CN108545933A - 一种危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法 - Google Patents

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    • C03C1/02—Pretreated ingredients
    • C03C1/026—Pelletisation or prereacting of powdered raw materials

Abstract

本发明公开了一种危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法，包括：对危险废物焚烧灰渣进行X射线荧光光谱分析，分析出危险废物焚烧灰渣的组分含量；根据危险废物焚烧灰渣的组分含量，将危险废物焚烧灰渣、含硅物质、CaO和高岭土按预设比例加水均匀混合，然后对得到的混合物依次进行烘干、研碎和过筛；将得到的粉末放置于刚玉坩埚中，并将刚玉坩埚放在马弗炉中高温加热；加热完成后，取出刚玉坩埚，用水冲洗刚玉坩埚及内部物质从而对进行水淬和冷却，取出刚玉坩埚内的产物，对产物进行烘干得到玻璃体；本发明可有效对危险废物焚烧灰渣进行无害化处理和资源化利用，作为一般固废填埋或作为建材加工使用，对环境友好。

Description

一种危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法
技术领域
本发明属于危险废物无害化及资源化领域，具体涉及一种危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法。
背景技术
国家环境保护部根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》制定了《国家危险废物名录》，并于2016年重新修订施行，表明我国对固体废物的分类收集处置愈加重视。危险废物包含有毒有害物质，具有毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、感染性等危险特性，危险废物焚烧时产生的大量灰渣，含大量重金属和少量二噁英、呋喃等有机污染物，对环境的危害非常大。《国家危险废物名录》中HW18焚烧处置残渣规定，“危险废物等离子体、高温熔融等处置过程产生的非玻璃态物质和飞灰”为危险废物。
玻璃化技术是一种通过高温熔融或烧制固定物质中重金属的国际前沿技术。Monteiro 等(Journal of Hazardous Materials,2010,179,303-308)将纸浆厂飞灰在1350℃高温熔融，形成加工性良好的均匀透明绿色玻璃体。该以飞灰为基质的玻璃体可像传统的硅酸盐玻璃一样用作建筑环保材料。Ohm等(Journal of Hazardous Materials,2016,313,78-84)采用“干燥- 熔融”联合技术处理含高浓度重金属的工业污泥，形成玻璃化熔渣，其中重金属被牢固地包裹在氧化硅晶体结构中。浸出实验结果表明玻璃化熔渣的浸出液中重金属含量较原工业污泥大幅度下降。Yang等(Journal of HazardousMaterials,2009,166,567-575)对城市生活垃圾焚烧飞灰进行研究，并成功通过玻璃化技术达到了减量化、重金属固定化的效果。诸多研究表明玻璃化处理技术是一种经济、环境友好的新型处理技术。
因此目前急需一种可将危险废物焚烧灰渣的处理技术和玻璃化技术相结合从而实现危险废物焚烧灰渣制备成玻璃体的方法，从而实现无害化处理和资源化利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法，本危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法可有效对危险废物焚烧灰渣进行无害化处理和资源化利用，作为一般固废填埋或作为建材加工使用，对环境友好。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法，包括以下步骤：
(1)对危险废物焚烧灰渣进行X射线荧光光谱分析，分析出危险废物焚烧灰渣的组分含量；
