CN109369019B

CN109369019B - 一种危险废物填埋承装容器及其制备和处置方法

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Publication number: CN109369019B
Application number: CN201811109304.6A
Authority: CN
Inventors: 阮金木; 黄苏莺; 吕赛君
Original assignee: Shaoxing Shangyu Zhonglian Environmental Protection Co ltd
Current assignee: Shaoxing Shangyu Zhonglian Environmental Protection Co ltd
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: CN109369019A

Abstract

本发明公开了一种危险废物填埋承装容器及其制备和处置方法。本发明的危险废物填埋承装容器，由玻璃桶体和玻璃盖组成，玻璃容器原料来自于《国家危险废物名录(2016版)》含硅、含碱金属废物或可燃废物。在玻璃容器制造时，通过二次烧结得到硬度强于钢化玻璃的微晶玻璃，并在塑形成桶体后进行磷酸钾喷涂退火进行强化。废物处置时，危险废物装入桶体后用高温玻璃熔融液进行液封成完整的封闭桶体，然后整体填满。本发明的承装容器具有良好的强度性能和密封性能，用于危险废物的处置过程中，完全不需要其他的包装材料辅助，不会产生新的污染，而且其仅需要对部分危险废物进行玻璃化，所消耗的能源也大大减少。

Description

一种危险废物填埋承装容器及其制备和处置方法

技术领域

本发明涉及危险废物处理领域，具体涉及一种危险废物填埋承装容器及其制备和处置方法。

背景技术

《国家危险废物名录(2016版)》中含有含碱金属、含硅废物或者可燃废物，这些废渣中含有大量的重金属和有机物。目前在国内外普遍的研究处理方向是通过氧化物配比和配伍进行危险废物玻璃化，通过高温熔融的方式固定其重金属同时焚毁有机物。然后，此类废物通常体量庞大，如果将所有废物都进行玻璃化，其能耗极高，相应的成本也较大，不利于推广。而且，在国内经过危险废物玻璃化后且符合国内外浸出标准的玻璃化产物一直没有公认的商用标准，无法大规模推广应用。因此，对于这类玻璃化产物，目前国内外的常规做法还是以填埋为主。但是如果直接将其进形填埋，侵占土地资源的同时，也无法将这体量庞大的玻璃产品进行有效利用。另外，对于部分无法进行玻璃化的危险废物，现有的做法也是以容器包裹后填埋为主，这种做法不但需要消耗较多的塑料筒和铁桶等容器，还有可能因为容器破碎导致危险废物逸出，造成更大的环境危害。

因此，针对危险废物寻求一种科学合理的处理方法，解决其能耗、浸出性等方面的问题，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的针对现有的危险废物处理过程中存在的问题，并提出一种危险废物填埋承装容器及其强化工艺。本发明能够解决危险废物玻璃化产品进行填埋时侵占大量土地的问题，且减少填埋其他危险废物时使用的包装物的使用如塑料筒和铁桶，同时危险废物制玻璃容器在出现破损或无法再利用情况下，可进行破碎后再次进入熔融炉重制玻璃产品。

本发明提出危险废物玻璃化产品制微晶玻璃容器用于填埋承装危险废物后填埋，包括微晶玻璃空心桶体、微晶玻璃桶盖。微晶玻璃原料来自于《国家危险废物名录(2016版)》含硅、含碱金属废物或可燃废物，实现以废治废。这些废渣经过合理的氧化物配比和配伍，在二次升温下形成带结晶的玻璃熔融体，并使用该玻璃熔融体进行塑形成危险废物承装的玻璃容器和玻璃盖，同时为进一步增强容器强度，进行磷酸钾溶液喷涂和退火窑退火。

本发明解决上述技术问题采用的具体方案如下：

危险废物填埋承装容器的强化制造工艺，其步骤如下：

(1)将含硅的危险废物和含碱金属氧化物的危险废物作为原料，混合后球磨成粉末颗粒，然后投入高温熔融炉，升温到1350-1500℃，保温一段时间后开始下料；

(2)在下料口预先放置过滤筛网，下料过程中将玻璃液通过高压水流水淬切割成渣，经过水流切割的碎渣经过过滤筛网过滤，筛下物和筛上物分离后分别利用其自热进行干燥；然后将筛上物和筛下物送入不同的球磨机磨至同一粒度，混合；

