CN101357840A - 免烧型垃圾焚烧飞灰陶粒及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种以垃圾焚烧飞灰为主要原料的免烧型陶粒及其制造方法，它具有球型内核1和附着在外面的外壳2。其中内核1的组成(干重)为：50－70份垃圾焚烧飞灰、25－50份硅酸盐水泥、0－15份粉煤灰、0.2－0.5份重金属稳定化药剂，外壳2采用普通硅酸盐水泥或石灰。首先将垃圾焚烧飞灰进行药剂稳定化处理，然后与硅酸盐水泥和粉煤灰混合后造粒，制成内核1，最后在圆盘造粒机内将内核1包被上外壳2，进行自然养护。本发明将危险废弃物——垃圾焚烧飞灰作为陶粒原料加以资源化利用，并实现了处理全过程的无害化，具有经济、环保和一次性设备投入少的优点。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域和建筑材料领域，具体的说是一种以垃圾焚烧飞灰为主要原料的免烧型陶粒及其制造方法。
背景技术
城市固体垃圾焚烧技术具有完全消毒、显著减量和回收热能等的优点，作为垃圾填埋的替代技术，在中国发展迅速。目前，焚烧处理的垃圾约占到我国垃圾总量的10％。然而，垃圾焚烧过程会产生固体危险废弃物飞灰(占垃圾焚烧量的2-5％)，其中含有较高浸出浓度的重金属，如Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和Ni等，并含有剧毒有机污染物二恶英(PCDD/Fs)。按国际通行做法，这些飞灰在最终处置和利用前必须进行无害化处理。如何资源化利用飞灰，削减高额的无害化处理费用，已成为现代垃圾焚烧发电企业的重要技术攻关目标。
关于垃圾焚烧飞灰的处理研究国内外有很多文献报道，尽管所涉及的技术多种多样，但目前国内外飞灰的处理方式仍是以稳定化和固化处理后的填埋为主。飞灰的稳定化技术主要是利用无机沉淀剂(石膏、绿矾、硫化物和磷酸盐等)和有机螯合剂(巯基胺盐、EDTA接聚体、月桂醇单质磷酸盐和壳聚糖衍生物等)对飞灰中的重金属进行沉淀和螯合，以降低重金属的浸出毒性，但重金属的稳定化效果易受环境条件影响。飞灰的固化技术包括水泥固化、沥青固化和树脂固化。
在无害化处理基础上进行资源化利用是垃圾焚烧飞灰处理技术的未来发展方向。目前已有的垃圾焚烧飞灰资源化利用的实用技术主要有熔融法、造粒烧结法、烧制水泥和制砖。这些处理方法尽管可以得到高质量的建筑材料或可勉强得到资源化利用，但都需要高温处理、处理成本高，有二次污染产生，能源消耗大，尤其是熔融法，可消耗掉垃圾焚烧发电所产生的全部电能。
发明一种经济、环保的垃圾焚烧飞灰资源化处理技术不仅可降低垃圾焚烧企业运营成本，而且可促进垃圾焚烧企业健康发展。基于此目标，本发明利用垃圾焚烧飞灰制造建筑轻集料——免烧型陶粒。
发明内容
本发明目的在于：提供一种经济、环保、一次性设备投入小的垃圾焚烧飞灰资源化处理方法，将固体危险废弃物垃圾焚烧飞灰制造成免烧型陶粒，使飞灰中的重金属和二恶英固定在陶粒中，并将生产出的陶粒作为建筑用轻骨材料加以利用，从而实现对垃圾焚烧飞灰的无害化和资源化处理。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现。
本发明所述的免烧型垃圾焚烧飞灰陶粒由球型的内核1和外壳2构成。其中内核1的组成(干重)为：50-70份垃圾焚烧飞灰、25-50份普通硅酸盐水泥、0-15份粉煤灰、0.2-0.5份重金属稳定化药剂，外壳2采用普通硅酸盐水泥或石灰。
所述的重金属稳定化药剂为硫化纳、磷酸盐和巯基捕收剂之一或其组合。
垃圾焚烧飞灰的化学成分比较复杂，虽然含有较高含量的重金属(约占飞灰重的0.1-0.5％)，但其主要成分为氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)，三者之和一般占总量的40-70％，另外含有8-15％的氧化钙(CaO)。在飞灰中加入重金属稳定化药剂硫化纳、可溶性磷酸盐和巯基捕收剂，可使飞灰中的重金属尤其是酸可浸出重金属产生沉淀或絮凝螯合物，使绝大部分酸可浸出重金属得到固定。另外，稳定化药剂的添加对于提高免烧型陶粒的强度十分有利。
