CN107601935B - 生活垃圾发电灰渣中重金属无害化、资源化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用生活垃圾发电飞灰及炉渣和废弃玻璃磨粉作为主要原料，烧制陶粒。通过高温烧成固化灰渣中的重金属元素；通过憎水乳液喷涂于陶粒表面上，封闭了陶粒孔隙和表面憎水，围堵了残余的重金属元素向外扩散渗透；用这种陶粒配制多功能混凝土，使陶粒又进一步被包裹于水泥砂浆中。经环保部门检测，水泥砂浆中重金属含量满足GB15618‑1995中三级土壤质量要求,以及满足HJ/T298‑2007危险废物鉴别技术要求；使生活垃圾发电飞灰及炉渣中的重金属元素无害化.而用该种陶粒生产的多功能混凝土，可用于建设的相关领域，也即使生活垃圾发电飞灰及炉渣变成了有用的资源。

Description

生活垃圾发电灰渣中重金属无害化、资源化的方法
技术领域
本发明涉及一种利用生活垃圾发电灰渣及废弃玻璃为主要原材料，制造陶粒及多功能混凝土，使灰渣中重金属无害化、资源化的方法。属于生态环保新材料领域。(注：灰渣包括从烟囱收集的飞灰及烧成炉排上的炉渣)
技术背景
据调查，每焚烧1000吨生活垃圾发电，就会产生100吨炉渣，及30吨飞灰。两者均含有大量重金属元素。电收尘的飞灰至今还没办法处理，生活垃圾发电厂委托他人用偶联剂及水泥等处理飞灰，再存放于山沟；每吨飞灰处理费用约1400元.我国某焚烧生活垃圾发电厂，日焚烧生活垃圾8000吨，收集飞灰240吨/天，需大量资金和劳力去处理，但飞灰中含有大量重金属元素，对环境污染及对人的危害并未消除。每年全国排放的生活垃圾约3.0亿吨，灰渣对环境的污染及对人身的危害更大，更严重。过去，对生活垃圾采用填埋处理，但是，占用大量土地，对环境仍造成污染。城市发展扩大了，垃圾填埋厂还要搬迁，造成二次圬染。今后生活垃圾处理的发展方向，主要是焚烧发电。但据专家介绍，国內外对生活垃圾灰渣中的重金属，尚未安全有效的处理。
发明内容
本发明的目的是提出一种生活垃圾发电灰渣中重金属无害化、资源化的方法，本方法利用生活垃圾焚烧发电飞灰、炉渣和废弃玻璃粉烧制陶粒，使灰渣中的重金属元素在高温烧成中固化、还原；再将憎水乳液，喷涂于陶粒的表面；使陶粒中未被固化的重金属元素被憎水乳液包裹围堵；再利用这种陶粒与现有的混凝土原材料，制造出一种C30～C60的多功能轻质混凝土。使陶粒进一步被包裹于水泥砂浆中,灰渣中重金属无害化。C30～C60的多功能混凝土具有自密实、自养护、低水化热、低收缩、高耐久性与高保塑性的性能。使生活垃圾发电灰渣变成了一种有用的资源。
本发明提出的飞灰和炉渣及玻璃粉制造陶粒和多功能混凝土的方法，包括以下步骤：
(1)将生活垃圾焚烧发电的飞灰及炉渣按(0-100):(100-0)的比例混合，为陶粒组成的A料；
(2)将废弃玻璃磨粉(过200目),得到B料；
(3)将碳酸钠(Na2CO3)、硼砂(Na2B4O7.10H2O)与煤粉按1:1:0.25的比例配合,得到C料；
(4)将B料及A料按(30～70):(70～30)的比例配合,外掺C料＝(A料+B料)X(7％～8％)；得到飞灰(或灰渣)陶粒的混合料D；
(5)将混合料D在搅拌机中拌合均匀,然后倒入成球盘中,成球盘边转动,边喷入水玻璃水溶液(水玻璃模数n≤3,水玻璃:水＝1:1),成球，得到粒径5-10mm的生料球；
(6)将生料球在电炉(或燃气炉,煤粉炉)中煅烧,生料球在炉温600℃以上入窑,升温至850-950℃,恒温20分钟,冷却至200℃下出窑；得到飞灰(炉渣)-玻璃陶粒.陶粒的松堆密度620kg/m3～780kg/m3；筒压强度4-5MPa,；24小时吸水率18-20％；
(7)合成憎水乳液，将1400CC水倒入容量2000ml的玻璃三颈瓶烧瓶中,边搅拌边加热,并分别倒入有机氨(三乙醇胺)和无机氨(氨水)各5ml,然后放入硬脂酸100g,继续搅拌加热至80℃,再连续搅拌3小时,然后再加入水500ml,搅拌均匀,得憎水乳液.