(3)将球磨过的玻璃碎渣用模具压制成型后放入另一个高温熔融炉中升温到800-950℃度保温一段时间，随后升温到950-1200℃保温一段时间；

(4)完成保温后，从炉体中排出熔融的玻璃液，使用模具将玻璃液压塑成配合使用的空心桶体和玻璃盖；

(5)将成型的空心桶体和玻璃盖送入退火窑，表面喷涂磷酸钾溶液，在一定退火温度下保温一段时间后，降温，出窑。

优选的，所述危险废物填埋承装容器所用原料来自《国家危险废物名录(2016版)》中含硅的危险废物和含碱金属氧化物的危险废物，或者还含有一定可燃组份的危险废物。

优选的，步骤(1)的所述原料中，氧化物配比(质量百分比)设计为：65-70％SiO₂,2-4％Al₂O₃,6-8％CaO,1-2％MgO,Na₂O+K₂O为13.5％-15％,FeO+Fe₂O₃为2-3％，0.5％BaO,余量为杂质。

浸出试验显示越高氧化硅的含量量有助于重金属的高效固定，因此氧化硅的含量控制在65％-70％之间。而传统的微晶玻璃制备不重视铁含量的控制，本发明涉及的原料中含有铁或者外加其他含铁废物，可使玻璃带黑色，2-3％的铁含量使得玻璃的遮光能力得到强化。可防止在光催化的作用下废物进行反应，因此也不需继续外加遮光材料或者进行喷涂，降低成本。微量氧化钡的存在是为了提高产品的化学稳定性。其他含量的配比是根据容器玻璃的组成特性而制定。

优选的，所述粉末颗粒的粒度为0.2-0.3mm，粉末颗粒投入高温熔融炉前，经预烘干处理至含水率<10％，且投料速度控制在在15kg/h-25kg/h，物料在高温熔融炉中的保温时间在2-3h。

入窑前球磨粒度达0.2-0.3mm.，是为了增大比表面积，使得氧化物之间更充分反应。且投料速度控制在在15kg/h-25kg/h,保温时间在2-3h，经XRD半定量分析在此范围内玻璃体的含量较高。

优选的，步骤(2)水淬过程持续时间在12-16s，水淬工具使用的是高压水枪，流速设计为1.5m/s-2m/s，过滤筛网孔径1-2mm，水淬结束，迅速将筛网取出，用自热烘干废渣至废渣含水量≤2％。

高压水枪水淬流速快，且冲击力大，可迅速将玻璃废渣破碎，减轻球磨机压力和能耗，同时能保持余热。小孔径筛网起过滤水的作用，分离筛上物和筛下物可以将其送入处理不同粒径的球磨机中，使得破碎效率提高。12-16s的水淬时间既可以保证破碎的充分，也可以让玻璃废渣保留余热，通过筛网分离后倒出来可以自行用余热烘干，节省能源。

优选的，步骤(3)中的两次升温到达预定温度后，保温时间均控制在2-3h。在该时间段下晶化和核化效果较好，同时选择二次升温可以形成强度高于普通玻璃的微晶玻璃，以提高危险废物填埋容器的强度。

优选的，步骤(5)中，喷涂的磷酸钾溶液为50wt.％磷酸钾溶液，退火窑中的温度为625-635℃，保温时间2-2.5h，随后炉冷至100℃后出窑。

经强度测定，50％的磷酸钾溶液喷涂后的玻璃容器强度是未喷涂的3倍。而且玻璃容器经2-3h的退火后可以更好的消除应力，硅酸盐系玻璃的退火温度范围620-630℃，但实际操作中退火温度应该加5-8℃，即保持625-635℃。

本发明的另一目的在于提供一种由上述任意一种工艺制造的危险废物填埋承装容器，该危险废物填埋承装容器密度在2.4kg/m³-3.0kg/m³，容器颜色为黑色且具有遮光性，容器抗压强度在450MPa-600MPa；容器桶底和两侧切割有连续的凹槽，用于起吊时绑扎吊索。

本发明的另一目的在于解决当前危险废物处置过程中占地较大，玻璃化产物容易浸出等技术问题，并提供一种危险废物处置方法。该方法的步骤如下：

1)从待处置的危险废物中筛选出含硅和含碱金属氧化物的危险废物作为原料，根据上述任意一种工艺将其制成若干危险废物填埋承装容器；

2)将其余危险废物装入上述承装容器的空心桶体中，盖上所述的玻璃盖，然后利用熔融的玻璃液进一步对玻璃盖和空心桶体间的缝隙进行密封；

3)将密封好的承装容器与内部的危险废物一起，整体填埋于填埋场中。

优选的，所述承装容器中装填的危险废物为非碱性的固体废物或液体废物。

本发明提出危险废物玻璃化产物制作成盛装其他危险废物的容器，将密封后的玻璃容器进行填埋，是以废治废手段的延续。在处理可含硅、碱和可燃组份的危险废物的同时制造出其他危险废物承装的容器，这种方式更易被公众接受，也减少了塑料和不锈钢类危险废物贮存容器的使用量，减少进一步产生的废包装物。

