基质或轻质高强混凝土骨料，其售价远高于普通回填陶粒。若陶粒售价能提升至250元/吨（相当于约227元/立方米），总毛利将显著增加。

（2）利用政策支持：利用固废资源化产品可能享有的税收减免、绿色建材认证等优势，提升市场竞争力。

5.规模化与能源优化：

项目必须达到合理规模（如年产10万吨以上）以摊薄固定成本。

在烧结环节，必须配套余热回收系统，利用窑炉烟气和产品冷却的余热来预热生料球和干燥物料，能大幅降低外部能源消耗，这对控制那150元/吨的能耗成本至关重要。

三、那是不是就可以得到以下结论？

在每吨飞灰收取1000元处置费的前提下，煤矸石与飞灰协同制备陶粒的项目在经济上是可行且有盈利前景的。

项目的成功不再依赖于陶粒销售，而是转变为“以废治废”的环保服务与资源化产品销售相结合的模式。

1.如果仅仅是这样，那就好了！但是，水洗飞灰副产物的废水治理成本是一个至关重要的环节，在之前的简化估算中未能充分展开，这个环节的成本和复杂性可能远超初步想象，甚至可能成为项目可行性的决定性因素。

对此，咱们更深入的分析一下：水洗飞灰的完整成本链条

水洗飞灰的目的主要是脱除可溶性的氯盐（如氯化钠、氯化钾）和部分重金属，以满足后续烧结工段的进料要求和最终产品的环保标准。这个过程会产生大量的高盐、高重金属废水，其处理成本极高。

2.一个完整的水洗飞灰成本链条应包括：

（1）. 水洗本身与固液分离：

 包括水洗罐、搅拌、泵送以及压滤机等设备的运行和维护成本。这部分相对较低。

（2）. 废水处理（核心成本所在）：

预处理：需要去除废水中的悬浮物和残留的重金属，可能需要添加絮凝剂和硫化物等药剂，使其形成沉淀物（一种新的危险废物）。

核心处理-脱盐：这是成本最高的环节。因为废水中主要成分是高浓度的氯盐，不能直接排放，必须进行深度处理。主流且可靠的工艺是蒸发结晶或MVR机械式蒸汽再压缩。

过程：通过加热蒸发水分，将水中的氯盐结晶析出。

高昂的成本：蒸发过程需要消耗大量的热能或电能，设备投资和运行维护费用非常昂贵。这部分成本是水洗工艺经济性的主要挑战。

副产品：蒸发结晶后会产生杂盐（混合盐）。这种杂盐由于成分复杂，通常仍被认定为危险废物，需要交由有资质的单位进行安全处置，而这会产生一笔可观的处置费。

（3）.新危废的处置成本：

废水处理过程中产生的重金属污泥和蒸发结晶产生的杂盐，都属于危险废物。它们的委外处置费用通常高达数千元一吨，这构成了水洗飞灰的二次成本。

让我们重新审视之前的测算模型，将废水治理和新危废处置成本更现实地考虑进去。

原先估算的水洗预处理成本：250元/吨飞灰

修正后的水洗及后续处理成本估算：

考虑到完整的废水处理系统（蒸发结晶）的能耗、药剂、维护以及杂盐和污泥的处置费用，一个更贴近现实的估算可能在600-1200元/吨飞灰之间，具体取决于技术路线、设备规模和所在地的环保要求。

