CN106927706A - 一种垃圾焚烧飞灰合成晶体矿物材料的方法 - Google Patents

一种垃圾焚烧飞灰合成晶体矿物材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种垃圾焚烧飞灰合成晶体矿物材料的方法。所涉及的方法包括：将垃圾焚烧飞灰加入熔融态氯化钠中反应，反应过程中所生成的飞灰熔盐渣沉淀于熔融态氯化钠底部；收集氯化钠底部的飞灰熔盐渣，水洗后得到晶体矿物材料。本发明的合成方法工艺简单，资源化利用程度高。所制得的晶体矿物材料可作为水泥添加剂，提高水泥的力学性能。

Description

一种垃圾焚烧飞灰合成晶体矿物材料的方法
技术领域
本发明属于环境保护领域危险固体废弃物处置与综合利用，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰合成晶体矿物材料的方法。
背景技术
传统的垃圾焚烧飞灰有许多处置技术。具体分为四大类：分离萃取技术；热处理技术，固化稳定技术及其他技术。但是同时满足资源化、无害化、减量化以及经济合理、安全高效的实际要求的方法几乎没有。
固化稳定类技术，不仅增容，而且固化稳定材料价格高企，加上填埋储藏综合费用高；
分离萃类技术工艺复杂，成本高；
热处理类技术存在高温、高能耗和高排放问题，但是在实际应用中，垃圾焚烧飞灰热处理后资源化、减量化方面有一定优势，尤其是熔化技术的无害化和减量化十分明显，在发达国家得到应用。
随着人们生活水平的提高，环保意识的提高，垃圾焚烧飞灰的化学组成也发生了明显的变化，突出特点是高含盐量和高氧化钙含量，使得传统的熔融技术遇到困难，在不添加助溶剂的情况下，垃圾焚烧飞灰的熔融温度超过1500℃，加上二次飞灰处理，极高的能耗，熔融工艺出现前所未有的技术困难。而即使采用烧结技术，烧结温度很高，飞灰中的盐分直接影响烧结制品质量，烧结前需进行水洗脱盐处理，成本提高，工艺复杂，而且烧结制品的重金属浸出风险依然存在。
采用水洗后水泥掺烧工艺，面临水泥产能过剩，水泥烧成掺入量小，窑尾氯离子浓度提高和窑尾预热器结皮的隐患增加，而且氯盐回收、过滤板结等诸多技术问题使得水泥掺烧面临诸多困难。
传统的固体氯化剂氯化挥发实现垃圾焚烧飞灰重金属离子分离，存在氯化剂使用量波动大，低温氯化挥发不充分，高温氯化挥发容易出现熔融裹覆重金属离子的现象，使得传统的氯化挥发很难工业化。
其次，传统的氯化挥发法并没有研究氯化挥发后固体残渣的应用问题。
而用垃圾焚烧飞灰制备阿里尼特水已经有很多研究，都是传统的固相烧结法，存在烧结温度高，能耗高等问题。
发明内容
针对国内外现有技术的不足，本发明提供一种氯化挥发和无机材料合成技术相结合的高温分离技术，能够在较低的温度下，通过垃圾焚烧飞灰在熔盐中消解合成材料的过程中，实现高温氯化分离，同时将垃圾焚烧飞灰转化成阿里尼特晶体矿物材料。
本发明所提供的垃圾焚烧飞灰合成晶体矿物材料的方法包括：将垃圾焚烧飞灰加入熔融态氯化钠中反应，反应过程中所生成的飞灰熔盐渣沉淀于熔融态氯化钠底部；冷却后，收集氯化钠底部的飞灰熔盐渣，水洗后得到晶体矿物材料。
一种实施方案中，本发明的垃圾焚烧飞灰中添加有飞灰添加剂，所述飞灰添加剂为膨润土、硅灰、粉煤灰和偏高岭土中的一种或两种以上的混合物，所述飞灰添加剂的添加质量为垃圾焚烧飞灰质量的0％-20wt％。
一种实施方案中，本发明的垃圾焚烧飞灰中添加有熔盐助剂，所述熔盐助剂为氯化钾、氯化铝、氯化铁、氯化钙、氯化镁、硫酸钠、硫酸钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸盐和硫酸盐的一种或两种以上的组合物，所述熔盐助剂的添加量为氯化钠质量的5％-50％。
一种实施方案中，本发明的反应温度为600-1000℃，熔盐反应时间为0.5-8小时。
本发明还提供上述方法制备的晶体矿物材料作为水泥添加剂或混凝土掺合料的应用。
与现有技术相比，本发明的垃圾焚烧飞灰处理方法的有益效果是：
(1)本发明的处理方法工艺简单，资源化利用程度高；
(2)本发明的处理方法，热处理温度低，能耗低。
(3)本发明的处理方法，熔盐成本低，综合处理成本低；
(4)本发明的处理方法，绿色环保，无二次环境污染。
附图说明
图1为实施例1制得的晶体矿物材料的SEM图；
图2为实施例2制得的晶体矿物材料的SEM图；
图3为实施例3制得的晶体矿物材料的SEM图；
图4为某原始垃圾焚烧飞灰的XRD图谱；
图5为实施例1制得的晶体矿物材料的XRD图谱；
图6为本发明的实施例3熔盐溶解前后重金属离子扩散和飞灰残渣形貌示意图，其中：(a)反应结束并冷却后的上层氯化钠形貌，(b)为熔盐溶解后底部的飞灰熔盐形貌。
具体实施方式
本发明的垃圾焚烧飞灰为生活垃圾焚烧或者医疗垃圾焚烧获得的有毒飞灰，某垃圾焚烧飞灰熔盐反应前主要的晶体矿物组成如下：氯化钠、碳酸钙、硫酸钙、石英、氯化钙钾、羟基氯化钙，如图4所示。经过本发明方法处理后，垃圾焚烧飞灰转化成硅酸二钙、硅酸三钙、阿里尼特等水硬性矿物晶体材料，如图5所示。
以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案做进一步解释说明。
实施例1：
按照垃圾焚烧飞灰与氯化钠重量比1:10将垃圾焚烧飞灰加入熔融态氯化钠中反应，温度950℃,热处理时间4小时，反应过程中所生成的飞灰熔盐从熔融态氯化钠中排出并沉淀于熔融态氯化钠底部得到飞灰熔盐渣，冷却后，收集氯化钠底部的飞灰熔盐渣，水洗后得到晶体矿物材料，参考图4和5，合成的晶体矿物材料为：硅酸二钙、硅酸三钙、阿里尼特，其中水硬性晶体含量60％，形貌SEM图如图1所示。
将所合成晶体矿物材料经过磨细成小于200目后，按照30％的重量百分比加入42.5R水泥中，水泥力学性能得到提高，结果见表1。
表1
实施例2：
该实施例与实施例1不同之处在于：按照垃圾焚烧飞灰与氯化钠与氯化钙熔盐重量比1:12，热处理温度600℃,热处理时间8小时，参考图4和5，合成的棒状晶体矿物为：硅酸二钙、硅酸三钙、阿里尼特等，其中水硬性晶体含量49％，形貌SEM图如图2所示。
所合成晶体矿物材料经过磨细成小于200目后，按照30％的重量百分比加入42.5R水泥中，水泥性能如表2所示。
表2
实施例3：
该实施例与实施例1不同在于：将垃圾焚烧飞灰10克与2克硅灰加入100克氯化钠熔盐中，热处理温度1000℃，热处理时间0.5小时，参考图4和5，合成的球状晶体矿物为：硅酸二钙、硅酸三钙、阿里尼特等，其中水硬性晶体含量62％，形貌SEM图如图3所示：
所合成晶体矿物材料经过磨细成小于200目后，按照30％的重量百分比加入42.5R水泥中，水泥力学性能得到提高，结果见表3。
表3

