CN102962240B

CN102962240B - 一种利用硅粉水热养护稳定化处理垃圾焚烧飞灰的方法

Info

Publication number: CN102962240B
Application number: CN201210484497.XA
Authority: CN
Inventors: 陈泉源; 李新颖; 袁正璞; 谢学报; 张盛汉; 柳欢欢; 王密灵; 冯玥; 谭德俊; 马冬梅; 张定定; 吕璠璠
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2032-11-23
Also published as: CN102962240A

Abstract

本发明涉及一种利用硅粉水热养护稳定化处理垃圾焚烧飞灰的方法，包括：将质量百分比为80%~95%的垃圾焚烧飞灰和5%~20%的硅粉均匀混合，加水，经搅拌、成型、养护至成品；其中养护分为两段，第一个阶段是空气自然养护，养护时间1~3天，第二个阶段养护温度为100℃，压力为0.2MPa，养护时间7~25天。本发明方法工艺简单、成本低、飞灰处理量大、可操作性强；本发明处理后的产物均满足GB/T5101-1998中MU10标准，且满足浸出毒性标准，可以作为新型建筑材料使用。

Description

一种利用硅粉水热养护稳定化处理垃圾焚烧飞灰的方法

技术领域

本发明属于处理垃圾焚烧飞灰的方法领域，特别涉及一种利用硅粉水热养护稳定化处理垃圾焚烧飞灰的方法。

背景技术

随着城市化进程的加快和人们物质生活的提高，我国城市生活垃圾的数量每年以8%~10%的数量递增，据统计，2011年排放量已经超过2.9亿吨，清运量越2亿吨。垃圾焚烧具有减量化效果显著（体积减小95%，重量减少75%）、无害化较彻底、资源化利用（回收热能发电）等优点。近年来，我国大部分发达城市热值高于3344KJ/Kg的焚烧最低热值限，且我国各级政府对垃圾焚烧发电产业的鼓励力度较大，颁布了一系列政策法规和优惠政策鼓励垃圾焚烧发电产业。

我国生活垃圾焚烧所占比例逐年增加，至2012年在建和建成的垃圾焚烧厂100余座，占垃圾总处理量的16%左右，其中超过70%的生活垃圾焚烧厂集中在我国经济发达、用地紧张的东部地区。就上海市而言，目前生活垃圾焚烧产生的飞灰年产量是4万吨左右。《国家危险废物名录》把固体废物焚烧飞灰列为危险废物标号HW18251，因为其含有可浸出的重金属，如铅（Pb）、镉（Cd）、铜（Cu）、锌（Zn）等，及微量的二噁英（PCDD）、呋喃（PCDF）等有机物，在其进行最终处置之前需经过固化稳定化处理。

生活垃圾焚烧飞灰处理方法分为两大类：（1）水泥固化、沥青固化、熔融固化和化学药剂稳定化，经处理后，如满足浸出毒性标准或资源化标准，可填埋或资源化利用。水泥固化法主要利用水化产物的物理包容和化学吸附固化重金属，价格低廉但增容率大。化学药剂稳定法是利用化学药剂，将可溶的重金属离子变成低溶解度的高分子络合物或者无机矿物质从而达到稳定化的效果，该法操作简便，但很难找到一种普遍适用且低廉的药剂。高温处理法重金属稳定化效果好，残渣可以作为建材原料再利用，但能耗大费用高，产生的尾气处理过程复杂。（2）飞灰经水洗简单处理后，作为原料生产绿色水泥、混凝土、陶粒、玻璃等材料。飞灰经水洗后，部分重金属和有机物部分转移到废水中，需对废水进行进一步处理。

目前，我国垃圾焚烧飞灰掺入水泥、螯合剂进行稳定化处理后，作为危险废物填埋，填埋费用很高（如上海高达2400元/吨），亟需垃圾焚烧飞灰无害化、资源化处理新方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用硅粉水热养护稳定化处理垃圾焚烧飞灰的方法。该方法工艺简单、成本低、飞灰处理量大、可操作性强，处理后的产物均满足GB/T5101-1998中MU10标准，且满足浸出毒性标准，可以作为新型建筑材料使用。

