矿物相对组成的变异分析

尽管元素的赋存状态给出了固废底层的变化规律，但对与资源化相关的物理性质和力学性质变异的相关机理认识，可能必须从矿物或者是物理力学性质相对稳定的组成材料进行分析。这一层面的分析，可从空间或时间上，寻找出蕴含在固废材料组成变异中的规律，从而为后续的工艺选择或质量控制提供依据。这里举两个例子，一是拆房废弃物的空间变异，二是生活垃圾焚烧炉渣的时间变异。

表5-3给出了美国和中国拆房废弃物的典型组成。美国的数据来源于1998年伊利诺伊州；中国的数据来源于《科技日报》（2012年11月26日），针对的是四川地震灾区的平均情况。考虑到数据对应的需要，适当作了改动。

表5-3　典型拆房废弃物的组成　单位：%

由表5-3可以看到中美拆房废弃物组成上的巨大差别。美国拆房废弃物中最高的组分是木材，占了总组分的1／3，砖块在住宅拆建废弃物中的比例不到5%；而中国拆房废弃物中最高的组分是砖块，占了总组分的2／3，木头比例仅为6%。因此，不分地域地引进国外技术或设备，有可能带来重大的经济损失。

生活垃圾焚烧炉渣的矿物组成，随时间而变异。水淬紧后的新鲜炉渣，矿物组成主要为三类：熔融玻璃相、富钙矿物相和耐熔相。粗粒组分主要由玻璃和硅酸盐矿物组成，细粒组分中则含大量的富钙矿物。

熔融相中最重要的硅酸盐基矿物组为晶体集聚体形式的黄长石组（钙黄长石组数量尤高）和硅灰石，均在超过1 100℃的高温下生成。其他充分发展的富硅物质，如石英和长石，被封装在熔体中。玻璃质粗料被100μm 厚的细料层所包裹，细料层由金属、有机物以及硫酸盐和碳酸盐废料组成。流体可利用这不紧凑层的孔隙率，促进风化过程。(www.xing528.com)

炉渣中钙的存在与焚烧含方解石（CaCO3）、硬石膏（CaSO4）、石膏（CaSO4·2H2 O）、纸张、纸盒、食物垃圾等生活垃圾有关，炉中煅烧后生成石灰（CaO）和CO2或SO2。水淬过程之后，石灰通过放热反应被分解为氢氧钙石［Ca（OH）2］，钙矾石则通过由束缚矿物溶解的钙和铝阳离子之间的反应形成，这一矿物对风化过程很敏感。

耐熔相由炉子中未燃烧的碎屑废弃物组成，如玻璃块、陶瓷、未燃烧的金属废弃物、混凝土等。这些材料惰性，对风化过程无任何影响。

风化是一个历时2～3个月，甚至数年的自然过程。在此期间，由于碳化、水解／水合、氢氧化物和盐沉淀、玻璃质相新矿物生成、氧化还原等反应，材料的矿物学结构和物理化学性质被改变。

碳化在水淬之后立即开始，自然发生，导致富钙相和富镁相的蚀变。碳化过程可沿两条路线自然推进：气固界面和水相中。气—固碳化以碳酸盐形式转化富钙矿物（氧化物或硅酸盐），这些反应的速率在环境条件下普遍很低。水相进行的碳化则快得多，由水中二氧化碳的溶解和活性阳离子从矿物中浸出表征。碳酸盐是产生的较大数量的次级矿物（如方解石和菱镁矿）。其他新生成的矿物还有：硬石膏吸水形成二水石膏；玻璃相蚀变使得Si、Ca等玻璃质成分浸出，Fe等元素侵入，沉积在了玻璃内部；富铝新生物最常见的是Al的水合物结构、水铝钙石、钙矾石类物种，长期风化，可形成黏土状矿物；富铁化合物主要以水合物、氧化物和凝胶状相存在，Fe水合物组中最丰富的是针铁矿，氧化物物种则是更老料堆中的矿物相（磁铁矿和赤铁矿）。

由以上简要的分析可见，炉渣的矿物组成、物理力学性质，随着时间进行，有着显著的变异。充分利用风化［考虑到“风化（weathering）”的贬义性质，实际也有采用“熟化（maturing）”或“老化（aging）”这一术语的］过程，以及寻求加速风化的技术，仍是目前的研究热点。