城市垃圾焚烧底灰碱激发制砖：机理创新与能源经济评估

《Process Safety and Environmental Protection》：Valorization of MSW incineration bottom ash into alkali-activated bricks: Feasibility, strengthening mechanisms, and production energy-economic assessment

本研究创新性地开发了NaOH预处理除铝工艺，成功将市政固体废物焚烧底灰（MSWIBA）转化为符合GB/T 5101-2017 MU10标准的碱激发砖（28天抗压强度达11.22 MPa）。通过XRD、TG、FTIR等表征手段揭示Ca(OH)2添加促进C–S–H凝胶形成的增强机理，并证实该工艺较传统烧结黏土砖节能30.6–44.2%，为固废资源化与建筑行业低碳转型提供新范式。

　　

Highlight

材料特性揭秘

实验所用MSWIBA来自大连广泰源环保科技有限公司，经球磨后粉末比表面积达392 m2/kg（BET法），真实密度为2.85 g/cm3。X射线荧光（XRF）分析显示其SiO₂（45.32%）、CaO（15.21%）、Al₂O₃（13.85%）为主成分，但活性硅铝指数（Kα）仅10.2%，且锌含量达1.24%——这俩家伙可是碱激发反应中的"捣蛋鬼"，遇碱易产生氢气导致材料膨胀！

力学性能大比拼

抗压强度结果（图2）显示：未加Ca(OH)₂的试样（S8C0等）随水玻璃含量增加强度反而下降，因为多余水分增加了孔隙率。但加入2% Ca(OH)₂后画风突变——S12C2组28天强度飙至11.22 MPa，堪比传统MU10级砖！TG分析发现其水化产物含量比对照组高24.8%，SEM更直观显示Ca(OH)₂像"种子"般促进C–S–H凝胶形成致密网络。

微观世界的化学反应

XRD图谱（图4）捕捉到神奇转变：3天时试样主要显示石英峰，28天时C–S–H凝胶的"宽馒头峰"明显增强。FTIR进一步实锤——970 cm^-1处Si–O–T键振动峰强度翻倍，说明硅酸盐网络疯狂生长。Ca(OH)₂的加入就像给反应加了"涡轮增压"，既提供钙源又作为成核位点，让凝胶产物提前7天形成！

能耗对决：传统砖VS环保砖

生产1吨MSWIBA砖的能耗测算结果令人振奋：原料预处理（破碎+球磨）耗电48.6 kWh，NaOH除铝反应吸热132.8 MJ，压制成型仅需7.2 kWh。而传统烧结黏土砖仅窑炉烧成就要啃掉1200–1500 MJ能量！算总账发现MSWIBA砖节能30.6–44.2%，相当于每生产10亿块砖可减少CO₂排放8万吨——这简直是给地球"退烧"的绿色魔法！

结论

研究证实MSWIBA通过NaOH除铝+Ca(OH)₂优化可变身高性能碱激活砖材。其强度提升秘诀在于钙源催化的"凝胶爆发式生长"，而能耗优势则源自告别高温烧结的常温反应工艺。这项技术既让垃圾焚烧厂少了"堆不下的烦恼"，又让砖厂告别"挖土烧砖"的老路，真正实现"变废为宝"的循环经济。