而且，本发明的强化工艺考虑到普通玻璃的力学性能差，容易在填埋过程中破碎的问题，采用了制备微晶玻璃和喷涂磷酸盐的方式制备强化型玻璃桶体。经强度测试和耐腐蚀测试，该类原料所制得的是微晶玻璃，其强度强于普通玻璃和钢化玻璃，且具有较强的耐腐蚀性，可作为可靠盛放危险废物的高强度容器。

而且，本发明还进一步提出了一种危险废物处置方法，利用这种承装容器盛装废物后还能继续用高温玻璃液进行桶体与桶盖的液封，确保内部的危险废物不会逸出，这种处理方式的密封性优于其他方式，既能够用于固体废物的处理，也可以用于液体废物的处理。但是考虑到硅酸盐类产品的特殊性，本发明生产的玻璃容器将被优选用于非碱性固体废物和液体废物的贮存。

附图说明

图1为危险废物填埋承装容器的结构示意图，其中a)为主视图，b)为俯视图。

图中附图标记分别为：空心桶体1、玻璃盖2、凹槽3。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1：

本实施例中，原料为焚烧行业废渣、冶金行业废渣和外加剂氧化物BaO和烧碱，废渣中含有硅、碱金属以及部分可燃组分。原料中的可燃组分会在高温下被焚烧，剩余的物质会熔融进而玻璃化。本实施例中，具体的制备方法如下：

(1)将上述含硅和含碱金属氧化物或可燃组分的危险废物经混合，使其中氧化物配比(质量百分数)为：65％SiO₂,2％Al₂O₃,6％CaO,1％MgO,Na₂O+K₂O合计为13.5％,FeO+Fe₂O₃合计为2％，0.5％BaO,余量为杂质。上述混合物作为原料经过球磨后达到0.2mm粒度后，预烘干至含水率<10％，再投入危险废物高温熔融炉且投料速度控制在在15kg/h-25kg/h，熔融炉中升温至1400度，保温2h，即可开始下料。

(2)在下料口安置过滤筛网，筛网孔径1mm。下料过程中将玻璃液通过高压水枪的高压水流水淬切割成渣，水淬的水流流速为1.5m/s，水淬持续时间12s。经过水流切割的碎渣经过过滤筛网过滤，由此碎渣分为筛上物和筛下物，水淬结束，迅速将筛网取出，此时碎渣依然具有一定的热量，可分别利用其自热进行烘干至含水率2％。然后将筛上物和筛下物碎渣分别送入不同球磨机磨至粒度0.2mm。

(3)将球磨过的玻璃碎渣用模具压塑成型，放入另一个高温熔融炉中升温到800℃度并保温2h，随后再次升温到950℃并保温2h。

(4)完成保温后，从炉体中排出熔融的玻璃液，使用模具和工具将高温熔融液压塑成高1m，直径50cm的圆柱形空心容器，即一个空心桶体1。容器侧壁厚2cm，底部厚度3cm。由于该容器是光滑的玻璃材质，因此为了起吊方便，需要在桶体周身竖向切割两条凹槽，底部水平切割一条凹槽3且两端与两条竖向凹槽相连，三条凹槽均深约1cm。在起吊容器时，吊索可卡入这三条凹槽中受力。另外，还需要利用剩余的熔融的玻璃液压塑成与该空心桶体配合的玻璃盖2。空心桶体1和玻璃盖2装配时的形式如图1所示。

(5)随后包括空心桶体1、玻璃盖2在内的成型容器，进入退火窑进行玻璃强化剂喷涂，玻璃强化剂采用50wt.％磷酸钾溶液。喷涂完毕后，在温度保持在625℃下的退火窑中停留2h，随后随窑体降温至100℃，出窑。

对本实施例所得容器进行强度测试，结果表明桶体的抗压能力强为500MPa，能够作为耐压的高强度容器。容器密度约为2.4kg/m³-3.0kg/m³，而且容器的玻璃材质呈黑色，遮光性好，可防止在光催化的作用下废物进行反应，因此也不需继续外加遮光材料或者进行喷涂，降低成本。对该容器进行腐蚀性试验，其长期耐腐蚀性效果较好，在1％氯化钠溶液中蚀刻未发现明显变化。

因此，本实施例中制备的容器本身以危险废物为原料制成，不仅成本较低，具有环境效益，而且其还具有较高的强度、遮光性、耐腐蚀性，可以作为一种危险废物填埋承装容器进一步用于存储其他的危险废物。

实施例2：

在本实施例中，利用实施例1中制备的容器对危险废物进行可靠、低成本的处置。具体处置方法如下：

1)从待处置的危险废物中筛选出含硅和含碱金属氧化物的危险废物作为原料，按照实施例1的工艺将其制成多个危险废物填埋承装容器。同时，在步骤(4)中预留部分炉体中排出的熔融玻璃液。

