CN106396444A - 一种生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料及其修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，包括按质量百分比计的如下组分：矿渣55～85%，熟料5～25%，氯化钠0～10%，石膏0～10%，碱性激发剂2～8%。该生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料的原材料廉价、易得，且修复方法简单、易行，对垃圾焚烧飞灰本身成分不敏感，可用于绝大部分飞灰的固化稳定化处理处置，且固化效果明显，使飞灰中重金属具有长期稳定性，有效避免了飞灰对环境的二次污染，解决了当前垃圾焚烧厂面临的最紧迫问题，以及飞灰对生态环保和人体健康产生的危害问题。
Description
技术领域
本发明属于危险废物治理环保技术领域，具体涉及一种生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料及其修复方法。
背景技术
随着我国城市规模的扩大，经济水平以及人民生活水平的提高，城市所产生的垃圾量也在日益增大，焚烧法因具有明显的减容、减重、高效、可回收热能等优点，在国内外被广泛应用。然而，在焚烧过程中所产生的飞灰，因含有大量的重金属，二噁英，呋喃等有害物质，被列为要控制的重金属危险废物的范畴，在进行必要的固化稳定化处理之后才可运输，且须进入安全填埋场进行处置，但是安全填埋处理费用很高，且厂址难寻。08年，国家环保部和国家质检总局联合发布了《生活垃圾填埋污染控制标准》，为飞灰进入生活垃圾填埋场进行处置提供了法律依据，但同时也对生活垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理技术提出了更高的要求。
目前，使用最多的飞灰固化稳定化基材仍是硅酸盐水泥，且国内外改进型的硅酸盐水泥也主要集中于四类：硅酸盐水泥掺加混合材，硅酸盐水泥和水玻璃添加复合系列，硅酸盐水泥和还原剂添加复合系列以及石灰硅质混合材复合系列。但是不管是硅酸盐水泥还是改进型的硅酸盐水泥，都是通过发生水化反应形成坚硬固体使重金属污染物趋于稳定，要想达到《生活垃圾填埋污染控制标准》对重金属的渗透要求，其掺量均需高达40%～70%，这样会导致飞灰固化体增容比的大幅度升高，填埋场容积的大幅增加，以及处理费用的大大提高。而且此方法还存在对Zn2+、Pb2+等部分二价两性重金属阳离子和高价重金属阴离子团如CrO4 2-等固化稳定束缚效率低的问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述对垃圾焚烧飞灰固化稳定化处理中存在的不足，提供一种固化效果好，无二次污染的生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料。
本发明的技术方法是提供了一种生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，包括按质量百分比计的如下组分：矿渣55～85%，熟料5～25%，氯化钠0～10%，石膏0～10%，碱性激发剂2～8%。
优化的，该生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，包括按质量百分比计的如下组分：矿渣60～80%，熟料10～20%，氯化钠5～10%，石膏5～10%，碱性激发剂3～6%。
进一步优化的，该生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，包括按质量百分比计的如下组分：矿渣70%，熟料16%，氯化钠5%，石膏5%，偏硅酸钠4%。。
进一步的，上述矿渣为水淬粒化高炉矿渣，碱性激发剂为熟石灰、氢氧化钾、氢氧化钠、偏硅酸钠、偏硅酸钾中的一种或其中两种及两种以上的复合物。
进一步的，上述矿渣和熟料两者中二氧化硅和三氧化铝的总含量不低于60%，二氧化硅和三氧化铝的质量比为2～5。
另外，本发明还提供了一种生活垃圾焚烧飞灰修复方法，包括如下步骤：
1)将凝胶材料的各组分按设计质量百分比进行混合均匀。