取一个中间值900元/吨飞灰进行重新计算：

综合总成本（修正后）：

原料成本（煤矸石）：35元/吨陶粒

飞灰深度处理成本：0.3吨飞灰×900元/吨=270元/吨陶粒（此前为75元）

能耗与人工：150元/吨陶粒

设备折旧与维护：100元/吨陶粒

新综合总成本：35+270 +150+100=555元/吨陶粒

盈利分析（修正后）：

总收入：440元/吨陶粒（300元处置费+140元陶粒销售）

毛利：440元-555元=-115元/吨陶粒

正如修正后的测算所示，一旦将废水处理的真实全成本纳入考量，项目从“具备盈利潜力”立刻转变为“明确亏损”。这凸显了水洗飞灰路径的巨大经济风险。

四、基于此，重新评估技术路线就成为了必要：鉴于水洗路径的高成本和复杂性，必须优先探索非水洗或低水洗的替代技术路线。

能否采用干法稳定化/固化技术（通过药剂粘结，不进行水洗），或者探索低温烧结/熔融固化等能够直接处理原状飞灰的工艺，从源头避免废水的产生。

如果必须采用水洗路线：

寻求规模化与协同处置：将水洗车间建在大型工业园区，与园区已有的污水处理厂或蒸发塘协同，可能摊薄成本。

探索杂盐资源化：如果能通过先进技术（如分质结晶）将杂盐分离提纯为有销路的工业盐，将能抵消处理成本，但这技术门槛和市场风险极高。

在1000元/吨的飞灰处置费收入下，传统的水洗-烧结技术路径大概率在经济上是不成立的。

那如果跳过水洗预处理，直接通过配料和高温烧结来协同处置飞灰，是否可行呢？

1.不水洗，通过调节飞灰与煤矸石的比例，是否可以？

可行性：

从物理上是可行的，将原状飞灰与煤矸石、以及其他可能的添加剂（如粘土、硅藻土等）直接混合、造粒、烧结。

核心挑战与风险：

飞灰中高含量的可溶性氯盐（主要是氯化钠、氯化钾）是首要问题。在高温烧结时，氯化物直接带来以下问题：

严重腐蚀设备：氯离子在高温下会气化，与窑炉的耐火材料及金属部件发生反应，导致窑炉内衬快速损坏，大大缩短设备寿命，维修成本极高。

影响烧结过程与产品性能：氯盐会作为强助熔剂，显著降低物料的共熔点，可能导致陶粒在过低温度下过度软化、粘结（结窑），或反而因过早玻璃化而阻碍气体逸出，影响膨胀。同时，氯盐会包裹在陶粒表面，形成“白霜”（析晶），严重影响产品外观和耐久性。

配料比例的局限：试图单纯通过增加煤矸石比例来“稀释”飞灰的氯含量，效果有限。为了将总氯含量控制在窑炉和产品能承受的范围内（例如低于1-2%），飞灰的掺混比例可能会被压得非常低（例如<10%），这严重削弱了项目的处置能力和经济性。

2.是否可以消解可溶性盐的危害？

可以，但并非“消除”，而是“转化”和“转移”。

高温烧结确实能分解和破坏氯盐的晶体结构。但是，这些氯元素本身并不会消失。它们主要有以下几种去向：

气相逸出：大部分氯会在高温下以氯化氢（HCl）气体或氯盐蒸气的形式进入烟气。

固化在陶粒玻璃相中：一小部分可能被固定在陶粒的硅铝酸盐玻璃体网络中。

因此，可溶性盐的危害从固体飞灰转移到了烟气治理系统，对后续废气处理提出了极其严格的要求。

3.是否可以通过煅烧产物固化其中的重金属？

可以，这正是高温烧结技术的核心优势之一。

在达到适当的温度（通常高于1000°C）并保持足够时间后，煤矸石中的硅、铝、铁等组分与飞灰熔融，形成一种致密的、玻璃态的物质（玻璃相）。这个过程能有效地将重金属粒子（如铅、镉、锌、铜等）物理包裹在这种稳定的网络结构中，或者通过化学反应形成稳定的结晶相。

最终结果是，重金属的浸出毒性被大幅降低。只要烧结工艺控制得当，最终的陶粒产品通常能够通过重金属浸出毒性测试，满足作为建材或路基材料的环保要求。

4.是否可以消除二噁英的威胁？

可以，高温烧结是彻底分解二噁英的最可靠方法之一。

二噁英类物质的热稳定性很差。

彻底分解：在850°C以上的温度下，只需2秒钟，就能将绝大部分二噁英完全分解为二氧化碳、水和小分子气体。

防止再合成：关键在于，必须对烧结后产生的高温烟气进行快速冷却（急冷），使其迅速越过300°C至500°C这个二噁英容易重新合成的温度区间。这样就能有效防止在烟气降温过程中二噁英的二次生成。

因此，一个配备了完善急冷系统的烧结工艺，不仅能够彻底摧毁飞灰中原有的二噁英，还能确保烟气排放达标。

综合来看，“不水洗直接烧结”在技术原理上能够解决可溶性盐的转化、重金属的固化和二噁英的分解问题，但代价是将处理难点从“废水”转移到了“废气和设备腐蚀”上。

这条技术路径的可行性，完全取决于能否承受和解决以下问题：

高昂的烟气净化成本：必须投资建设强大的烟气处理系统，专门用于高效脱除酸性气体（如HCl）和可能挥发的重金属。

严苛的设备维护：必须选用高等级耐氯腐蚀的耐火材料，并做好设备频繁检修和更换的准备。

受限的处置能力：飞灰的掺混比例会受到严格限制，影响项目的处置规模。

总而言之，这是一条“硬碰硬”的技术路线，它避免了水洗的麻烦，但直面了高温腐蚀和废气处理的挑战。其经济性需要在全新的成本框架下重新评估。

看来，这条路线很难很难！

五、那么能否借助当前固废资源化领域一个前沿且极具潜力的方向——地质聚合物技术？

这是一条理论上能够同时解决飞灰和煤矸石处置问题的更具成本效益的路径。

下面将解析这条技术路线的原理、可行性、关键要点及市场前景。

地聚物技术处理固废的核心原理

地质聚合物是一种由富含硅、铝的固体原料（如煤矸石、飞灰）在强碱激发剂（如氢氧化钠、水玻璃）作用下，通过溶解、重构和凝结硬化形成的三维网状结构的无机聚合物。其过程类似于岩石的形成，故得名。