(2)根据危险废物焚烧灰渣的组分含量，将危险废物焚烧灰渣、含硅物质、CaO和高岭土按预设比例加水均匀混合，然后对得到的混合物依次进行烘干、研碎和过筛；
(3)将步骤(2)得到的粉末放置于刚玉坩埚中，并将刚玉坩埚放在马弗炉中高温加热；
(4)加热完成后，取出刚玉坩埚，对刚玉坩埚及其内部物质进行浸泡和冷却，对刚玉坩埚内产物水淬后取出得到玻璃体。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述含硅物质为玻璃粉、废荧光灯管或SiO2。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的混合物中的SiO2的含量为35％～60％，所述的混合物的碱度为0.2～1.0，所述的混合物中的Al2O3含量为5％～15％。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤(3)中马弗炉对刚玉坩埚进行高温加热的具体方法为：将刚玉坩埚放置在马弗炉内，并以5～20℃/min的速率将马弗炉内的温度升至120℃，至少保持30min，继续将马弗炉内的温度升温至1250℃～1600℃，保持 1～3h。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤(2)中的对得到的混合物进行过筛具体为采用50目筛对得到的混合物进行过筛。
本发明的有益效果为：本发明可有效对危险废物焚烧灰渣进行无害化处理和资源化利用，制备的玻璃体可作为一般固废填埋或作为建材加工使用，对环境友好；本发明的工艺简单，原料便宜易得，无特殊设备进行操作，使得工业上更容易得多推广。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为实施例1制备的玻璃体的XRD分析图。
图3为实施例1制备的玻璃体的SEM图。
图4为实施例2制备的玻璃体的XRD分析图。
图5为实施例2制备的玻璃体的SEM图。
图6为实施例4制备的玻璃体的XRD分析图。
图7为实施例4制备的玻璃体的SEM图。
具体实施方式
下面根据图1至图7对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
本发明公开了一系列玻璃体的配比方案及制备条件，将危险废物焚烧飞灰与高岭土、氧化硅、氧化钙一定比例混合，在一定条件下高温熔融制备无定形态的玻璃体。本发明能够通过一种国际前沿的玻璃化技术，处理《国家危险废物名录》中HW18焚烧处置残渣，“危险废物等离子体、高温熔融等处置过程产生的非玻璃态物质和飞灰”，实现无害化处理和资源化利用，本发明的具体实施例如下。
实施例1：碱度为0.2的玻璃体制备方法具体为：
(1)对危险废物焚烧灰渣进行X射线荧光光谱分析，分析出危险废物焚烧灰渣的组分含量；一批危险废物焚烧灰渣的XRF主要成分含量如下：
表1实施例1中危险废物焚烧灰渣的SiO2、CaO、Al2O3含量％
主要成分 Al2O3 CaO SiO2
焚烧飞灰 1.32 18.88 3.76
炉渣 6.09 5.09 10.44
(2)根据危险废物焚烧灰渣的组分含量，分别取40g飞灰(危险废物焚烧灰渣)、2.22g炉渣、24g高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、32.33gSiO2和1.448gCaO，添加30g去离子水，混合搅拌均匀。烘干后碾碎，过50目筛，其主要成分含量如下：
表2实施例1中混合后的SiO2、CaO、Al2O3含量％
主要成分 Al2O3 CaO SiO2
混合物 10.13 9.11 45.23
(3)将步骤(2)中的得到的样品粉末置于200ml的刚玉坩埚中，并放在马弗炉中，以 10℃/min的速率升至120℃，保持60min，继续升温至1400℃，保持2h。
(4)加热完成后，立即取出刚玉坩埚，用水冲洗浸泡冷却刚玉坩埚及其内部物质，对刚玉坩埚内产物水淬后，即得到碱度为0.2的玻璃体(BLT-0.2)。图2和图3分别为碱度为0.2的玻璃体的XRD分析图和SEM图。