2)将步骤1)的胶凝材料和待处理的垃圾焚烧飞灰以干重1:3～1:6称取混合，再按水灰比0.45～0.60加入水，室温下搅拌均匀，形成稠状均匀的灰浆混合物。
3)将步骤2)得到的灰浆混合物标准养护7～28天。
进一步的，上述修复方法的胶凝材料中矿渣和熟料混合进行机械球磨成粉末。
进一步的，上述矿渣和熟料的混合粉末的比表面积大于或等于550m2/kg。
进一步的，上述步骤2)中胶凝材料和待处理的垃圾焚烧飞灰的干重比为1:3～1:6，加入的水灰比为0.45～0.60。
进一步的，上述修复方法中标准养护的条件是温度为25±3℃，相对湿度为99%。
矿渣是具有潜在水硬性的玻璃态物质，在存有化学激发剂的情况下，可以依靠自身的化学组成从而发生水化反应生成胶凝物质，具备一定的水硬性；其原理是打破原有的聚合程度比较高的铝氧四面体，铝氧八面体以及硅氧四面体等这些玻璃体的网络结构，使其解体，解体后的离子团与体系中的水会发生水化反应从而生成水化产物，这些水化产物在含有氯化物和硫酸盐的情况下，还可生成氯铝酸钙和钙矾石。就整个体系而言，水化产物可以有水化硅酸钙，氯铝酸钙，钙矾石，水化硅铝酸钙以及氢氧化钙等。该胶凝材料与垃圾焚烧飞灰水化反应所形成的固化体系中存在如下固化稳定化机理：(1)物力包裹：该固化体系中含有大量水化硅酸钙，此结构可降低整体固化体的渗透性，把重金属污染颗粒包裹固定其中，降低其浸出浓度；(2)物理吸附：该固化体系内部水化产物呈微孔结构，且具有很大的比表面积，不仅可以吸附以大量的阳离子重金属，还可以吸附很多阴离子形式污染物；(3)化学吸附沉淀：该固化体系呈高碱环境，重金属离子（Cd2+，Pb2+和Cr3+等）可以在固化颗粒表面，利用微孔隙中的溶液发生沉淀反应，形成低溶解度的氢氧化物沉淀或者其他共沉淀，从而降低了重金属的浸出性能；(4)离子交换：该固化体系中水化硅酸钙凝胶，水化氯铝酸钙，钙矾石以及氯铝酸钙等水化产物组分，均可承受组分的微小变化，而其结构不发生改变，许多重金属阳离子和重金属阴离子团均能替代其晶格中的Ca2+，Al3+， SO4 2-以及Cl-等，从而被牢固束缚。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的这种生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料的原材料廉价、易得，且修复方法简单、易行，对垃圾焚烧飞灰本身成分不敏感，可用于绝大部分飞灰的固化稳定化处理处置，且固化效果明显，无二次污染，解决了当前垃圾焚烧厂面临的最紧迫问题，以及飞灰对生态环保和人体健康产生的危害问题。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
取 100g广州某垃圾焚烧发电厂正常运行期间不同时段的飞灰混合物，加入20g配制的生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，以质量百分比含量计，矿渣70%，熟料16%，氯化钠5%，石膏5%，偏硅酸钠4%，室温下边搅拌边加入水60g，最终形成稠状均匀的灰浆混合物，标准养护（温度为25±3℃，相对湿度为99%）7天。其中，矿渣为具有活性的水淬粒化高炉矿渣，熟料为达到水泥熟料国家标准产品，两者混合进行机械球磨后，其比表面积大于等于550m2/kg，其中的二氧化硅和三氧化二铝的总含量为81%，二氧化硅和三氧化铝的质量比为4。
对固化稳定化后的生活垃圾焚烧飞灰进行毒性实验，超标元素Pb（11.37mg/L）的浸出浓度为0.23 mg/L，Cd（6.37mg/L）的浸出浓度为0.13 mg/L，Cr（9.23mg/L）的浸出浓度为1.42 mg/L，均满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008) 中的污染浓度限值。
实施例2：
本实施例的处理对象为武汉某垃圾焚烧发电厂飞灰，其飞灰中Cr、As和Pb的浸出浓度分别为13.43mg/L，6.12mg/L和8.32mg/L，超出了其浸出浓度的阈值。