Claims (6)

1.一种垃圾焚烧飞灰合成晶体矿物材料的方法，其特征在于，方法包括：
将垃圾焚烧飞灰加入熔融态氯化钠中反应，反应过程中所生成的飞灰熔盐渣沉淀于熔融态氯化钠底部；
收集氯化钠底部的飞灰熔盐渣，水洗后得到晶体矿物材料。
2.如权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰合成晶体矿物材料的方法，其特征在于，所述垃圾焚烧飞灰中添加有飞灰添加剂，所述飞灰添加剂为膨润土、硅灰、粉煤灰和偏高岭土中的一种或两种以上的混合物，所述飞灰添加剂的添加质量为垃圾焚烧飞灰质量的0％-20wt％。
3.如权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰合成晶体矿物材料的方法，其特征在于，所述垃圾焚烧飞灰中添加有熔盐助剂，所述熔盐助剂为氯化钾、氯化铝、氯化铁、氯化钙、氯化镁、硫酸钠、硫酸钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸盐和硫酸盐的一种或两种以上的组合物，所述熔盐助剂的添加量为氯化钠质量的5％-50％。
4.如权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰合成晶体矿物材料的方法，其特征在于，反应温度为600-1000℃，反应时间为0.5-8小时。
5.权利要求1所述方法制备的晶体矿物材料作为水泥添加剂的应用。
6.权利要求1所述方法制备的晶体矿物材料作为混凝土掺合料的应用。
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