CN105299657B - 一种赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将赤泥干燥后研磨成粉末，添加10wt％至15wt％的强碱，在750℃至850℃之间煅烧活化，冷却后得到所述重金属固化剂；(2)将重金属固化剂和生活垃圾焚烧飞灰混合后得到混合物粉末，所述混合物粉末中重金属固化剂的质量比例在45％至60％之间；将所述混合物粉末按水灰比0.4至0.6加水搅拌均匀得到净浆；(3)将净浆在常温、常压下养护14至28天，得到垃圾焚烧飞灰复合固化体。本方法能同时解决赤泥和生活垃圾焚烧飞灰处置问题，固化效果稳定，步骤简单易行，适合大规模推广。
Description
技术领域
本发明属于废物处理领域，更具体地，涉及一种赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法。
背景技术
赤泥(Red Mud)是氧化铝厂碱法处理铝土矿后排放的不溶性工业固废。通常，生产一吨氧化铝将产生1-2吨赤泥。目前我国赤泥排放量已超过3000万吨，属于大宗工业废渣。赤泥具有粒径细小、比表面积大、含水率高、含碱量高(Na2O含量)等特点，属于强碱废渣，是一种严重的碱性污染源。赤泥堆存占用大量的土地，高碱性的渗滤液对周围土壤和地下水存在严重的威胁。同时因为强碱性质，植物难以生存，赤泥堆场无植被覆盖，直接暴露在风雨的吹刮冲蚀下，扬尘和径流容易破坏周围生态环境。
近年来，随着城市生活垃圾的迅速增加以及生活垃圾卫生填埋处置的弊端凸显，生活垃圾焚烧处置因其较高的减容比和热产能回收等优势已成为越来越多城市的选择。生活垃圾焚烧飞灰(MSWI Fly Ash)是垃圾焚烧烟气净化系统中收集得到的残余物，占焚烧垃圾总量的2-5％。虽然同为烟气净化系统收集得到的细灰，垃圾焚烧飞灰与燃煤产生的粉煤灰在性质和组成上有着巨大不同。粉煤灰由于含有大量活性二氧化硅、氧化铝等成分，已广泛应用于混凝土等建筑材料，而垃圾焚烧飞灰则含有大量有毒物质，是一种典型的危险废物，需要进行特别处置。垃圾焚烧飞灰中含有Pb、Cd、Hg、Cr、Zn等大量重金属，并且浸出毒性高等特点。垃圾焚烧飞灰中溶解盐含量一般高达20％以上，以Ca、Na和K的氯化物为主，处置时不仅有可能污染地下水和附近水体，而且氯化物的大量存在会增加其它污染物的溶解性。此外，垃圾焚烧飞灰残留少量未彻底销毁的二噁英和呋喃(PCDD/PCDFs)剧毒有机污染物。据文献，垃圾焚烧飞灰中二噁英和呋喃毒性当量在10ng/g左右。在垃圾焚烧飞灰运输、贮存、处理和处置时，上述污染物可能会对人类健康和环境形成潜在污染风险和实际危害。
目前，赤泥处理与处置是一项世界性的难题，我国赤泥综合利用率仅有4％左右，绝大部分赤泥仍然采用沟谷拦坝、凹地充填、平地高台等方法堆存。赤泥堆场的建设与维护成本高昂，并存在严重的环境风险。国内外生活垃圾焚烧飞灰主要通过固化稳定化方式对其进行处置，包括水泥或螯合剂固化、等离子体炬高温熔融固化、水泥窑协同处置等方法。水泥或螯合剂固化成本较高且固化体长期稳定性较差；等离子体炬高温熔融固化能耗和成本都较高；水泥窑协同处置受到运输距离的限制。将赤泥与生活垃圾焚烧飞灰进行协同处置的方法目前还未见报道。
因此，目前亟需一种能同时实现赤泥和生活垃圾焚烧飞灰协同处置，且处理成本较低，垃圾焚烧飞灰固化稳定化效果较好，固化体具有长期稳定性和安全性的方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，其目的在于将赤泥活化为重金属固化剂，利用垃圾焚烧飞灰中含有潜在活性的SiO2、Al2O3的特点，配合赤泥中的Na2O、SiO2,Al2O3等物质，发生胶凝聚合反应形成复合固化体，固化垃圾焚烧飞灰中的重金属，由此解决赤泥处置和生活垃圾焚烧飞灰处置的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，包括以下步骤：
(1)制备重金属固化剂：将赤泥干燥后研磨成粉末，添加10wt％至15wt％的强碱，在750℃至850℃之间煅烧活化，冷却后得到所述重金属固化剂；
(2)制备净浆：将步骤(1)中制备的重金属固化剂和生活垃圾焚烧飞灰混合后得到混合物粉末，所述混合物粉末中重金属固化剂的质量比例在45％至60％之间；将所述混合物粉末按水灰比0.4至0.6加水搅拌均匀得到净浆；
(3)固化成型：将步骤(2)中制备的净浆在常温、常压下养护14至28天，得到赤泥-垃圾焚烧飞灰复合固化体。
优选地，所述赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，其步骤(1)所述煅烧活化温度为800℃。
