CN101717188A - 利用固体废弃物熔融制备岩棉板的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用固体废弃物熔融制造岩棉板的方法，在通过加入添加剂1号和添加剂2号，调质固体废弃物熔融料的酸度系数至1.4～1.8，以满足岩棉板配方的情况下，固体废弃物在旋窑炉提供的1450～1530℃高温和旋转氧的条件下充分熔融并混合均匀，然后将熔融体经四辊离心机甩丝成岩棉纤维，再制备成合格的岩棉板产品。采用本发明的方法将大大降低岩棉板产品生产能耗和成本，同时最大限度地实现固体废弃物的资源化、减量化、无害化。
Description
技术领域
本发明涉及到一种利用固体废弃物熔融制备岩棉板的方法，属于环境保护和保温材料岩棉的生产技术领域，特别适用于固体废弃物的无害化处理与资源化利用。
背景技术
岩棉及其制品是轻质保温节能材料，不仅具有优良的隔热、隔音性能，也具有良好的化学稳定性、耐热性和阻燃性。因此被做成板状、粒状和管状制品而大量应用于石油、化工、钢铁、纺织、热电、交通、建筑等领域作为保温材料。岩棉是以天然岩石如玄武岩、辉绿岩、白云石、铁矿石、铝矾土等为主要原料，经高温熔化、纤维化而制成的无机质纤维。它具有重量轻，导热系数小，耐热性强和不燃等优良性能。这是常用保温材料，如蛭石、珍珠岩、硅藻土、泡沫水泥等难以与其相比的。将岩棉掺入一种特殊粘结剂可以制成柔性或半硬性的各种制品。
通常，国内外以玄武岩或辉绿岩为主要原料，以冲天炉为主要设备的生产工艺生产岩棉。这种工艺方法只能用含SiO2较低的玄武岩或辉绿岩矿石，岩棉的产量低、能耗高，另外这还受到玄武岩或辉绿岩矿产资源储量的地域限制，增大了运行成本。随着地球资源的枯竭和技术的进步，研究者从岩棉原料的主要化学组份出发，逐步研究利用工业固体废弃物替代玄武岩或辉绿岩矿石制造岩棉的技术研究，如1987年，石成建发表的专利申请号为87105254专利，介绍了一种粉煤灰岩棉制造方法。1987年，姚鼎文、王昌惠发表的专利申请号为87102124专利，介绍了一种关于用旋风炉液态渣直接制矿棉的方法。1990年，由李志勤、付志文等学者发表的专利申请号为90103468.1专利，介绍了一种利用高炉炼铁排出溶化矿渣制造岩棉的方法。1998年，Shizuo Yoshida、Masakazu Tamura等发表的专利号为5750255美国专利，介绍了High strength rock wool and process for producing same(一种高强度岩棉的生产工艺)。2002年，严煜、曹宏、张忠华等发表的专利申请号为02138196.8专利，介绍了一种采用高炉热装熔炼生产矿棉纤维的方法。2002年，杨铧发表的专利申请号为02152584.6专利，介绍了一种高效利用工业炉熔渣显热的新一步法矿棉技术。2005年，胡耀忠华发表的专利申请号为200510071548.6专利，介绍了一种利用工业废弃物熔融造纤再生法等，对高炉炼铁矿渣、粉煤灰、废矿石、工业废弃物等废弃物的综合利用，变废为宝，降低能耗，降低岩棉的生产成本，提高经济效益起到推进性作用。
随着市政固体废弃物，比如生活垃圾，市政污泥，河流淤泥等废弃物的焚烧处理的迅速发展和推广，焚烧灰渣(包括炉渣、飞灰)产量日益增加。考虑到垃圾焚烧灰渣中含有大量的无机氧化物，与生产岩棉的玄武岩、辉绿岩的组份是比较相近的，通过适当添加一些添加剂，完全可以将这类固体废弃物的焚烧残渣作为岩棉生产的原料。以生活垃圾焚烧灰渣为例，生活垃圾含有玻璃、碎石、粘土、砂石、废砖，其焚烧后灰渣成分与玄武岩、辉绿岩的组分很接近，如表1所列。
表1生产岩棉的玄武岩、辉绿岩和垃圾厂焚烧灰份组份(质量比/％)