本发明的一种利用硅粉水热养护稳定化处理垃圾焚烧飞灰的方法，包括：

将质量百分比为80%~95%的垃圾焚烧飞灰和5%~20%的硅粉均匀混合，加水，经搅拌、成型、养护至成品，使飞灰中的污染物和大量的活性成分在火山灰反应的作用下转化为水化硅酸钙胶凝体，形成在自然界中可以长期稳定的化学形态；经过稳定化后的飞灰浸出毒性满足普通填埋场入场要求，当硅粉掺量百分比≥10%时，强度>10MPa，可以资源化作为建材使用。

养护分为两段，第一个阶段是空气自然养护，养护时间1~3天，第二个阶段养护温度为100℃，压力为0.2MPa，养护时间7~25天。

所述硅粉中SiO₂含量大于92%，粒度小于5微米，比表面积为15~25m²/g。

水分添加量要满足水灰比为0.4左右，即添加水重量与物料总重量的比值为0.4左右，可根据季节、温度等具体情况改变水灰比；

所述搅拌时间为3~5min。

所述成型时间为10~30min。

本发明原理为：硅粉是一种颗粒极细（粒径为0.2~2um，是水泥粒径的1/50~1/100，活性很高（比表面积为15~25m²/g）的掺合材料，其主要成分为无定形二氧化硅，含量大于92%。垃圾焚烧飞灰中大量的CaO，与水反应生成Ca(OH)₂，由于硅粉活性很高，硅粉与Ca(OH)₂反应生成硅酸钙聚合物（C-S-H凝胶），填充在飞灰颗粒间的空隙，改善界面结构及粘结力，从而提高硬化体的强度。另外混凝土中掺硅粉后，超细孔隙增加，超细孔隙对重金属有较大的吸附作用。飞灰中的重金属通过吸附、吸收、沉降、离子交换、钝化等多种方式发生反应，最终以氢氧化物或络合物的形式停留在C-S-H表面上，从而被固化。水热条件的养护方法则加快了火山灰反应的进行，从而短时间内既使硬化体具有一定的强度又满足重金属浸出毒性的要求。

在本发明中，需要有几个关键的参数选定，分别为水的添加量、硅粉的添加量、搅拌时间、养护条件等。水分添加不足时，反应不彻底，固化效果和材料的强度都会降低；水分过多时在固体物内部留下空隙，严重影响固体物的强度。为了获得质量良好的固化体，成型后需在适宜的条件下养护。由于各焚烧飞灰性质不同，这几个参数也会相应的随之变化，可以对本发明中关键参数的选择做出一些适当的改变。

采用的实验材料是生活垃圾焚烧炉布袋除尘器收集的飞灰，含水率0.5%，该飞灰及其配料硅粉的主要成分见表1。飞灰样品根据《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（GB5086.2-1997）、《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）、《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》（HJ/T300-2007）进行浸出毒性试验，采用火焰原子吸收法测定飞灰重金属总量和浸出液的重金属浓度，分析结果如表2。

表1飞灰和偏高岭土主要成分的质量百分含量单位：%

表2-2垃圾焚烧飞灰重金属全含量和浸出质量浓度及相关国家标准限值

原灰中Pb、Cd、Cu和Zn四种元素重金属含量和浸出含量都较高，尤其是Pb和Cd的浸出浓度大于GB5085.3-2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别，所以主要考察本方法对焚烧飞灰中Pb和Cd的稳定化效果，以及对Cu和Zn的影响。