?核心反应：它不需要像水泥那样经历“两磨一烧”的熟料煅烧过程，而是在常温或低温（<100°C）养护下，通过化学反应将固体颗粒溶解并重新连接成坚固的立体网络，将固废“缝合”成一个整体。

?固化机制：在此三维网络中，重金属等有害物质被物理包裹（微观囚禁）和化学键合（形成稳定化合物），从而被稳定固化，显著降低其浸出风险。

针对飞灰与煤矸石协同处理的可行性分析

1.能否不煅烧？

完全可以。这正是地聚物技术最大的优势之一。它避免了上千度的高温烧结，能耗和设备投资大幅降低。

2.能否消解可溶性盐与固化重金属？

?可溶性盐（氯盐）：这是地聚物路线相对于烧结路线的一个主要挑战。飞灰中的高含量氯盐会严重干扰地聚反应过程：

阻碍凝结：氯离子会与激发剂发生副反应，影响硅铝酸盐网络结构的形成，导致材料凝结时间异常、强度发展不足甚至不硬化。

引发泛霜：未参与反应的氯盐会随水分迁移至制品表面，干燥后形成白色“盐霜”，影响美观并可能引发后期膨胀。

  对策：要实现飞灰的高掺量，低程度的预处理（如少量水洗降低氯含量）或开发耐氯盐的特种激发剂可能是必要的考虑方向。

?重金属固化：地聚物是高效的重金属固化剂。其三维无定形网络结构能非常好地将重金属离子包裹固定。大量研究表明，合格制备的地聚合物制品，其重金属浸出浓度远低于安全标准。

3.能否消除二噁英？

不能直接分解，但能实现稳定封存。

地聚物反应是常温过程，无法像高温那样化学分解二噁英。然而，地聚物形成致密的微观结构，能对飞灰中残存的二噁英颗粒产生强大的物理包裹作用，极大地阻隔其与外界环境的接触，防止其浸出和迁移，从而降低其环境风险。

六、技术路线关键要点与市场销路

1.核心工艺路线

?原料预处理与配比优化：这是成功的基石。

煤矸石：需要被磨细至一定粒度，以增加其反应活性。理想情况下，可对其进行低温煅烧（~700°C）以破坏晶体结构，转变为具有高反应活性的无定形偏高岭土，但这会增加成本和能耗。直接使用原状磨细煤矸石也是方向，但活性较低。

?飞灰：需评估其氯含量，决定是否需要以及需要何种程度的水洗预处理。

?配料设计：通过试验确定煤矸石与飞灰的最佳硅铝钙比例，这是激发反应能否顺利进行的关键。

?激发剂复配：这是技术的核心机密。通常采用水玻璃（硅酸钠溶液）与氢氧化钠复配的激发剂，其模数、浓度和用量需要通过大量实验优化，以兼顾反应速率、工作性能和最终强度。

?成型与养护：混合料经搅拌后，可采用压制成型、浇注等方式成型，然后在常温或适度加热（60-80°C）条件下养护，数天即可达到较高强度。

2.产品方向与市场销路

利用此技术生产的水硬性胶凝材料，主要有以下应用场景，其销路与政策驱动紧密相关：

?道路基层材料：这是最大也是最容易切入的市场。可作为道路水稳层、路基回填材料，替代传统的碎石和水泥稳定土。其强度、耐久性通常更优，且大量消纳固废，非常符合“无废城市”建设需求。

?预制构件与非结构建材：可用于生产人行道砖、路缘石、护坡砖、井盖等市政制品，以及墙体砌块、隔墙板等。这些应用对材料性能要求适中，市场容量大。

?矿山回填与生态修复：用于充填采空区或制作生态植生砖，固化重金属的特性在此领域极具价值。

?土壤固化剂：直接用于固化软土或污染土壤。

优势：

?能耗极低，无需高温，碳排放远低于烧结和水泥工艺。

?投资和运营成本可能显著低于烧结路线。

?重金属固化效果好，环境安全性高。

?产品市场广阔，符合绿色建材和循环经济政策。

挑战与风险：

?氯盐干扰依然是技术上的“跨不过去的坎”，必须找到经济有效的解决方案。

?配方复杂且专用性强，不同来源、批次的固废成分波动会要求配方动态调整，质量控制难度高。

?产品长期耐久性（如抗碳化、抗冻融）需要时间验证，市场接受度需要培育。

?标准与认证缺失，目前缺乏针对固废基地聚物的国家或行业标准，可能影响其在重要工程中的应用。

 

地聚物技术是一条非常值得投入研发资源的战略路径。它代表了固废资源化的未来方向之一。如果能在配方技术上取得突破，地聚物路线有望成为一种比烧结路线更经济、更低碳的飞灰与煤矸石协同处置方案。