优选地，所述赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，其步骤(2)所述煅烧活化时间为1至3小时。
优选地，所述赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，其步骤(1)所述赤泥粉碎后过筛，所述筛的孔径在0.3mm至0.5mm之间。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供的赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，通过将赤泥活化后形成重金属固化剂，与垃圾焚烧飞灰巧妙配合，制浆后固化成型，能将赤泥和生活垃圾焚烧飞灰两种废物协同进行处理处置。
本发明提供的方法，尤其是对于生活垃圾焚烧飞灰的处理而言，将其中含有的重金属稳定固化，固化体稳定安全，浸出毒性低。
同时本发明提供的方法步骤简单易行，大大降低了生活垃圾处理成本，适合大规模推广。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，包括以下步骤：
(1)制备重金属固化剂：将赤泥干燥后研磨成粉末，添加10wt％至15wt％的强碱，在750℃至850℃之间煅烧活化，优选煅烧温度800℃，煅烧时间1至3小时，冷却后得到所述重金属固化剂；赤泥粉碎后过筛，所述筛的孔径在0.3mm至0.5mm之间。
(2)制备净浆：将步骤(1)中制备的重金属固化剂和生活垃圾焚烧飞灰混合后得到混合物粉末，所述混合物粉末中重金属固化剂的质量比例在45％至60％之间；将所述混合物粉末按水灰比0.4至0.6加水搅拌均匀得到净浆；
(3)固化成型：将步骤(2)中制备的净浆在常温、常压下养护14至28天，得到赤泥-垃圾焚烧飞灰复合固化体。
该方法使用方便，与水泥固化类似，可直接与垃圾焚烧飞灰混合后加入水使用，进行常温、常压自然养护，养护后的固化体可直接进入填埋场进行填埋处置。
本发明提供的赤泥与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法，其赤泥经活化预处理后，具有一定胶凝性能，直接加水拌合能获得一定强度。但活化预处理赤泥中Si/Al比偏低，同时赤泥活化过程中使碱含量过量，单独加水制备的胶凝材料结构不够稳定，会丧失后期强度。但生活垃圾焚烧飞灰粒度细而均匀，主要由Al2O3、CaO、SiO2、Fe2O3等物质组成，可作为钙质原料和硅质原料有效补充，加入飞灰后能进一步增加活性SiO2和活性Al2O3含量，并提高Si/Al比，同时吸收过量的碱。生活垃圾焚烧飞灰在游离碱激发下也溶解产生铝氧单体和硅氧单体，参与活化赤泥的聚合反应，形成稳定的聚合铝硅酸钠网络结构。同时在聚合物生成过程中飞灰中的重金属发生转化或被固定在聚合物网络中，实现飞灰中重金属的固化稳定化处理。且固化体因其胶凝特性获得一定强度，也因其稳定的Si-O及Al-O网络结构使具有更好的抗侵蚀性和耐久性，在后续的固化体填埋处置过程中具有更好的稳定性和安全性。
以下为实施例：
实施例1
一种赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，包括以下步骤：
(1)制备重金属固化剂：将赤泥干燥，碾磨过孔径为0.3mm的筛，将过筛赤泥与10％添加量的氢氧化钠均匀混合，在750℃下煅烧3小时，冷却后得到所述重金属固化剂。所述赤泥取自河南某地，其主要化学组成为20.38％SiO2、24.50％Al2O3、9.48％Fe2O3、11.46％Na2O、12.86％CaO，1200℃下烧失量为15.40％。
(2)制备净浆：将步骤(1)中制备的重金属固化剂和生活垃圾焚烧飞灰混合后得到混合物粉末，所述混合物粉末中重金属固化剂的质量比例为45％；将所述混合物粉末按水灰比0.4加水搅拌均匀得到净浆；所述飞灰取自湖北某垃圾焚烧厂，其主要化学组成为：20.48％SiO2、10.16％Al2O3、27.44％CaO、4.25％Fe2O3、3.15％Na2O，1200℃下烧失量为12.91％。
(3)固化成型：将步骤(2)中制备的净浆在常温常压下养护14至28天，得到垃圾焚烧飞灰固化体。
经抗压强度检测，固化体自然养护28天抗压强度为1.5MPa，含水率28.4％，按《固体废物浸出毒性方法醋酸缓冲溶液法》HJ/T 300-2007检测的Cr、Cu、Zn、Pb及Cd五种重金属浸出浓度及《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889-2008中各金属浓度限值如下表所示。