有益效果

（1）本发明处理后的产物均满足GB/T5101-1998中MU10标准，且满足浸出毒性标准，可以作为新型建筑材料使用；

（2）本发明生产工艺简单、成本低，没有二次污染，机械化操作性强，为垃圾焚烧飞灰处理处置提供了新途径。

附图说明

图1为本发明的焚烧飞灰稳定化处理工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

称取生活垃圾焚烧飞灰600g和硅粉150g，放置于水泥胶砂搅拌机中，搅拌均匀，加入水溶液300ml，持续搅拌5min后，注入模型振实，在空气中静止24h后脱模；在空气养护至成品。100×100×100mm测强度为22.3MPa。

实施例2

称取生活垃圾焚烧飞灰690g和硅粉60g，放置于水泥胶砂搅拌机中，搅拌均匀，加入水溶液300ml，持续搅拌5min后，注入模型振实，在空气中静置24h后脱模；在空气中自然养护3天，在高压恒温水浴箱中在100摄氏度下养护，养护时间25天，然后在空气中养护至成品。

实施例3

称取生活垃圾焚烧飞灰675g和硅粉75g，放置于水泥胶砂搅拌机中，搅拌均匀，加入水溶液300ml，持续搅拌5min后，注入模型振实，在空气中静止24h后脱模；在空气中自然养护3天，在高压恒温水浴箱中在100摄氏度下养护，养护时间25天，然后在空气中养护至成品。

实施例4

称取生活垃圾焚烧飞灰645g和硅粉105g，放置于水泥胶砂搅拌机中，搅拌均匀，加入水溶液300ml，持续搅拌5min后，注入模型振实，在空气中静止24h后脱模；在空气中自然养护3天，在高压恒温水浴箱中在100摄氏度下养护，养护时间25天，然后在空气中养护至成品。

实施例5

称取生活垃圾焚烧飞灰600g和硅粉150g，放置于水泥胶砂搅拌机中，搅拌均匀，加入水溶液300ml，持续搅拌5min后，注入模型振实，在空气中静止24h后脱模；在空气中自然养护3天，在高压恒温水浴箱中在100摄氏度下养护，养护时间25天，然后在空气中养护至成品。

将按实施例1-5制备的养护28天的样品进行抗压强度测试，并按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》、《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》、《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》对实施例1制备的养护135天后的样品进行浸出毒性试验。对实施例2-5制备的养护25天后空气中养护2天进行浸出毒性试验。其中，抗压强度测试方法参照国家标准GB/T50081-2002，醋酸缓冲溶液法使用浸提剂2^#。

表3浸出毒性测试结果

从上表可以看出，采用三种不同测试方法检测的固化物中Pb的浸出量在实例1~5中小于GB5085.3-2007危险废物鉴别标准的浸出毒性鉴别标准。固化效果较好。固化物中Cd的浸出量大于GB5085.3-2007危险废物鉴别标准的浸出毒性鉴别标准。与飞灰的浸出相比，固化物中Cu的三种浸出方法中均有所下降，而固化物中Zn在水平振荡法和硫酸硝酸法中的浸出量有所下降，而在醋酸缓冲溶液法中有大幅度增加，但仍小于GB5085.3-2007危险废物鉴别标准的浸出毒性鉴别标准。

Claims

1.一种利用硅粉水热养护稳定化处理垃圾焚烧飞灰的方法，包括：

将质量百分比为80％～95％的垃圾焚烧飞灰和5％～20％的硅粉均匀混合，加水，经搅拌、成型、养护至成品；其中养护分为两段，第一个阶段是空气自然养护，养护时间1～3天，第二个阶段养护在高压恒温水浴箱中进行，养护温度为100℃，压力为0.2MPa，养护时间7～25天；所述硅粉中SiO₂质量百分含量大于92％，粒度小于5微米，比表面积为15～25m²/g；其中水分添加量为水灰比0.4；其中水灰比为添加水重量与物料总重量的比值。

2.根据权利要求1所述的一种利用硅粉水热养护稳定化处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述搅拌时间为3～5min。

3.根据权利要求1所述的一种利用硅粉水热养护稳定化处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述成型时间为10～30min。