本文由胡超超、王里奥、詹欣源等作者撰写，发表于《环境工程学报》（Chinese Journal of Environmental Engineering）2019年第13卷第1期。研究团队主要来自重庆大学资源及环境科学学院、煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室以及重庆市生活垃圾资源化处理协同创新中心。该研究旨在探讨利用城市生活垃圾焚烧飞灰（MSWI fly ash）和电解锰渣（Electrolytic Manganese Residues, EMR）烧制陶粒的可行性，以减少这两种固体废物中的重金属对环境的危害。
随着城市化进程的加快，城市生活垃圾的处理问题日益突出。垃圾焚烧作为一种广泛采用的处理方式，虽然能够有效减少垃圾体积，但焚烧过程中产生的飞灰含有大量有毒重金属，如铅、铬、镉等，这些重金属容易浸出，对土壤、地下水和空气造成二次污染。目前，飞灰的处理方法主要包括熔融固化、化学药剂稳定化和水泥固化等，但这些方法存在能耗高、工艺复杂或二次污染等问题。另一方面，电解锰渣是电解金属锰行业产生的主要固体废物，含有大量可溶性重金属离子，若处理不当，也会成为潜在的污染源。因此，如何有效处理这两种固体废物并实现资源化利用，成为当前环境工程领域的重要课题。
本研究的主要目标是探索利用城市生活垃圾焚烧飞灰和电解锰渣烧制陶粒的可行性，并通过实验确定最佳的原料配比和烧制工艺条件，评估陶粒的物理性能及其对重金属的固化效果，为飞灰和电解锰渣的资源化利用提供科学依据。
研究采用单因素实验法，考察了飞灰掺量、预热温度和焙烧温度对陶粒性能的影响。实验原料包括飞灰、电解锰渣和粉煤灰，其中粉煤灰用于增加陶粒的硅铝含量。实验步骤包括原料混合、造粒、干燥、预热、焙烧和冷却。陶粒的物理性能（颗粒强度、堆积密度和吸水率）按照国家标准《轻集料及其试验方法》（GB/T 17431-2010）进行测定。重金属浸出实验则采用《固体废物浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲溶液法》（HJ/T 300-2007）进行。
原料配比与烧制工艺条件：实验确定了最佳原料配比为飞灰12%、电解锰渣43%、粉煤灰45%。最佳烧制工艺条件为预热温度600℃、焙烧温度1140℃。在此条件下，陶粒的颗粒强度为769 N，堆积密度为687 kg·m⁻³，1小时吸水率为6.44%。
陶粒微观形貌分析：通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线能谱（EDS）分析，发现陶粒表面致密呈釉化，内部呈现多孔隙结构。陶粒表层和剖面的元素构成以Si、Al、Fe、Ca为主，表层Fe、Ca、K等元素含量较低，表明这些元素在烧制过程中起到了助熔作用。
重金属浸出效果：实验表明，通过高温焙烧，飞灰和电解锰渣中的重金属被有效固化在陶粒的硅铝骨架中，陶粒中重金属的浸出浓度远低于飞灰和电解锰渣中的浸出浓度，且均低于国家标准《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）和《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008）的限值。
随着飞灰掺量的增加，陶粒的颗粒强度和堆积密度降低，吸水率升高。最佳原料配比为飞灰12%、电解锰渣43%、粉煤灰45%，最佳烧制工艺条件为预热温度600℃、焙烧温度1140℃。
陶粒表面致密呈釉化，内部形成多孔隙结构，表层Fe、Ca、K等元素含量较低，表明这些元素在烧制过程中起到了助熔作用。
高温焙烧能够有效固化飞灰和电解锰渣中的重金属，陶粒中重金属的浸出浓度均低于国家标准，表明该方法具有良好的环境安全性。
本研究为城市生活垃圾焚烧飞灰和电解锰渣的资源化利用提供了一种新的方法。通过烧制陶粒，不仅能够有效固化重金属，减少其对环境的危害，还能够将这两种固体废物转化为具有实际应用价值的建筑材料。此外，研究结果为固体废物的资源化利用提供了科学依据，具有重要的环境和经济意义。
创新性：本研究首次将城市生活垃圾焚烧飞灰与电解锰渣混合烧制陶粒，为这两种固体废物的资源化利用提供了新的思路。
实用性：通过优化原料配比和烧制工艺，制备出的陶粒具有良好的物理性能和重金属固化效果，具有广泛的应用前景。
环境效益：该方法能够有效减少飞灰和电解锰渣对环境的污染，符合可持续发展的理念。
本研究通过实验验证了利用城市生活垃圾焚烧飞灰和电解锰渣烧制陶粒的可行性，确定了最佳原料配比和烧制工艺条件，并评估了陶粒的物理性能和重金属固化效果。研究结果为固体废物的资源化利用提供了科学依据，具有重要的环境和经济意义。