4. 焚烧炉渣的粒度分布与级配分析

焚烧炉渣是生活垃圾焚烧后从炉排末端排出的固体残余物，其颗粒组成极为复杂，既有几十毫米的熔融渣块、陶瓷碎片、砖石碎粒，也有几毫米的玻璃屑、金属颗粒，还有大量小于1 mm的细粉。粒度分布与级配不仅决定炉渣能否直接用作集料，还直接影响后续破碎、筛分、磁选、涡电流分选等工艺的选择，以及再生骨料、路基填料、水泥混合材等资源化产品的质量。因此，粒度分析是炉渣品质检验中最基础、也最需要规范操作的一项内容。

一、筛分法测定粒度分布

筛分法是炉渣粒度分析的基本方法，适用于粒径大于0.075 mm的颗粒。操作时先按四分法缩分取样，样品在105℃±5℃下烘干至恒重，冷却后称取规定质量（例如粗渣可用5～10 kg，细渣可用1～2 kg），记录为筛分前总质量m₀。将样品置于套筛最上层，套筛按孔径由大到小自上而下排列，常用孔径序列为40 mm、25 mm、20 mm、10 mm、5 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm、0.075 mm。对于40 mm以上的大块渣，应先手工破碎至40 mm以下再参与筛分，破碎过程需避免过度粉碎改变原始级配。

筛分在振筛机上完成，振动时间一般取10～15 min，直至每分钟通过量小于筛上剩余量的0.1%为止。逐层取下套筛，分别称量各筛上的筛余质量mᵢ，并检查各层筛余质量之和与m₀的差值，损失率应小于1%，否则需重新取样。按下式计算各筛的累计筛余百分率：

分计筛余率 aᵢ = mᵢ / m₀ × 100%
累计筛余率 Aᵢ = Σaᵢ（自最大孔径起累加）
通过率 Pᵢ = 100% − Aᵢ

以某教学示例（假设数据）为例：取烘干炉渣10.00 kg，筛分后各筛累计筛余为40 mm筛0%、25 mm筛6.2%、10 mm筛28.5%、5 mm筛46.8%、2.36 mm筛61.3%、1.18 mm筛70.5%、0.6 mm筛78.2%、0.3 mm筛85.6%、0.15 mm筛91.4%、0.075 mm筛95.8%，筛底细粉占4.2%。由此可知该渣样中大于10 mm的粗颗粒约占28.5%，小于2.36 mm的细颗粒约占38.7%，属于偏粗、细粒含量较高的典型炉渣。

二、激光粒度仪的使用

对于小于0.075 mm的细粉部分，筛分法已难以分辨，此时可采用激光粒度仪测定。激光粒度仪基于颗粒对激光的散射原理，散射角与粒径相关，通过米氏散射或夫琅禾费衍射模型反演粒度分布。炉渣细粉测试前需分散于水中，加入少量六偏磷酸钠作为分散剂并超声分散3～5 min，避免颗粒团聚造成结果偏粗。测试时应控制遮光度在10%～20%之间，背景测量合格后再开始测量，每个样品重复测定3次取平均。需要注意的是，炉渣细粉中含有金属氧化物和未燃碳，折射率设置不当会影响反演结果，一般可参照仪器内置的矿渣或粉煤灰模型，并在报告中注明所用光学参数。

筛分法与激光粒度仪的结果在0.075 mm附近可能存在差异，这是因为两种方法的等效粒径定义不同。工程上通常以筛分法结果为主，激光粒度数据用于补充细粉段的分布信息，两者不宜直接拼接成一条曲线而不加说明。

三、级配曲线绘制与评价

将各筛孔径（取对数坐标）与对应的通过率绘制在半对数坐标图上，即得级配曲线。曲线的陡缓反映颗粒分布的均匀程度，曲线平缓表示粒径范围宽、级配良好，曲线陡峭则表示颗粒集中在较窄的粒径区间。工程上常用不均匀系数Cᵤ和曲率系数C꜀评价级配：

Cᵤ = d₆₀ / d₁₀
C꜀ = (d₃₀)² / (d₁₀ × d₆₀)

其中d₁₀、d₃₀、d₆₀分别为通过率10%、30%、60%对应的粒径，可从级配曲线上查得。一般认为Cᵤ≥5且1≤C꜀≤3时级配良好。以上述示例数据估算，d₆₀约在2.5 mm附近，d₁₀约在0.12 mm附近，Cᵤ约为20，说明粒径跨度大；但若d₃₀约为0.9 mm，则C꜀约为2.7，落在良好区间内。需要强调，上述数值为示例估算，实际评价必须以实测曲线查值为准。

四、粒度对资源化利用的影响

粒度分布首先影响炉渣的压实与强度性能。作为路基填料时，级配良好的炉渣经压实后空隙率低、承载比高；若细粒过多，则易吸水软化，若粗粒集中则骨架空隙大、压实困难。其次，粒度影响分选效率：金属富集在较粗粒级中，磁选和涡电流分选前通常需将炉渣破碎至30 mm以下并分级，使金属与渣相解离；细粉中则富集了重金属和可溶性盐，需要单独处理或螯合稳定化。第三，粒度影响胶凝活性：小于0.075 mm的细粉比表面积大，作为水泥混合材时活性较高，但若未燃碳和氯含量超标，则会引起需水量增大和钢筋锈蚀风险。因此，粒度数据必须与化学组成、烧失量、氯离子含量联合判读，不能单看级配。

五、案例：不同粒径炉渣的利用途径

某炉渣资源化处置线采用“破碎—筛分—分选”工艺。大于40 mm的大块渣经颚式破碎后返回筛分；10～40 mm粒级经磁选回收废铁后，作为路基垫层集料，压碎值需满足相关规范要求；2.36～10 mm粒级经涡电流分选回收铝后，用作再生粗骨料配制低强度混凝土或稳定层；0.075～2.36 mm粒级经水洗脱盐后作为细集料用于制砖或砂浆；小于0.075 mm的细粉经检测若氯离子和重金属浸出合格，可少量掺入水泥混合材，否则送螯合稳定化后填埋。该案例说明，级配分析不是孤立的数据，而是整条资源化工艺链的“分流依据”。