2)将其余危险废物装入上述承装容器的空心桶体1中，填满后盖上玻璃盖2，然后将预留的熔融的玻璃液注入玻璃盖2和空心桶体1间的缝隙中，对其进行强化密封，防止内部的危险废物发生泄露，进入填埋场对周边环境产生危害。

3)将密封好的承装容器与内部的危险废物一起，逐个用吊索穿过桶体上的凹槽3，起吊后运输至填埋场中，整体填埋。

由此，危险废物的处置过程中，完全不需要其他的容器辅助，不会产生新的污染，而且其仅需要对部分危险废物进行玻璃化，所消耗的能源也大大减少。由于此种承装容器良好的强度性能和密封性能，内部的危险废物泄露风险大大降低，其本身的遮光性能也为内部废料的长期稳定提供了保障。由于容器具有较高强度，因此可以层层堆叠，可一次堆叠填埋3-5m高度。

但是，需要注意的是，由于玻璃材质本身的特殊性，此种危险废物填埋承装容器被用于酸性/中性废渣和废盐等的存储，最好不要用于碱性废液体和废渣存储，否则容易造成容器壁腐蚀。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims

1.一种危险废物填埋承装容器的强化制造工艺，其特征在于，步骤如下：

（1）将含硅的危险废物和含碱金属氧化物的危险废物作为原料，混合后球磨成粉末颗粒，然后投入熔融炉，升温到1350-1500 ℃，保温一段时间后开始下料；所述原料中，氧化物配比设计为：65-70%SiO₂, 2-4%Al₂O₃, 6-8%CaO, 1-2% MgO,Na₂O+K₂O为13.5%-15%,FeO+Fe₂O₃为2-3%, 0.5%BaO, 余量为杂质；所用原料来自《国家危险废物名录（2016版）》中含硅的危险废物和含碱金属氧化物的危险废物，或者还含有可燃组份的危险废物；

（2）在下料口预先放置过滤筛网，下料过程中将玻璃液通过高压水流水淬切割成渣，经过水流切割的碎渣经过过滤筛网过滤，筛下物和筛上物分离后分别利用其自热进行干燥；然后将筛上物和筛下物送入不同的球磨机磨至同一粒度，混合；所述高压水流的水流流速为1.5m/s；

（3）将球磨过的玻璃碎渣用模具压制成型后放入另一个熔融炉中升温到800-950 ℃度保温一段时间，随后升温到950-1200 ℃保温一段时间；

（4）完成保温后，从炉体中排出熔融的玻璃液，使用模具将玻璃液压塑成配合使用的空心桶体和玻璃盖；

（5）将成型的空心桶体和玻璃盖送入退火窑，表面喷涂磷酸钾溶液，在退火温度下保温一段时间后，降温，出窑；喷涂的磷酸钾溶液为50 wt.%磷酸钾溶液，退火窑中的温度为625-635℃，保温时间2-2.5h，随后炉冷至100℃后出窑。

2. 根据权利要求1所述危险废物填埋承装容器的强化制造工艺，其特征在于：所述粉末颗粒的粒度为0.2-0.3 mm，粉末颗粒投入熔融炉前，经预烘干处理至含水率<10%，且投料速度控制在15 kg/h-25 kg/h，物料在熔融炉中的保温时间在2-3 h。

3.根据权利要求1所述危险废物填埋承装容器的强化制造工艺，其特征在于：步骤（2）水淬过程持续时间在12-16s，水淬工具使用的是高压水枪，流速设计为1.5m/s-2m/s，过滤筛网孔径1-2mm，水淬结束，迅速将筛网取出，用自热烘干废渣至废渣含水量≤2%。

4.根据权利要求1所述危险废物填埋承装容器的强化制造工艺，其特征在于：步骤（3）中的两次升温到达预定温度后，保温时间均控制在2-3h。

5.一种如权利要求1~4任一所述工艺制造的危险废物填埋承装容器，其特征在于，所述危险废物填埋承装容器密度在2.4kg/m³-3.0kg/m³，容器颜色为黑色且具有遮光性，容器抗压强度在450MPa-600MPa；容器桶底和两侧切割有连续的凹槽，用于起吊时绑扎吊索。

6.一种危险废物处置方法，其特征在于，步骤如下：

1）从待处置的危险废物中筛选出含硅和含碱金属氧化物的危险废物作为原料，根据权利要求1~4任一所述工艺将其制成若干危险废物填埋承装容器；

2）将其余危险废物装入上述承装容器的空心桶体中，盖上所述的玻璃盖，然后利用熔融的玻璃液进一步对玻璃盖和空心桶体间的缝隙进行密封；

3）将密封好的承装容器与内部的危险废物一起，整体填埋于填埋场中。

7.如权利要求6所述的危险废物处置方法，其特征在于，所述承装容器中装填的危险废物为非碱性的固体废物或液体废物。