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本文围绕着水泥工业协同处置垃圾焚烧灰渣的技术思路,在实验室系统研究了广州市生活垃圾焚烧灰渣的物理化学特性,直接以飞灰和炉渣作为部分替代原料配制水泥生料,在实验室电炉中研究熟料煅烧过程中有害组分(碱、氯、硫及各类重金属)的挥发特性、熟料性能,研究了炉渣作混合材对水泥胶砂强度、外加剂相容性、干缩性以及钢筋锈蚀性能的影响,并模拟酸雨及各种恶劣条件下研究水泥制品的重金属环境安全性。获得了水泥工业无害化协同处理灰渣的合理掺量、合理熟料率值等技术参数,为进一步的工业试验提供了技术支持与理论依据。
对灰渣的组成和性质研究结果表明：炉渣的化学组成主要为SiO2、Al2O3、CaO,与低硅粘土及粉煤灰相近；飞灰的化学组成主要为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaCl2,与水泥生料相近。灰渣均为非放射性物质。对灰渣的重金属溶出进行试验,炉渣中各重金属溶出均低于危废浸出毒性标准限值(GB5085.5-2007),属于一般废弃物；而飞灰的中Pb2+和总Cr的溶出远超出危废浸出毒性标准限值,应作为危险废弃物。
煅烧温度、灰渣掺量及熟料率值对灰渣中碱氯硫及重金属等有害组分挥发性能的研究结果表明：氯元素在950℃开始大量挥发,1450℃的挥发率接近100％；SO3在1250℃开始大量挥发,1450℃的挥发率约为30％。重金属Mn、Cr、Zn、Cu的挥发率较低,1450℃时挥发率约为40％；Ba、Pb、Cd的挥发率较高,1450℃时挥发率可达到90％～100％；灰渣掺量越大,碱、氯的挥发率越高；熟料率值对各组分挥发率也有较大影响,高硅酸率、高铝氧率条件下,各组分挥发率增大。
生料中掺入灰渣(飞灰掺量4.62％,炉渣掺量5％)烧制的水泥其物理性能,与不掺灰渣的水泥熟料样相比,在配料率值相似的条件下,掺了灰渣的水泥的安定性,标准稠度用水量,凝结时间与对比样相比都相差不大；3天和28天抗压强度都是随着灰渣掺量的增加而下降,若适当的提高硅酸率可以减小这种影响,同时也不会造成易烧性的下降。炉渣作为水泥混合材使用,试验结果表明,炉渣做水泥混合材当掺量小于7.5％的时候其力学性能能够满足P·O42.5水泥的要求。通过《固体废物浸出毒性浸出方法--水平振荡法》(GB 5086.3-1997)以及《放射性废物固化体长期浸出试验》(GB7023-86)来研究垃圾焚烧灰渣用于水泥生产其水泥制品的环境安全性,研究结果表明：(1)掺入炉渣5％煅烧的水泥其制品的重金属极限溶出可以达到II类地表水水质标准和卫生饮用水标准；炉渣作混合材在炉渣取代水泥量不超过40％条件下其制品的重金属极限溶出可以达到III类地表水标准；掺入炉渣5％煅烧的水泥其制品的重金属表面浸渍溶出单周期能够达到III类地表水标准；炉渣做混合材取代15％的水泥其制品的重金属浸渍溶出单周期能够达到地表水III类标准。(2)由于铅含量的限制,掺入飞灰4.62％煅烧的水泥其制品的重金属极限溶出可以达到III类地表水水质标准；掺入飞灰4.62％煅烧的水泥其制品的重金属表面浸渍溶出单周期能够达到III类地表水标准。(3)炉渣作为混合材生产的水泥其制品经碳化后对重金属的固化能力下降,碳化后由于Pb元素的溶出较多,炉渣取代80％的水泥其制品的重金属极限溶出可以达到V类地表水标准。掺入炉渣5％煅烧的水泥其制品经碳化后重金属极限溶出可以达到II类地表水水质标准和卫生饮用水标准；掺入飞灰4.62％煅烧的水泥其制品经碳化后重金属极限溶出可以达到III类地表水水质标准。