取100g上述武汉某垃圾焚烧发电厂飞灰，加入25g配制的生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，以质量百分比含量计，矿渣60%，熟料20%，氯化钠4%，石膏10%，熟石灰6%，室温下边搅拌边加入水75g，最终形成稠状均匀的灰浆混合物，标准养护（温度为25±3℃，相对湿度为99%）7天。其中，矿渣为具有活性的水淬粒化高炉矿渣，熟料为达到水泥熟料国家标准产品，两者混合进行机械球磨后，其比表面积大于等于550m2/kg，其中的二氧化硅和三氧化二铝的总含量为68%，二氧化硅和三氧化铝的质量比为2。
对固化稳定化后的生活垃圾焚烧飞灰进行毒性实验，结果表明，固化稳定化后的垃圾焚烧飞灰中所有重金属浸出浓度均可以达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008) 中的污染浓度限值。
实施例3：
配制生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，以质量百分含量计，矿渣80%，熟料10%，氯化钠3%，石膏3%，氢氧化钠4%，取该胶凝材料17g加入到100g深圳某生活垃圾焚烧发电厂飞灰中，室温下边搅拌边加入水55g，最终形成稠状均匀的灰浆混合物，标准养护（温度为25±3℃，相对湿度为99%）28天。其中，矿渣为具有活性的水淬粒化高炉矿渣，熟料为达到水泥熟料国家标准产品，两者混合进行机械球磨后，其比表面积大于等于550m2/kg，其中的二氧化硅和三氧化二铝的总含量为74%，二氧化硅和三氧化铝的质量比为2。
对固化稳定化后的飞灰进行毒性实验，超标元素Cr（26.43mg/L）的浸出浓度为4.16mg/L，Cd（6.13mg/L）的浸出浓度为0.23 mg/L，均满足了《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008) 中的污染浓度限值。
实施例4：
本实施例的处理对象为武汉某垃圾焚烧发电厂飞灰，其飞灰中Cr、As和Pb的浸出浓度分别为10.27mg/L，5.32mg/L和11.43mg/L，超出了其浸出浓度的阈值。
配制生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，以质量百分含量计，矿渣85%，熟料5%，石膏8%，偏硅酸钾2%，取该胶凝材料25g加入到100g上述武汉某生活垃圾焚烧发电厂飞灰中，室温下边搅拌边加入水65g，最终形成稠状均匀的灰浆混合物，标准养护（温度为25±3℃，相对湿度为99%）28天。其中，矿渣为具有活性的水淬粒化高炉矿渣，熟料为达到水泥熟料国家标准产品，两者混合进行机械球磨后，其比表面积大于等于550m2/kg，其中的二氧化硅和三氧化二铝的总含量为62%，二氧化硅和三氧化铝的质量比为5。
对固化稳定化后的飞灰进行毒性实验，结果表明，固化稳定化后的垃圾焚烧飞灰中所有重金属浸出浓度均可以达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008) 中的污染浓度限值。
实施例5：
本实施例的处理对象为深圳某垃圾焚烧发电厂飞灰，其飞灰中铅和镉的TCLP浸出浓度分别为46.43mg/L和12.13mg/L，超出了其浸出浓度的阈值。
配制生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，以质量百分含量计，矿渣66%，熟料16%，氯化钠10%，氢氧化钾8%，取该胶凝材料25g加入到100g上述深圳某生活垃圾焚烧发电厂飞灰中，室温下边搅拌边加入水65g，最终形成稠状均匀的灰浆混合物，标准养护（温度为25±3℃，相对湿度为99%）28天。其中，矿渣为具有活性的水淬粒化高炉矿渣，熟料为达到水泥熟料国家标准产品，两者混合进行机械球磨后，其比表面积大于等于550m2/kg，其中的二氧化硅和三氧化二铝的总含量为67%，二氧化硅和三氧化铝的质量比为4。
对固化稳定化后的飞灰进行毒性实验，结果表明，固化稳定化后的垃圾焚烧飞灰中所有重金属浸出浓度均可以达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008) 中的污染浓度限值。
实施例6：
本实施例的处理对象为武汉某垃圾焚烧发电厂飞灰，其飞灰中Cr、As和Pb的浸出浓度分别为11.46mg/L，7.83mg/L和9.74mg/L，超出了其浸出浓度的阈值。