(8)将飞灰(炉渣)-玻璃陶粒与憎水乳液按质量比1：0.1的比例在搅拌机内拌合，使陶粒孔隙被乳液填堵及表面憎水，得到憎水陶粒；
(9)制造减水、保塑与増稠剂：将天然沸石粉(NZ)与聚羧酸高效减水剂(含固量40％)，按1:0.5的比例配合,搅拌均匀,得到减水、保塑与増稠剂.
(10)制造引气剂,将十二烷基硫酸钠与钠型膨润土按质量比7:3的比例配合,搅拌均匀,得粉剂引气剂.
(11)配制陶粒多功能混凝土，将水泥、矿粉、微珠、硅粉、玻化微珠及引气剂相混合，搅拌1.0分钟，再加入水、砂以及减水、保塑与増稠剂，搅拌1分钟，得到砂浆，再加入憎水陶粒，搅拌1～2分钟，得到多功能混凝土，上述各组分混合的质量比为：
水泥 1
矿粉 (0.25～0.3)
微珠 (0.1～0.2)
硅粉 (0.1)
玻化微珠 (0.0～0.01)
引气剂 (0～0.001)
水 (0.35～0.43)
砂 (1.5～1.7)
减水、保塑与増稠剂 (0.07～0.09)
陶粒 (1.25～1.4)
本发明的特点及有益效果
本发明利用生活垃圾发电飞灰及炉渣和废弃玻璃磨粉，添加少量助剂，拌合成球，烧制人工轻骨料(陶粒)，固化重金属元素；再利用自行研发的憎水乳液，喷涂于陶粒的表面，进一步围堵残余于陶粒中的重金属元素；得到憎水陶粒.再用这种陶粒配制多功能混凝土，使憎水陶粒被包裹，固化于硬化的水泥砂浆中，重金属元素无害化。多功能混凝土具有自密实、自养护、低水化热、低收缩、高耐久性与高保塑性的性能。可用于建筑、交通等领域。生活垃圾发电灰渣和废弃玻璃变成了有用的资源。
具体实施方式
以下介绍本发明方法的实施例：
实施例1.
将生活垃圾焚烧飞灰与灰渣，按100：0的比例配合，得到A料；将玻璃粉B料与A料,按3：7的比例配合；再掺入质量为(A料+B料)×8％的C料.共同均匀混合,在成球盘中成球；在成球时，成球盘边转动,边喷入水玻璃水溶液,得到粒径为5-10mm的生料球。生料球于高温炉内烧制陶粒；当燃烧炉温度为600-700℃时,投入生料球,继续升温至950℃,恒温20分钟,得到飞灰(灰渣)-玻璃陶粒.(代号陶1).陶粒容重780kg/m3,饱和吸水率19％,筒压强度4.5-5.0MPa。
将代号(陶1)与憎水乳液按质量比1：0.1的比例在搅拌机内拌合，使陶粒孔隙及表面被憎水乳液填堵覆盖，得憎水陶粒。
将水泥、矿粉、微珠、硅粉投入搅拌机，搅拌0.5分钟，再加入水、砂、减水保塑与増稠剂，以及引气剂，搅拌1分钟，得到砂浆；再加入憎水陶粒，搅拌2分钟，得到C60多功能混凝土，其性能见表-2--表-6.上述各组分混合的质量比为：
水泥 1(400kg/m3)
矿粉 0.25
微珠 0.1
硅粉 0.1
玻化微珠 0
引气剂 0
水 0.35
砂 1.7
减水、保塑与増稠剂 0.09
陶粒 1.25
实施例2
将生活垃圾焚烧飞灰与灰渣，按100：100的比例配合，得到A料；将玻璃粉B料与A料,按5：5的比例配合；再掺入质量为(A料+B料)×7％的C料.共同混合均,在成球盘中成球；在成球时，成球盘边转动,边喷入水玻璃水溶液,得到粒径为5-10mm的生料球。生料球于高温炉内烧制陶粒；当燃烧炉温度为600-700℃时,投入生料球,继续升温至850℃,恒温20分钟,得到飞灰(灰渣)-玻璃陶粒.(代号陶2).陶粒容重700kg/m3,饱和吸水率19％,筒压强度4.5MPa.