本实施例中的危险废物焚烧灰渣中飞灰可直接进行玻璃化处理或水洗后进行玻璃化处理。本实施例中的步骤(2)的目的为根据焚烧灰渣组分含量，添加一定量SiO2、CaO、高岭土，使得最终其混合物组分含量满足以下几个条件：SiO2含量为35％～60％，碱度(CaO/SiO2)为0.2～1.0，Al2O3含量为5％～15％。通过高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)调节混合物中Al2O3的含量，通过SiO2、CaO调节混合物中碱度和SiO2的含量。
其中步骤(2)中的SiO2可用含硅量高的物质(其他含硅物质)替代，如玻璃粉、碎玻璃、废荧光灯管等。
实施例2：碱度为0.5的玻璃体制备方法具体为：
(1)对危险废物焚烧灰渣进行X射线荧光光谱分析，分析出危险废物焚烧灰渣的组分含量；一批危险废物焚烧灰渣的XRF主要成分含量如下：
表3实施例2中危险废物焚烧灰渣的SiO2、CaO、Al2O3含量％
主要成分 Al2O3 CaO SiO2
焚烧飞灰 2.71 30.18 7.44
(2)根据危险废物焚烧灰渣的组分含量，分别取40g飞灰、22.57g高岭土、31.52g SiO2和 10.43gCaO，添加30g去离子水，混合搅拌均匀。烘干后碾碎，过50目筛，其主要成分含量如下：
表4实施例2中混合后的SiO2、CaO、Al2O3含量％
主要成分 Al2O3 CaO SiO2
混合物 9.57 21.53 43.06
(3)将步骤(2)中的得到的样品粉末置于200ml的刚玉坩埚中，并放在马弗炉中，以 20℃/min的速率升至120℃，保持30min，继续升温至1250℃，保持3h；
(4)加热完成后，立即取出刚玉坩埚，用水冲洗浸泡冷却刚玉坩埚及其内部物质，对刚玉坩埚内产物水淬后，即得到碱度为0.5的玻璃体(BLT-0.5)。图4和图5分别为碱度为0.5的玻璃体的XRD分析图和SEM图。
本实施例中的危险废物焚烧灰渣中飞灰可直接进行玻璃化处理或水洗后进行玻璃化处理。本实施例中的步骤(2)的目的为根据焚烧灰渣组分含量，添加一定量SiO2、CaO、高岭土，使得最终其混合物组分含量满足以下几个条件：SiO2含量为35％～60％，碱度(CaO/SiO2)为0.2～1.0，Al2O3含量为5％～15％。通过高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)调节混合物中Al2O3的含量，通过SiO2、CaO调节混合物中碱度和SiO2的含量。
其中步骤(2)中的SiO2可用含硅量高的物质(其他含硅物质)替代，如玻璃粉、碎玻璃、废荧光灯管等。
实施例3：碱度为1.0的玻璃体制备方法：
(1)对危险废物焚烧灰渣进行X射线荧光光谱分析，分析出危险废物焚烧灰渣的组分含量；
一批危险废物焚烧灰渣的XRF主要成分含量如下：
表5实施例3中危险废物焚烧灰渣的SiO2、CaO、Al2O3含量％
主要成分 Al2O3 CaO SiO2
焚烧飞灰 2.71 42.51 2.89
(2)根据危险废物焚烧灰渣的组分含量，分别取40g飞灰、24.36g高岭土、20.5g SiO2和15gCaO，添加30g去离子水，混合搅拌均匀。烘干后碾碎，过50目筛，其主要成分含量如下：
表6实施例3中混合后的SiO2、CaO、Al2O3含量％
主要成分 Al2O3 CaO SiO2
混合物 13.67 32.27 32.45
(3)将步骤(2)中的得到的样品粉末置于200ml的刚玉坩埚中，并放在马弗炉中，以5℃/min的速率升至120℃，保持30min，继续升温至1600℃，保持1h；
(4)加热完成后，立即取出刚玉坩埚，用水冲洗浸泡冷却刚玉坩埚及其内部物质，对刚玉坩埚内产物水淬后，即得到碱度为1.0的玻璃体。
本实施例中的危险废物焚烧灰渣中飞灰可直接进行玻璃化处理或水洗后进行玻璃化处理。本实施例中的步骤(2)的目的为根据焚烧灰渣组分含量，添加一定量SiO2、CaO、高岭土，使得最终其混合物组分含量满足以下几个条件：SiO2含量为35％～60％，碱度(CaO/SiO2)为0.2～1.0，Al2O3含量为5％～15％。通过高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)调节混合物中Al2O3的含量，通过SiO2、CaO调节混合物中碱度和SiO2的含量。
