CN106224979B - 一种危险废物焚烧底渣资源化利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对危险废物焚烧底渣处置问题，提出一种以常见有机危险废物焚烧底渣为原料，适当配比以SiO2、Al2O3为主要成分的黏土、粉煤灰、沸石、页岩、煤矸石等作为辅料形成混料，采用电弧炉作为主体反应装置对混料进行熔融处理，最终形成的熔渣具有高度惰性，可直接作为多种建筑材料烧制原料。经过此法处理后危险废物焚烧底渣中有毒有害物质得到进一步固化，减少了环境危害，解决了危险废物焚烧底渣处置难题并使其得到资源化利用，具有良好的环境和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，具体说是一种利用电弧炉熔融处理危险废物焚烧底渣实现资源化利用的方法，属于环境保护技术领域。
背景技术
2015年我国危险废物处置量达到1130万吨，其中约50%进行焚烧处置，产生的危险废物焚烧底渣量约为113万吨。根据《国家危险废物名录》（2016版）要求，危险废物焚烧、热解等处置过程产生的底渣仍然纳入危险废物管理（废物类别HW18，废物代码772-004-18），而我国对于焚烧底渣主要采用安全填埋的方式进行最终处置，巨大产生量的危险废物焚烧底渣给危险废物填埋场库容造成越来越大的压力。因此，探寻新的焚烧底渣处置技术，实现焚烧底渣的减量化与资源化利用具有重大的现实意义。
高温熔融指是在高温(1300℃以上)条件下,有机物发生热分解、燃烧及气化,而无机物则熔融形成玻璃质熔渣。利用电弧炉对危险废物焚烧底渣进行熔融处理，焚烧底渣中的二噁英等有机污染物受热分解破坏，焚烧底渣中所含有的沸点较低的重金属盐类，少部分发生气化现象，大部分则转移到玻璃态熔渣中,被包裹在Si-O网格中，大大降低了浸出可能性。焚烧底渣经过电弧炉熔融后,密度大大增加,减容可达2/3以上，同时通过在熔融过程中添加熔剂助熔并利用石膏、方解石、赤铁矿等造渣，所得熔融炉渣冷却造粒后可用作制造陶粒等建筑材料，达到资源化利用的目的。该方法可以实现对危险废物焚烧底渣的无害化、减量化和资源化，符合国家危险废物处理处置原则，既解决了焚烧底渣可能造成的二次污染问题，缓解填埋场库容压力，同时实现资源化利用，符合国家环保技术的攻关发展方向，具有良好的市场应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，通过电弧炉熔融处理危险废物焚烧底渣，解决焚烧底渣须作为危险废物处置的难题，并使其得到资源化利用。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，包括以下步骤：
（1）将危险废物焚烧底渣与辅料混合制成混料，所述辅料为黏土、粉煤灰、沸石、页岩、煤矸石等其中的一种或几种；
（2）将上述混料投入电弧炉，入炉前确保混料不呈现大块板结或未经破碎的状态；
（3）电弧炉升温至1400~1600℃，升温过程中吹入炭粉保持炉内弱还原性气氛，至电弧炉内混料呈熔融玻璃态；
（4）炉内混料全部熔融后，控制电弧炉温度保持1300~1400℃，向电弧炉中投入造渣剂造渣，同时吹入氧气保持炉内氧化气氛；
（5）造渣完成后排出熔渣；
（6）待熔渣冷却后将熔渣造粒。
本发明进一步限定的技术方案是：前述的危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，所述辅料添加量为控制混料中SiO2+Al2O3的质量分数60%~75%。
将危险废物焚烧底渣与辅料混合制成混料，将混料投入电弧炉中进行熔融处理，为加快反应速率降低熔融温度，混料入炉前应呈颗粒状或粉状，若混料呈现大块板结或未经破碎的现象则需要进行破碎或球磨处理。将电弧炉升温至1400~1600℃，升温过程中吹入炭粉保持炉内弱还原性气氛，进一步降低熔融温度，保证炉内熔融反应充分进行。待炉内混料全部熔融呈玻璃态后，控制电弧炉温度保持1300~1400℃，向电弧炉中投入造渣剂造渣。造渣同时吹入氧气保持炉内氧化气氛，氧化气氛下熔渣中所含Fe以Fe2O3形式存在，可以增强最终出炉熔渣强度，同时避免FeO与SiO2形成低熔点共熔体，导致炉内物料再度熔融从而影响造渣。造渣完成后将熔渣排出，所得熔渣冷却造粒后可直接作为陶粒等建筑材料烧制原料使用。