将代号(陶2)与憎水乳液按质量比1：0.1的比例在搅拌机内拌合，得憎水陶粒。
将水泥、矿粉、微珠、硅粉、玻化微珠投入搅拌机，搅拌0.5分钟，再加入水、砂、减水保塑与増稠剂，以及引气剂，搅拌1分钟，得到砂浆；再加入憎水陶粒，搅拌1分钟，得到C50多功能混凝土，其性能见表-2--表-6.上述各组分混合的质量比为：
水泥 1(370kg/m3)
矿粉 0.26
微珠 0.1
硅粉 0.1
玻化微珠 0
引气剂 0
水 0.38
砂 1.5
减水、保塑与増稠剂 0.08
陶粒 1.3
实施例3
将生活垃圾焚烧飞灰与灰渣按0：100的比例配合，得到A料；将玻璃粉B料与A料,按6：4的比例配合；再掺入质量为(A料+B料)×7％的C料.共同均匀混合,在成球盘中成球；在成球时，成球盘边转动,边喷入水玻璃水溶液,得到粒径为5-10mm的生料球。生料球于高温炉内烧制陶粒；当燃烧炉温度为600-700℃时,投入生料球,继续升温至850℃,恒温20分钟,得到飞灰(灰渣)-玻璃陶粒.(代号陶3).陶粒容重650kg/m3,饱和吸水率20％,筒压强度4.0MPa.将代号(陶3)与憎水乳液按质量比1：0.1的比例在搅拌机内拌合，得憎水陶粒。
将水泥、矿粉、微珠、硅粉、玻化微珠投入搅拌机，搅拌0.5分钟，再加入水、砂、减水保塑与増稠剂，以及引气剂，搅拌1分钟，得到砂浆；再加入陶粒(代号陶3)搅拌1分钟，得到C40多功能混凝土，其性能见表-2--表-6.上述各组分混合的质量比为：
水泥 1(350kg/m3)
矿粉 0.28
微珠 0.15
硅粉 0.1
玻化微珠 0.01
引气剂 0.001
水 0.4
砂 1.6
减水、保塑与増稠剂 0.07
陶粒 1.4
实施例4
将生活垃圾焚烧飞灰与灰渣按30：70的比例配合，得到A料；将玻璃粉B料与A料,按7：3的比例配合；再掺入质量为(A料+B料)X7％的C料共同均匀混合,在成球盘中成球；在成球时，成球盘边转动,边喷入水玻璃水溶液,得到粒径为5-10mm的生料球。生料球于高温炉内烧制陶粒；当燃烧炉温度为600-700℃时,投入生料球,继续升温至850℃,恒温20分钟,得到飞灰(灰渣)-玻璃陶粒.(代号陶4).陶粒容重620kg/m3,饱和吸水率20％,筒压强度4.0MPa.将代号(陶4)与憎水乳液按质量比1：0.1的比例在搅拌机内拌合，得憎水陶粒。
将水泥、矿粉、微珠、硅粉、玻化微珠投入搅拌机，搅拌0.5分钟，再加入水、砂、减水保塑与増稠剂，以及引气剂，搅拌1分钟，得到砂浆；再加入陶粒(代号陶4)搅拌1分钟，得到C30多功能混凝土，其性能见表-2--表-6.上述各组分混合的质量比为：
水泥 1(300kg/m3)
矿粉 0.3
微珠 0.2
硅粉 0.1
玻化微珠 0.01
引气剂 0.001
水 0.43
砂 1.7
减水、保塑与増稠剂 0.07
陶粒 1.4
本发明实施例中制备的C30、C40、C50、C60飞灰(炉渣)玻璃粉陶粒混凝土的性能汇总，如以下表-2、表-3、表-4、表-5及表-6所示：
表-2新拌混凝土性能
Figure BDA0001438292560000061
表-3水化放热
Figure BDA0001438292560000062
表-4混凝土收缩(/万)
龄期 1d 2d 3d 4d 5d 6d 7d 14d 28d
C30 0.41 0.72 0.92 1.18 1.32 1.32 1.46 2.05 3.11
C40 0.42 0.76 0.93 1.03 1.18 1.32 1.46 2.05 3.20
C50 0.41 0.74 0.91 1.01 1.20 1.31 1.46 2.10 3.20
C60 0.42 0.76 0.91 1.03 1.20 1.32 1.46 2.05 3.22
表-5混凝土抗圧强度(MPa)
Figure BDA0001438292560000063