| 组分 | 辉绿岩 | 玄武岩 | 传统岩棉 | 生活垃圾焚烧灰渣 |
| SiO2 | 49.32 | 47.41 | 35～45 | 66.33 |
| Al2O3 | 16.61 | 15 | 10～15 | 15.19 |
| Fe2O3 | 6 | 3.99 | 6.10 | 7.52 |
| CaO | 9.4 | 8.02 | 30～40 | 4.38 |
| MgO | 6.56 | 6.89 | 5～10 | 0.78 |
合理处理废弃物，降低能耗，最大限度地实现固体废弃物的资源化利用，既是环境发展的需求，也是实现资源、能源可持续发展的有效措施之一。因此，寻求经济、高效，同时实现废弃物的无害化、资源化处理和制造高质量岩棉材料的技术意义重大。
发明内容
用固体废弃物熔融体直接生产岩棉，其前提是其熔融体的物理性能必须接近或符合岩棉的生产要求。一般而言应符合下列几个基本条件：
1.熔融体的化学成份必须符合岩棉化学成份要求，以保证其酸度系数Mk在一定的范围内。
Mk＝(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)
式中的SiO2、Al2O3、CaO、MgO都为他们的质量百分比。
2.温度控制在1300℃以上，2000℃以下，以保证其粘度在0.5～2.5Pa·s。
3.在一定时间里熔融体的化学成份相对稳定在一个范围内，波动不大，避免频繁改变调配方。
本发明揭示了一种利用固体废弃物熔融制造岩棉板的方法，具体发明内容如下：
1)工艺方法：预处理好的固体废弃物如城市生活垃圾、市政污泥和河流淤泥，以及添加剂1#、添加剂2#分别在螺旋给料器和振动给料器的作用下，按一定比例进入双辊搅拌机进行混合，混合均匀后送入旋窑焚烧炉，在通入大量气体的情况下，点燃助燃剂重油，固体废弃物在旋窑炉中焚烧、熔融；固体废弃物焚烧产生的烟气进入二燃室处理后达标排放并进行热能回收利用，产生的熔融体则经熔融物流槽进入离心机，熔融体在高速离心机的作用下甩丝成纤，生产出岩棉纤维；岩棉纤维进入纤维成型室，掺入一种特殊粘结剂后，经固化炉、切割卷毡等工序制成岩棉板产品。
2)岩棉生产的配方。预处理好的固体废弃物和添加剂通过给料器按一定的比例混合均匀。加入添加剂以调节焚烧灰份的酸度系数Mk至1.4～1.8，加入的添加剂有添加剂1#和添加剂2#，添加剂1#为钙盐，添加剂2#为铝铁复合盐。
固体废弃物和添加剂投加质量比分别为：
固体废弃物：添加剂1#＝100∶4.5～8.0 最佳为100∶5.0
固体废弃物：添加剂2#＝100∶4.0～9.5 最佳为100∶5.5
本发明的岩棉生产配方如表2所示。
表2岩棉生产配方
| 成分 | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | Fe2O3 | TiO2 | Na2O+K2O |
| 含量/％ | 5～45 | 10～15 | 20～40 | 5～13 | 6.1 | 1 | 4 |
3)一种固体垃圾焚烧熔融炉。混合均匀的固体废弃物投入旋窑炉，在通入大量气体的条件下焚烧，熔融、混合。旋窑炉内温度控制在1450～1530℃；通入的气体为富氧空气或氧气，并使旋窑炉腔内形成旋转氧环境。旋窑炉的高温和旋转氧环境能起到如下作用：①使固体废弃物中的有机成份完全燃烧；②使焚烧灰份完全氧化变成无机氧化物；③使熔融体完全混合均匀。整个焚烧系统采用全自动化控制，与传统立窑相比，对燃料要求不高，且能连续生产。由于自身的旋转使进入的富氧空气或氧气形成旋转氧环境，能使固体废弃物充分燃烧的同时，熔融体完全混合均匀，能有效控制炉内1450～1530℃的温度，使熔融体粘度在0.5～2.5Pa·s之间，保证熔融体良好的成纤性能等特点。
