CN109821183A - 一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂及制备方法，包括所述固定化药剂是由主料和添加剂构成，且主料包括硫脲：10‑15份、磷酸盐：15‑20份、Na2S：30‑50份、水泥：7‑10份；所述添加剂由和粘土矿物和石膏组成，且添加剂含量为16‑21份，其中粘土矿物含量为13‑16份，石膏含量为3‑5份。该飞灰重金属固定化药剂，采用固体药剂进行充分的混合，以固定形态进行储存使用，便于存放方便运输，并且固体药剂便于与水泥进行混合，精细的水泥与药剂充分混合在一起，提高与飞灰的粘接性能；Na2S与重金属反应生成难溶的金属硫化物进行沉淀，将溶解性形式的重金属转变为不溶解性形式，避免重金属暴露在空气中，Na2S相比于NaOH具有更好的稳定性，后续处理工艺简单。

Description

一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂及制备方法

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧飞灰技术领域，具体为一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂及制备方法。

背景技术

生活垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧烟气净化系统截留捕集的细颗粒物。随着垃圾焚烧烟气净化水平的不断提高，净化系统截留捕集的飞灰变得越来越肮脏。我国生活垃圾焚烧取得了快速发展和长足进步，但飞灰处理远不如人意，成为生活垃圾焚烧全过程污染控制和风险管理中最为薄弱的环节。今年来，国际上提出采用高效的化学稳定剂进行重金属废物的无害化处理，该技术是通过化学反应使有毒有害转变为低溶解性、低迁徙性和低毒性的过程。目前应用的固化和稳定剂种类还比较少，修复效果还有待提高，固化体的长期稳定性的研究还比较缺乏。

目前公开的一些技术中，大都采用NaOH溶液作为固定剂，NaOH浸出液中的Pb和Cd的最大浸出浓度不能确保达到固体废物浸出毒性标准，且固化之后体积增加较大，因此需要一种更高效稳定的固定化药剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂及制备方法，以解决上述背景技术中提出都采用NaOH溶液作为固定剂，NaOH浸出液中的Pb和Cd的最大浸出浓度不能确保达到固体废物浸出毒性标准的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂，所述固定化药剂是由主料和添加剂构成，且主料包括硫脲：10-15份、磷酸盐：15-20份、Na2S：30-50份、水泥：7-10份

优选的，所述添加剂由和粘土矿物和石膏组成，且添加剂含量为16-21份，其中粘土矿物含量为13-16份，石膏含量为3-5份。

一种飞灰重金属固定化药剂的制备方法，步骤如下：

制取添加剂

步骤1：

取石膏研磨烘干之后，将其过400目筛，过滤两次，随后再次将石膏进行研磨，研磨完毕之后和粘土矿物混合加入搅拌器中进行搅拌烘干，且时间为20min，完成之后取出备用；

制取主料：

步骤1：磷酸盐、硫脲和Na2S分别投至搅拌釜中进行搅拌5-6min，三者搅拌均匀后，按照比例依次加入反应釜中，之后搅拌50-70min；

步骤2：打开步骤2中的反应釜，添加硅酸盐水泥，再次进行充分搅拌，搅拌时间20-30min；

步骤3：将步骤1中的已经处理好的加入在步骤3中的在反应釜内，启动反应釜进行搅拌，搅拌时间10min。

优选的，所述步骤1中，石膏烘干的温度为300-320℃，且烘干之后的石膏含水量低于7%。

优选的，所述步骤2中反应釜搅拌的转速以慢-快-慢进行，且高转速为3000-3600r/min，低转速为2000-2400 r/min。

优选的，所述步骤3中，反应釜搅拌时，分批将硅酸盐水泥加入反应釜中，并且每批硅酸盐水泥添加的间隔时间为3.5-5min。

优选的，所述步骤3完毕之后，将温度调控至45-60℃，静置10min之后，再进行步骤4。

优选的，所述步骤4中，石膏混合时，反应釜的温度调至30℃，持续5min之后关闭加热功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂，采用固体药剂进行充分的混合，以固定形态进行储存使用，便于存放方便运输，减小对人体的伤害，并且固体药剂便于与水泥进行混合，精细的水泥与药剂充分混合在一起，提高与飞灰的粘接性能。

1.采用Na2S ，与重金属反应生成难溶的金属硫化物进行沉淀，并且与重金属离子有很强的亲和力，处理后的飞灰体积增加量小，将溶解性形式的重金属转变为不溶解性形式，对重金属进行包裹，避免重金属暴露在空气中，Na2S相比于NaOH具有更好的稳定性，并且捏合反应稳定，后续处理工艺简化；

2.设置有磷灰石药剂，提高了Cu、Zn和Pb的浸出浓度，并且该固定化药剂中含有水泥，两者混合使用为飞灰提供了粘接作用和吸附作用，当水泥与飞灰包裹接触之后，提高了飞灰的机械强度，使得飞灰更容易沉淀且形态更稳定，此外水泥具有调酸碱的作用，提供大量碱度已稳定重金属，避免对人体和环境产生不良影响；