进一步的，前述的危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，炉内混料全部熔融后，向炉内添加占混料总量的10%~20%造渣剂进行造渣。
危险废物焚烧底渣与辅料主要成分为SiO2、Al2O3；熔剂主要成分为CaO、K2O、Na2O、MgO、FeO等；造渣剂主要成分为Fe2O3、FeS2、CaCO3、CaMg(CO3)2、CaSO4，熔融反应的主要反应包括：
3Al2O3▪2SiO2 +CaO→CaO +Al2O3+2SiO2；
CaO▪Al2O3▪2SiO2 +2CaO→2CaO▪Al2O3▪SiO2+SiO2；
CaO▪SiO2 +CaO→3CaO▪2SiO2；
SiO2 +CaO→CaO▪SiO2。
最终熔融熔渣的主要成分以SiO2-Al2O3-CaO-Fe2O3熔融四相体形式存在，熔渣具有高强度、致密、无臭、无毒性、不含可燃成分等特性。
前述的危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，所述步骤（3）的熔融玻璃态熔渣中添加熔剂用于助熔，所述熔剂为CaO、K2O、Na2O、MgO、FeO的一种或者几种，熔剂添加量为控制熔渣的碱度为0.5~1.4。
熔融玻璃态熔渣中存在大量氧化物，如Al2O3、CaO、SiO2和FeO等，以及氧化物在熔融物质中形成复杂的大离子团和分子团，使其流动性降低，这不利于后续造渣。所以在熔融过程要增加熔渣流动性，提高反应速度，添加CaO、K2O、Na2O、MgO、FeO等碱性氧化物可显著降低熔融温度，加快反应速度。助熔剂能在较低温度下开始形成熔液，使熔渣具有较好的膨胀性能，利于后续造渣。
适当的配比可以保证混料中SiO2+Al2O3质量分数居于合理的范围之内，可以实现熔融处理所得熔渣造粒后直接用作陶粒等建筑材料原料。过高的SiO2+Al2O3含量会使熔点升高，黏度增大，膨胀性降低，增加后续制造陶粒等建筑材料的工艺难度；过低的SiO2+Al2O3含量则会影响后续产品陶粒等建筑材料的强度。
前述危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，控制电弧炉温度1300~1400℃，向电弧炉投入造渣剂造渣，所述造渣剂为Fe2O3、FeS2、CaCO3、CaMg(CO3)2、CaSO4的一种或几种。造渣剂种类的选择根据最终出炉熔渣用途决定，如熔渣用于制作陶粒等对膨胀性有一定要求的建筑材料时，选择CaCO3、CaMg(CO3)2、CaSO4等作为造渣剂，造渣过程中造渣剂产气从而改善膨胀温度下的熔渣膨胀性；如熔渣用于制作骨料等对强度要求较高的建筑材料时，选择Fe2O3、FeS2等作为造渣剂，氧化气氛下Fe以Fe2O3形式存在，增强熔渣表面强度。
本发明的有益效果是：本发明针对日益突出的危险废物焚烧底渣处置难的问题，采用电弧炉作为主体装置对危险废物焚烧底渣进行资源化利用处理，其有益效果包括：（1）高度固化危险废物焚烧底渣中有毒有害物质，减少对环境的污染；（2）对危险废物焚烧底渣实现明显减容，大幅缓解填埋场库容压力；（3）所得熔渣造粒后直接作为陶粒或其他建筑材料原料使用，实现危险废物焚烧底渣资源化利用，具有良好经济效益。
附图说明
图1为本发明处理工艺流程示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，处理过程如图1所示，包括以下步骤：
（1）将危险废物焚烧底渣与黏土、粉煤灰以及沸石混合制成混料；黏土、粉煤灰、沸石添加量为控制混料中SiO2+Al2O3质量分数70%；
（2）将上述混料投入电弧炉，入炉前混料呈颗粒状或粉状；
（3）电弧炉升温至1500℃，升温过程中吹入炭粉保持炉内弱还原性气氛，至电弧炉内混料呈熔融玻璃态；熔融过程中添加石灰助熔，石灰添加量为控制熔渣的碱度在1.0；