所述的粉煤灰的细度为0.045mm方孔筛筛余量不大于20％，烧失量不大于8％。满足此要求的飞灰为I级和II级粉煤灰，如果粉煤灰过粗(0.045mm方孔筛筛余量大于20％)或烧失量较大(大于8％)将导致飞灰陶粒的强度大大下降。I级和II级粉煤灰与普通硅酸盐水泥混合后有较好的活性效应，粉煤灰的添加一方面可提高陶粒的抗渗和抗冻能力，另一方面可降低陶粒的容重。
本发明的内核1外面包裹了一层硅酸盐水泥外壳2，一方面，外壳2的水泥对内核1表面的飞灰有强烈的激发作用，另一方面，在陶粒的养护过程中，外壳2的水泥迅速水化硬化，从而改变陶粒表面的组成和结构，形成密实坚硬的薄壳。这层薄壳可提高陶粒的表面碱度、密实度和强度，增加陶粒耐磨损能力，并减少陶粒吸水率，同时可使陶粒的使用者避免直接接触飞灰。另外，飞灰陶粒用硅酸盐水泥包被后可增强其与水泥混合的相溶性；用石灰包被后可提高其与沥青混合的使用性能。
本发明免烧型垃圾焚烧飞灰陶粒的制造方法，具有下述步骤：
所述的内核1制造方法为：其特征在于，首先将垃圾焚烧飞灰进行药剂稳定化处理，然后与硅酸盐水泥和粉煤灰均匀混合后造粒，制成内核1，最后将内核1包被上外壳2，进行自然养护。
所述垃圾焚烧飞灰稳定化处理方法为：将重金属稳定化药剂配成质量浓度为2％-3.5％的水溶液，喷洒到垃圾焚烧飞灰中，水溶液添加量约为飞灰重量的20％，均匀搅拌。
所述的内核1造粒方法为圆盘滚动造粒或挤压式成球造粒，其特征在于，将稳定化处理飞灰、硅酸盐水泥和粉煤灰计量后同时加入搅拌机中加水混合，然后送入造粒机中造粒成球，形成内核1。
所述的外壳2的包被方法为：将内核1送入圆盘造粒机，在圆盘下部成球区均匀撒入普通硅酸盐水泥粉或石灰粉，内核1在成球区滚动，利用内核1表面的水膜，均匀包上一层0.3-0.8mm的外壳2，包壳后料球进行自然养护，养护条件为15-35℃条件下养护15-30天。
本发明中垃圾焚烧飞灰首先要进行药剂稳定化处理，目的是为了使重金属稳定化药剂与飞灰中的重金属充分反应。经过此步骤处理后，即使陶粒破碎，内核1散落出来，其重金属浸出毒性仍然能达到GB 5085.3-1996的要求，使此陶粒的使用安全性显著增加。
本发明的主要优点是：
1.成本低。本发明所用的重金属稳定化药剂和混凝土外加剂均为大宗化工产品，廉价易得；所用的硅酸盐水泥和粉煤灰均为普通建筑材料。
2.环保，陶粒制造过程没有新的废液和废气产生，陶粒使用过程不必担心陶粒破碎造成二次污染。
3.一次性设备投入低，所需的主要设备为混合机和原盘造粒机。
附图说明
图1：是非烧结型垃圾焚烧飞灰陶粒的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
附图为本发明非烧结型垃圾焚烧飞灰陶粒的结构示意图。
如附图所示，本发明的非烧结型垃圾焚烧飞灰陶粒由球型内核1和附着在外面的普通硅酸盐水泥或石灰外壳2组成。内核1的组分为垃圾焚烧飞灰、普通硅酸盐水泥、粉煤灰和重金属稳定化药剂。根据各组分的不同配比列出以下3个实施例：
实施例一
内核1的组成(干重)为：垃圾焚烧飞灰50％、普通硅酸盐水泥44.8％、粉煤灰5％、重金属稳定化药剂0.2％。重金属稳定化药剂为硫化纳。首先将垃圾焚烧进行药剂稳定化处理。将重金属稳定化药剂配成质量浓度为2％的水溶液，然后喷洒到垃圾焚烧飞灰中，水溶液添加量约为飞灰重量的20％，均匀搅拌。将普通硅酸盐水泥、药剂稳定化处理后飞灰和粉煤灰计量后送入搅拌机中加水混匀，然后送入圆盘造粒机1进行滚动造粒，形成球型内核1。通过调整原盘造粒机转速、倾角和喷水量，控制内核1的直径为5-15mm。将内核1送入圆盘造粒机2，在圆盘下部成球区均匀撒入硅酸盐水泥粉，内核1在成球区滚动，利用内核1表面的水膜，均匀包上一层硅酸盐水泥外壳2。成球后的料球离开圆盘造粒机2后进行养护，陶粒自然养护条件为25-35℃条件下养护15天。本实施例垃圾焚烧飞灰陶粒的筒压强度为6-8MPa，堆积密度为950-1000kg/m3。
实施例二
内核1的组成(干重)为：垃圾焚烧飞灰69.5％、硅酸盐水泥30％、重金属稳定化药剂0.5％，重金属稳定化药剂为硫化纳与巯基捕收剂的组合，重金属稳定化药剂的浓度为3.5％，造粒方法为挤压成球造粒，包壳材料为石灰粉，陶粒自然养护条件为15-25℃条件下养护30天。其余步骤与实施例1相同。本实施例垃圾焚烧飞灰陶粒的简压强度为5-7MPa，堆积密度为900-950kg/m3。