其中步骤(2)中的SiO2可用含硅量高的物质(其他含硅物质)替代，如玻璃粉、碎玻璃、废荧光灯管等。
实施例4：碱度为0.4的玻璃体制备方法：
(1)对危险废物焚烧灰渣进行X射线荧光光谱分析，分析出危险废物焚烧灰渣的组分含量；
一批危险废物焚烧灰渣的XRF主要成分含量如下：
表7实施例4中危险废物焚烧灰渣的SiO2、CaO、Al2O3含量％
主要成分 Al2O3 CaO SiO2
焚烧飞灰 0.943 42.51 2.89
炉渣 5.9 4.01 10.53
(2)根据危险废物焚烧灰渣的组分含量，分别取40g飞灰、6g炉渣(含CaO)、24g高岭土和30g SiO2，添加30g去离子水，混合搅拌均匀。烘干后碾碎，过50目筛，其主要成分含量如下：
表8实施例4中混合后的SiO2、CaO、Al2O3含量％
主要成分 Al2O3 CaO SiO2
混合物 10.344 17.24 42.95
(3)将步骤(2)中的得到的样品粉末置于200ml的刚玉坩埚中，并放在马弗炉中，以 15℃/min的速率升至120℃，保持40min，继续升温至1500℃，保持1.5h。
(4)加热完成后，立即取出刚玉坩埚，用水冲洗浸泡冷却刚玉坩埚及其内部物质，对刚玉坩埚内产物水淬后，即得到碱度为0.4的玻璃体(BLT-0.4)。图6和图7分别为碱度为0.4的玻璃体的XRD分析图和SEM图。
本实施例中的危险废物焚烧灰渣中飞灰可直接进行玻璃化处理或水洗后进行玻璃化处理。本实施例中的步骤(2)的目的为根据焚烧灰渣组分含量，添加一定量SiO2、CaO、高岭土，使得最终其混合物组分含量满足以下几个条件：SiO2含量为35％～60％，碱度(CaO/SiO2)为0.2～1.0，Al2O3含量为5％～15％。通过高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)调节混合物中Al2O3的含量，通过SiO2、CaO调节混合物中碱度和SiO2的含量。
其中：步骤(2)中的SiO2可用含硅量高的物质(其他含硅物质)替代，如玻璃粉、碎玻璃、废荧光灯管等。
综上所述，本发明可有效对危险废物焚烧灰渣进行无害化处理和资源化利用，作为一般固废填埋或作为建材加工使用，对环境友好；工艺简单，原料便宜易得，无特殊设备进行操作，使得工业上更容易得多推广。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）对危险废物焚烧灰渣进行X射线荧光光谱分析，分析出危险废物焚烧灰渣的组分含量；
（2）根据危险废物焚烧灰渣的组分含量，将危险废物焚烧灰渣、含硅物质、CaO和高岭土按预设比例加水均匀混合，然后对得到的混合物依次进行烘干、研碎和过筛；
（3）将步骤（2）得到的粉末放置于刚玉坩埚中，并将刚玉坩埚放在马弗炉中高温加热；
（4）加热完成后，取出刚玉坩埚，对刚玉坩埚及其内部物质进行浸泡和冷却，对刚玉坩埚内产物水淬后取出得到玻璃体。
2.根据权利要求1所述的危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法，其特征在于：所述含硅物质为玻璃粉、废荧光灯管或SiO2。
3.根据权利要求2所述的危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法，其特征在于：所述的混合物中的SiO2的含量为35%~60%，所述的混合物的碱度为0.2~1.0，所述的混合物中的Al2O3含量为5%~15%。
4.根据权利要求1所述的危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法，其特征在于：所述的步骤（3）中马弗炉对刚玉坩埚进行高温加热的具体方法为：将刚玉坩埚放置在马弗炉内，并以5~20℃/min的速率将马弗炉内的温度升至120℃，至少保持30min，继续将马弗炉内的温度升温至1250℃~1600℃，保持1~3h。
5.根据权利要求1至4任一项所述的危险废物焚烧灰渣制备玻璃体的方法，其特征在于：所述的步骤（2）中的对得到的混合物进行过筛具体为采用50目筛对得到的混合物进行过筛。
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