（4）炉内混料全部熔融后，控制电弧炉温度保持1300~1400℃，向电弧炉中投入占混料总量的12%的方解石和石膏进行造渣，同时吹入氧气保持炉内氧化气氛；
（5）造渣完成后排出熔渣；
（6）待熔渣冷却后将熔渣造粒。
本实施例中危险废物焚烧底渣主要成分如表1：
表1 危险废物焚烧底渣主要成分（质量分数：%）
| 成分 | NaCl | Na2O | Al2O3 | SiO2 | CaO | Fe2O3 |
| 含量 | 3.97 | 12.81 | 6.22 | 49.32 | 7.59 | 13.9 |
添加的辅料主要分成如表2：
表2 辅料技术条件
| 辅料 | 黏土 | 沸石 | 粉煤灰 |
| 成分 | SiO2+ Al2O3＞80% | SiO2+Al2O3＞75% | SiO2+ Al2O3＞85% |
添加的助熔剂、造渣剂主要分成如表3：
表3 助溶剂、造渣剂技术条件
熔融反应包括水分干燥、多晶转变、熔融相变以及部分盐类的挥发、残余有机物的分解或燃烧等阶段。经过熔融处理的熔渣变为高度惰性的玻璃态物质，实现对入炉混料的稳定化和减量化处置。但是过于致密的玻璃态物质由于其膨胀性、产气性较差，会增加后续将熔融炉渣作为原料制作建筑陶粒的工艺难度。本实施例中，在熔融过程中向炉内吹入炭粉保持弱还原性气氛，降低炉内混料熔融温度，同时添加CaO等助熔，保持熔融玻璃态熔渣的流动性，加速熔融反应速率。熔融反应完成后，将电弧炉温度控制在1300~1400℃，炉内熔渣处于软化、变形状态，向炉内加入石膏、方解石作为造渣剂产气，生成的SO2、CO2气体使熔渣适度膨胀，改善其膨胀性能。同时向炉内吹氧保持炉内氧化气氛，适当提高炉内混料熔融温度，防止混料出现再次熔融从而影响造渣。本例中危险废物焚烧底渣与黏土、粉煤灰、沸石等辅料配比后经电弧炉熔融处理，通过熔融气氛控制、助熔剂和造渣剂添加，最终形成的熔融炉渣具有较好的膨胀性和产气性，可以直接作为建筑陶粒原料使用，实现资源化利用。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将危险废物焚烧底渣与辅料混合制成混料，入炉前混料颗粒直径小于80mm；所述辅料为黏土、粉煤灰、沸石、页岩以及煤矸石中的一种或几种，所述辅料添加量为控制混料中SiO2+Al2O3的质量分数60%~75%;
（2）将上述混料投入电弧炉，电弧炉升温至1400~1600℃；
（3）在升温过程中吹入炭粉保持炉内弱还原性气氛，至电弧炉内混料呈熔融玻璃态；
（4）炉内混料全部熔融后，控制电弧炉温度保持1300~1400℃，向电弧炉中投入造渣剂造渣，同时吹入氧气保持炉内氧化气氛；造渣剂添加量占混料总量的10%~20%进行造渣；
（5）造渣完成后排出熔渣；
（6）待熔渣冷却后将熔渣造粒。
2.根据权利要求1所述的危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，其特征在于：所述步骤（3）的熔融玻璃态熔渣中添加熔剂用于助熔，所述熔剂为CaO、K2O、Na2O、MgO、FeO的一种或几种，所述熔剂添加量为控制熔渣的碱度在0.5~1.4。
3.根据权利要求1所述的危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，其特征在于：所述造渣剂为Fe2O3、FeS2、CaCO3、CaMg(CO3)2、CaSO4中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的危险废物焚烧底渣资源化利用的方法，其特征在于：所述步骤（4）的造渣剂种类选择根据最终熔渣用途决定，当熔渣用于制作对膨胀性要求高的建筑材料时，选择CaCO3、CaMg(CO3)2、CaSO4中的一种或几种材料作为造渣剂；当熔渣用于对强度要求高的建筑材料时，选择Fe2O3、FeS2中的一种或两种材料作为造渣剂。
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