本技术具有如下特点：
1)独特的岩棉制作工艺
利用旋转窑炉内特有的高温特性，在过量空气条件下燃烧所形成的氧化气氛(岩棉的组份均为氧化性物质)以及适当的添加剂确保熔融体能够满足要求，且岩棉满足标准GB/T11835-2007。
2)一种节能工艺：充分利用固体废弃物中有机质的燃烧热能，和传统利用矿石制作岩棉相比，最大程度降低矿石熔融所需要的燃料。
3)一种安全环保的固体废弃物处理的工艺
①、固体废弃物中的有机物充分燃烧，由于处理温度高达1500℃，对传统焚烧工艺中出现的二噁英等有机污染物的处理相当彻底，高温条件下处理率达99.99％以上，趋近零排放。
②、由于采用高温熔融技术和骤冷的工艺，将生活垃圾中的重金属永固锁定在硅酸盐网络中。
总之，本发明在实施固体废弃物处理的过程中，充分实现了固体废弃物的资源化利用，并达到污染物零排放的要求。具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
附图为本发明中利用固体废弃物熔融制造岩棉板的方法的工艺流程图。
预处理好的固体废弃物、添加剂1#和添加剂2#分别放入均化仓1、均化仓2和均化仓3，三种物料分别在螺旋给料器4、振动给料器5和皮带给料机6、振动给料器7和皮带给料机8的作用下，按一定比例给料并输送至双辊搅拌机9进行混合，混合均匀后送入旋窑焚烧炉10。在油泵11输入辅助燃料重油和燃烧风机12鼓入大量气体的情况下，点燃重油燃烧器13，固体废弃物在旋窑炉14中焚烧、熔融，并和熔融的添加剂1#、添加剂2#充分混合。固体废弃物焚烧产生的烟气进入二燃室15，烟气经处理后达标排放并进行热能回收，产生的熔融体则经熔融物流槽16进入高速离心机17，熔融体在高速离心机17的作用下甩丝成纤，生产出岩棉纤维。岩棉纤维再进入纤维成型室18，由喷胶系统19掺入一种特殊粘结剂后，经固化炉20固化成型，再经切割卷毡机21切割卷毡等工序制成岩棉板产品。
具体实施方式
通过下面的实施例对本发明做进一步说明，但它并不限制本发明的保护范围。
实施例一：
某垃圾处理场的生活垃圾，经分选、粉碎、干燥等预处理后，测量其含水率为35％。取含水率为35％的生活垃圾1000Kg，并加入80Kg添加剂1#和95Kg添加剂2#，充分混合均匀，再采用本发明的岩棉生产工艺生产岩棉板。控制旋窑炉的温度为1500℃，熔融体的酸度系数约为1.45，且化学成份波动范围较小。生产出的岩棉板通过力学性能的测试发现，符合普通岩棉板质抗压和抗拉等强度要求；将该岩棉板破碎成粒径小于5mm的碎渣，进行危险废物浸出毒性鉴别后发现其重金属含量也远远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-1996)限定值。
实施例二：
某市政污水处理厂的污泥经干燥预处理后，测量其含水率为50％，含水率为50％的污泥1000Kg，并加入60Kg添加剂1#和65Kg添加剂2#，充分混合均匀，再采用本发明的岩棉生产工艺生产岩棉板。控制旋窑炉的温度为1450℃，熔融体的酸度系数约为1.6，且化学成份波动范围较小。生产出的岩棉板通过力学性能的测试发现，符合普通岩棉板质抗压和抗拉等强度要求。将该岩棉板破碎成粒径小于5mm的碎渣，进行危险废物浸出毒性鉴别后发现其重金属含量也远远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-1996)限定值。
实施例三：