实施例三
内核1的组成(干重)为：垃圾焚烧飞灰60％、硅酸盐水泥25％、粉煤灰14.6％、重金属稳定化药剂0.3％，重金属稳定化药剂为可溶性磷酸盐与巯基捕收剂的组合，重金属稳定化药剂的浓度为3.5％，造粒方法为挤压成球造粒，包壳材料为硅酸盐水泥，陶粒自然养护条件为20-30℃条件下养护20天。其余步骤与实施例1相同。本实施例陶粒的简压强度为6-8MPa，堆积密度为900-950kg/m3。
正如技术背景中所述，垃圾焚烧飞灰为固体危险废弃物，其中含有较高浸出浓度的重金属，如Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和Ni等，并含有剧毒有机污染物二恶英(PCDD/Fs)。因此，对飞灰所制成的免烧型陶粒进行环境风险评价是十分重要的。我们对原飞灰中的重金属和PCDD/Fs含量，以及原飞灰和2种免烧型飞灰陶粒的重金属和PCDD/Fs浸出毒性和浸出量进行测试。重金属和PCDD/Fs浸出毒性和浸出量测试方法遵照GB 5086.2-1997固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法。重金属分析采用原子吸收仪，PCDD/Fs分析采用EPA1613法，分析结果见表1和表2。从表1可见，采用本发明描述的方法制造的免烧型飞灰陶粒的重金属浸出毒性达到GB 5085.3-1996危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别的标准，并且PCDD/Fs几乎无浸出(与天然水体中PCDD/F处于相同数量级)。说明，使用此免烧型垃圾焚烧飞灰陶粒并不会造成二次污染，是安全的。
表1 垃圾焚烧飞灰中重金属全量及飞灰和陶粒的重金属浸出毒性
注：以上为三次平行测量结果的平均值加标准偏差，陶粒1和2的垃圾焚烧飞灰含量分别为37％和43％。
表2 垃圾焚烧飞灰中PCDD/F全量及飞灰和陶粒的PCDD/F浸出量
注：陶粒1和2的垃圾焚烧飞灰含量分别为37％和43％。
Claims (9)
1.一种免烧型垃圾焚烧飞灰陶粒，其特征在于，由球型的内核1和外壳2构成，其中内核1的组成(干重)为：50-70份垃圾焚烧飞灰、25-50份普通硅酸盐水泥、0-15份粉煤灰、0.2-0.5份重金属稳定化药剂，外壳2采用普通硅酸盐水泥或石灰。
2.根据权利要求1所述的重金属稳定化药剂为硫化纳、可溶性磷酸盐和巯基捕收剂之一或其组合。
3.根据权利要求1所述的粉煤灰的细度为0.045mm方孔筛筛余量不大于20％，烧失量不大于8％。
4.根据权利要求1所述的免烧型垃圾焚烧飞灰陶粒，其特征在于，球型内核1的直径为5-15mm，外壳2的厚度为0.3-0.8mm。
5.根据权利要求1所述的免烧型垃圾焚烧飞灰陶粒的制造方法，其特征在于，首先将垃圾焚烧飞灰进行药剂稳定化处理，然后与普通硅酸盐水泥和粉煤灰均匀混合后造粒，制成内核1，最后将内核1包被上外壳2，进行自然养护。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，垃圾焚烧飞灰稳定化处理步骤为：将重金属稳定化药剂配成质量浓度为2％-3.5％的水溶液，喷洒到垃圾焚烧飞灰中，水溶液添加量约为飞灰重量的20％，均匀搅拌。
7.根据权利要求5所述的造粒方法为圆盘滚动造粒或挤压式成球造粒，其特征在于，将稳定化处理飞灰、硅酸盐水泥和粉煤灰计量后同时加入搅拌机中加水混合，然后送入造粒机中造粒成球，形成内核1。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，外壳2的包被方法为：将内核1送入圆盘造粒机，在圆盘下部成球区均匀撒入普通硅酸盐水泥粉，内核1在成球区滚动，利用内核1表面的水膜，均匀包上一层硅酸盐水泥或石灰外壳2。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，成球包膜后的料球要自然进行养护，养护条件为15-35℃条件下养护15-30天。
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