Figure BDA0001438292560000071
表-6混凝土耐久性
Figure BDA0001438292560000072
由上述表-2--表-6可见，(1)飞灰-玻璃粉陶粒多功能混凝土，具有优良的自密实性,流动性及保塑性；(2)飞灰-玻璃粉陶粒多功能混凝土具有优良的自养护效果；(3)水化放热很低,自收缩及早期收缩很低,能抑制裂缝产生；(4)多功能混凝土的強度和耐久性均能充分满足有关规范旳要求。各编号混凝土在龄期7天抗压试验后，取其中的水泥砂浆，按GB/T 22105.2-2008土壤中总砷的测定方法,GB/T 22105.1-2008第一部分土壤中总汞的测定方法及土壤元素近代分析方法等检测了铜、锌、铅、镉、镍、铬等重金属含量,均能满足三级土质量及危险物的重金属含量的要求。

Claims (1)

1.一种生活垃圾发电飞灰及炉渣中重金属无害化、资源化的方法，其特征在于，利用生活垃圾焚烧发电飞灰和炉渣以及废弃玻璃粉，烧制陶粒；使飞灰和炉渣中的重金属元素在高温中固化；再将陶粒进一步用憎水乳液封闭，最后与现有的混凝土原材料拌合成轻骨料多功能混凝土，进一步把残余的重金属离子包裹、固结于硬化的水泥沙浆中，变成了无害化，该方法包括以下步骤：
(1)配制生料球粒及烧制陶粒：
(1-1)将生活垃圾焚烧发电的飞灰及炉渣按(0-100):(100-0)的比例混合，为陶粒组成的A料；
(1-2)将废弃玻璃磨粉过200目,得到B料；
(1-3)将碳酸钠(Na2CO3)、硼砂(Na2B4O7.10H2O)与煤粉按1:1:0.25的比例配合,得到C料；
(1-4)将B料及A料按(30～70):(70～30)的比例配合,外掺C料＝(A料+B料)X(7％～8％)；得到飞灰或灰渣陶粒的混合料D；
(1-5)将混合料D在搅拌机中拌合均匀,然后倒入成球盘中,成球盘边转动,边喷入水玻璃水溶液，成球，水玻璃模数n≤3，水玻璃:水＝1:1；得到5-10mm的生料球；
(1-6)将生料球在电炉、燃气炉或煤粉炉中煅烧,生料球在炉温600℃以上入窑,升温至850-950℃,恒温20分钟,冷却至200℃下出窑；得到飞灰或灰渣-玻璃陶粒，陶粒的松堆密度620kg/m3～780kg/m3；筒压强度4-5MPa；24小时吸水率18-20％；
(2)配制辅料：
(2-1)合成憎水乳液，将1400CC水倒入容量2000ml的三颈瓶中,边搅拌边加热,并分别倒入有机氨和无机氨各5ml,然后放入硬脂酸100g,继续搅拌加热至80℃,再连续搅拌3小时,然后再加入水500ml,搅拌均匀,制得憎水乳液；
(2-2)将飞灰或灰渣-玻璃陶粒与憎水乳液按质量比1：0.1的比例在搅拌机内拌合，使陶粒孔隙及表面被憎水乳液填堵覆盖，得到憎水陶粒；
(2-3)制造减水、保塑与増稠剂：将天然沸石粉(NZ)与含固量40％的聚羧酸高效减水剂，按1:0.5的比例配合,搅拌均匀,得到减水、保塑与増稠剂；
(2-4)制造引气剂,将十二烷基硫酸钠与钠型膨润土按质量比7:3的比例配合,搅拌均匀,得粉剂引气剂；
(3)配制多功能混凝土
(3-1)将水泥、矿粉、微珠、硅粉、玻化微珠和引气剂相混合，搅拌1.0分钟，再加入水、砂以及减水、保塑与増稠剂，搅拌1分钟，得到砂浆，再加入憎水陶粒，搅拌1～2分钟，得到多功能混凝土，上述各组分混合的质量比为：
水泥1
矿粉(0.25～0.3)
微珠(0.1～0.2)
硅粉(0.1)
玻化微珠(0.0～0.01)
引气剂(0～0.001)
水(0.35～0.43)
砂(1.5～1.7)
减水、保塑与増稠剂(0.07～0.09)
陶粒(1.25～1.4)。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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