配制生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，以质量百分含量计，矿渣55%，熟料25%，氯化钠7%，石膏10%，碱性激发剂3%，其中，碱性激发剂为氢氧化钠和偏硅酸钠按质量比1:1的混合物，取该胶凝材料30g加入到100g上述武汉某生活垃圾焚烧发电厂飞灰中，室温下边搅拌边加入水59g，最终形成稠状均匀的灰浆混合物，标准养护（温度为25±3℃，相对湿度为99%）28天。其中，矿渣为具有活性的水淬粒化高炉矿渣，熟料为达到水泥熟料国家标准产品，两者混合进行机械球磨后，其比表面积大于等于550m2/kg，其中的二氧化硅和三氧化二铝的总含量为79%，二氧化硅和三氧化铝的质量比为3。
对固化稳定化后的飞灰进行毒性实验，结果表明，固化稳定化后的垃圾焚烧飞灰中所有重金属浸出浓度均可以达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008) 中的污染浓度限值。
综上所述，本发明提供的这种生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料的原材料廉价、易得，且修复方法简单、易行，对垃圾焚烧飞灰本身成分不敏感，可用于绝大部分飞灰的固化稳定化处理处置，且固化效果明显，使飞灰中重金属具有长期稳定性，有效避免了飞灰对环境的二次污染，解决了当前垃圾焚烧厂面临的最紧迫问题，以及飞灰对生态环保和人体健康产生的危害问题。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，其特征在于：包括按质量百分比计的如下组分：矿渣55～85%，熟料5～25%，氯化钠0～10%，石膏0～10%，碱性激发剂2～8%。
2.如权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，其特征在于：包括按质量百分比计的如下组分：矿渣60～80%，熟料10～20%，氯化钠5～10%，石膏5～10%，碱性激发剂3～6%。
3.如权利要求1或2所述的生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，其特征在于：所述矿渣为水淬粒化高炉矿渣，碱性激发剂为熟石灰、氢氧化钾、氢氧化钠、偏硅酸钠、偏硅酸钾中的一种或其中两种及两种以上的复合物。
4.如权利要求3所述的生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，其特征在于：包括按质量百分比计的如下组分：矿渣70%，熟料16%，氯化钠5%，石膏5%，偏硅酸钠4%。
5.如权利要求3所述的生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化胶凝材料，其特征在于：所述矿渣和熟料两者中二氧化硅和三氧化铝的总含量不低于60%，二氧化硅和三氧化铝的质量比为2～5。
6.基于权利要求1～5任一项所述胶凝材料的生活垃圾焚烧飞灰修复方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将凝胶材料的各组分按设计质量百分比进行混合均匀；
2)将步骤1)的胶凝材料和待处理的垃圾焚烧飞灰混合，再加入水，室温下搅拌均匀，形成稠状均匀的灰浆混合物；
3)将步骤2)得到的灰浆混合物标准养护7～28天。
7.如权利要求6所述生活垃圾焚烧飞灰修复方法，其特征在于：所述胶凝材料中矿渣和熟料混合进行机械球磨成粉末。
8.如权利要求7所述生活垃圾焚烧飞灰修复方法，其特征在于：所述矿渣和熟料的混合粉末的比表面积大于或等于550m2/kg。
9.如权利要求6所述生活垃圾焚烧飞灰修复方法，其特征在于：所述步骤2)中胶凝材料和待处理的垃圾焚烧飞灰的干重比为1:3～1:6，加入的水灰比为0.45～0.60。
10.如权利要求6所述生活垃圾焚烧飞灰修复方法，其特征在于：所述标准养护的条件是温度为25±3℃，相对湿度为99%。
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