实施例2
一种赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，包括以下步骤：
(1)制备重金属固化剂：将固态或半固态的赤泥干燥，碾磨过孔径为0.4mm的筛，将过筛赤泥与12.5％添加量的氢氧化钠均匀混合，在800℃下煅烧2小时，冷却后得到活化预处理赤泥。所述赤泥取自河南某地，其主要化学组成为20.38％SiO2、24.50％Al2O3、9.48％Fe2O3、11.46％Na2O、12.86％CaO，1200℃下烧失量为15.40％。
(2)制备净浆：将步骤(1)中制备的重金属固化剂和生活垃圾焚烧飞灰混合后得到混合物粉末，所述混合物粉末中重金属固化剂的质量比例为50％；将所述混合物粉末按水灰比0.5加水搅拌均匀得到净浆；所述飞灰取自湖北某垃圾焚烧厂，其主要化学组成为20.48％SiO2、10.16％Al2O3、27.44％CaO、4.25％Fe2O3、3.15％Na2O，1200℃下烧失量为12.91％。
(3)固化成型：将步骤(2)中制备的净浆在常温常压下养护14至28天，得到垃圾焚烧飞灰固化体。
经抗压强度检测，固化体自然养护28天抗压强度为1.9MPa，含水率28.9％，按《固体废物浸出毒性方法醋酸缓冲溶液法》HJ/T 300-2007检测的Cr、Cu、Zn、Pb及Cd五种重金属浸出浓度及《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889-2008中各金属浓度限值如下表所示。
实施例3
一种赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，包括以下步骤：
(1)制备重金属固化剂：将固态或半固态的赤泥干燥，碾磨过孔径为0.5mm的筛，将过筛赤泥与15％添加量的氢氧化钠均匀混合，在850℃下煅烧1小时，冷却后得到活化预处理赤泥。所述赤泥取自河南某地，其主要化学组成为20.38％SiO2、24.50％Al2O3、9.48％Fe2O3、11.46％Na2O、12.86％CaO，1200℃下烧失量为15.40％。
(2)制备净浆：将步骤(1)中制备的重金属固化剂和生活垃圾焚烧飞灰混合后得到混合物粉末，所述混合物粉末中重金属固化剂的质量比例为60％；将所述混合物粉末按水灰比0.6加水搅拌均匀得到净浆；所述飞灰取自湖北某垃圾焚烧厂，其主要化学组成为20.48％SiO2、10.16％Al2O3、27.44％CaO、4.25％Fe2O3、3.15％Na2O，1200℃下烧失量为12.91％。
(3)固化成型：将步骤(2)中制备的净浆在常温常压下养护14至28天，得到垃圾焚烧飞灰固化体。
经抗压强度检测，固化体自然养护28天抗压强度为1.7MPa，含水率28.6％，按《固体废物浸出毒性方法醋酸缓冲溶液法》HJ/T 300-2007检测的Cr、Cu、Zn、Pb及Cd五种重金属浸出浓度及《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889-2008中各金属浓度限值如下表所示。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备重金属固化剂：将赤泥干燥后研磨成粉末，添加10wt％至15wt％的氢氧化钠，在750℃至850℃之间煅烧活化，冷却后得到所述重金属固化剂；
(2)制备净浆：将步骤(1)中制备的重金属固化剂和生活垃圾焚烧飞灰混合后得到混合物粉末，所述混合物粉末中重金属固化剂的质量比例在45％至60％之间；将所述混合物粉末按水灰比0.4至0.6加水搅拌均匀得到净浆；
(3)固化成型：将步骤(2)中制备的净浆在常温常压下养护14至28天，得到垃圾焚烧飞灰复合固化体。
2.如权利要求1所述的赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，其特征在于，步骤(1)所述煅烧活化的温度为800℃。
3.如权利要求1所述的赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，其特征在于，步骤(1)所述煅烧活化的时间为1至3小时。
4.如权利要求1所述的赤泥与生活垃圾焚烧飞灰的协同处置方法，其特征在于，步骤(1)所述赤泥干燥后研磨成粉末后过筛，所述筛的孔径在0.3mm至0.5mm之间。
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