某河道清污淤泥去除粗石等，经干燥预处理后，测量其含水率为45％。取含水率为45％淤泥1000Kg，并加入4.5Kg添加剂1#和4.6Kg添加剂2#，充分混合均匀，再采用本发明的岩棉生产工艺生产岩棉板。控制旋窑炉的温度为1530℃，熔融体的酸度系数约为1.7且化学成份波动范围较小。生产出的岩棉板通过力学性能的测试发现，符合普通岩棉板质抗压和抗拉等强度要求。将该岩棉板破碎成粒径小于5mm的碎渣，进行危险废物浸出毒性鉴别后发现其重金属含量也远远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-1996)限定值。
Claims (8)
1.一种利用固体废弃物熔融制造岩棉板的方法，其特征是：采用的工艺方法为预处理好的固体废弃物如城市生活垃圾、市政污泥和河流淤泥及添加剂1#、添加剂2#分别在螺旋给料器和振动给料器的作用下，按一定比例进入双辊搅拌机进行混合，混合均匀后送入旋窑焚烧炉，在通入大量气体的情况下，点燃助燃剂重油，固体废弃物在旋窑炉中焚烧、熔融；固体废弃物焚烧产生的烟气进入二燃室并经过处理后达标排放，进行热能回收利用，产生的熔融体则经熔融物流槽进入离心机，熔融体在高速离心机的作用下甩丝成纤，生产出岩棉纤维；岩棉纤维进入纤维成型室，掺入一种特殊粘结剂后，经固化炉、切割卷毡等工序制成岩棉板产品。
2.根据权利要求1所述的利用固体废弃物熔融制造岩棉板的方法，其特征是：固体废弃物指的是城市生活垃圾、市政污泥、河流淤泥等。
3.根据权利要求1所述的利用固体废弃物熔融制造岩棉板的方法，其特征是：添加剂1#为钙盐，添加剂2#为铝铁复合盐。
4.根据权利要求1、3所述的利用固体废弃物熔融制造岩棉板的方法，其特征是：固体废弃物和添加剂投加质量比分别为：
固体废弃物∶添加剂1#＝100∶4.5～8.0 最佳为100∶5.0
固体废弃物∶添加剂2#＝100∶4.6～9.5 最佳为100∶5.3
5.根据权利要求1、3所述的利用固体废弃物熔融制造岩棉板的方法，其特征是：加入的添加剂调质使固体废弃物熔融料的酸度系数至1.4～1.8，以满足岩棉板配方要求。
6.根据权利要求1所述的利用固体废弃物熔融制造岩棉板的方法，其特征是：旋窑炉提供的温度在1450～1530℃之间，使固体废弃物充分熔融，粘度保持在0.5～2.5Pa·s。
7.根据权利要求1所述的利用固体废弃物熔融制造岩棉板的方法，其特征是：通入的气体可以为富氧空气、氧气。
8.根据权利要求1、7所述的利用固体废弃物熔融制造岩棉板的方法，其特征是：通入的气体在旋窑炉中形成旋转氧，保证固体废弃物充分熔融氧化并混合均匀。
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Inventor after: Liu Mengqi Inventor after: Zhou Gangquan Inventor before: Wang Zhijun Inventor before: Liu Mengqi Inventor before: Zhou Gangquan |
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| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Shenzhen Derun Environmental Protection Investment Co., Ltd. Zhou Gangquan Document name: Notification that Application Deemed to be Withdrawn |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100602 |