3.添加有磷酸盐，飞灰中的重金属Pb、Cd和Zn的浸出浓度分别降低至97.5%、91.6%和95.5%，提高了产物的稳定性，能够在相当宽泛的pH范围内保持稳定性，其长期稳定效果很明显。磷酸盐能极大地降低有效态Pb浓度，使其残渣态增加11%~55%，磷酸盐对重金属具有很好的诱导性，并且在络合作用下，磷酸盐与重金属生成沉淀或矿物，使得生成物稳定性，此外磷酸盐表面直接吸附重金属，极大的增大了生成物的稳定性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂，所述固定化药剂是由主料和添加剂构成，且主料包括硫脲：10-15份、磷酸盐：15-20份、Na2S：30-50份、水泥：7-10份。

具体实施例1：

一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂，固定化药剂是由主料和添加剂构成，且主料包括硫脲：10-15份、磷酸盐：15-20份、Na2S：30-50份、水泥：7-10份

添加剂由和粘土矿物和石膏组成，且添加剂含量为18份，其中粘土矿物含量为13份，石膏含量为5份。

一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂的制备方法，步骤如下：

制取添加剂

步骤1：

取石膏研磨烘干之后，将其过400目筛，过滤两次，随后再次将石膏进行研磨，研磨完毕之后和粘土矿物混合加入搅拌器中进行搅拌烘干，且时间为20min，完成之后取出备用；

制取主料：

步骤1：磷酸盐、硫脲和Na2S分别投至搅拌釜中进行搅拌5-6min，三者搅拌均匀后，按照比例依次加入反应釜中，之后搅拌60min；

步骤2：打开步骤2中的反应釜，添加硅酸盐水泥，再次进行充分搅拌，搅拌时间25min；

步骤3：将步骤1中的已经处理好的加入在步骤3中的在反应釜内，启动反应釜进行搅拌，搅拌时间10min。

作为优选的，步骤1中，石膏烘干的温度为300-320℃，且烘干之后的石膏含水量低于7%。

作为优选的，步骤2中反应釜搅拌的转速以慢-快-慢进行，且高转速为3000-3600r/min，低转速为2000-2400 r/min。

作为优选的，反应釜搅拌时，分批将硅酸盐水泥加入反应釜中，并且每批硅酸盐水泥添加的间隔时间为3.5-5min。

作为优选的，步骤3完毕之后，将温度调控至45-60℃，静置10min之后，再进行步骤4。

作为优选的，步骤4中，石膏混合时，反应釜的温度调至30℃，持续5min之后关闭加热功能。

取上述制得的固定化药剂为1份，加入1.3倍纯水，获得凝胶剂，将凝胶剂加入100份的飞灰中，同时在混合物中添加碱激发剂，稀释成pH值至7.5～12.5，进行捏合反应１～３分钟后，反应后的混合料挤出成型，得到稳定化产物,直接进入填埋场进行填埋处置。

具体实施例2：

一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂，固定化药剂是由主料和添加剂构成，且主料包括硫脲：10-15份、磷酸盐：15-20份、Na2S：30-50份、水泥：7-10份

添加剂由和粘土矿物和石膏组成，且添加剂含量为18份，其中粘土矿物含量为15份，石膏含量为3份。

一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂的制备方法，步骤如下：

制取添加剂

步骤1：

取石膏研磨烘干之后，将其过400目筛，过滤两次，随后再次将石膏进行研磨，研磨完毕之后和粘土矿物混合加入搅拌器中进行搅拌烘干，且时间为20min，完成之后取出备用；

制取主料：

步骤1：磷酸盐、硫脲和Na2S分别投至搅拌釜中进行搅拌5-6min，三者搅拌均匀后，按照比例依次加入反应釜中，之后搅拌60min；

步骤2：打开步骤2中的反应釜，添加硅酸盐水泥，再次进行充分搅拌，搅拌时间25min；

步骤3：将步骤1中的已经处理好的加入在步骤3中的在反应釜内，启动反应釜进行搅拌，搅拌时间10min。

作为优选的，步骤1中，石膏烘干的温度为300-320℃，且烘干之后的石膏含水量低于7%。

作为优选的，步骤2中反应釜搅拌的转速以慢-快-慢进行，且高转速为3000-3600r/min，低转速为2000-2400 r/min。

作为优选的，反应釜搅拌时，分批将硅酸盐水泥加入反应釜中，并且每批硅酸盐水泥添加的间隔时间为3.5-5min。

作为优选的，步骤3完毕之后，将温度调控至45-60℃，静置10min之后，再进行步骤4。

作为优选的，步骤4中，石膏混合时，反应釜的温度调至30℃，持续5min之后关闭加热功能。

取上述制得的固定化药剂为1份，加入1.3倍纯水，获得凝胶剂，将凝胶剂加入100份的飞灰中，同时在混合物中添加碱激发剂，稀释成pH值至7.5～12.5，进行捏合反应１～３分钟后，反应后的混合料挤出成型，得到稳定化产物,直接进入填埋场进行填埋处置。

具体实施例3：

一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂，固定化药剂是由主料和添加剂构成，且主料包括硫脲：10-15份、磷酸盐：15-20份、Na2S：30-50份、水泥：7-10份

添加剂由和粘土矿物和石膏组成，且添加剂含量为21份，其中粘土矿物含量为16份，石膏含量为5份。

一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂的制备方法，步骤如下：

制取添加剂

步骤1：

取石膏研磨烘干之后，将其过400目筛，过滤两次，随后再次将石膏进行研磨，研磨完毕之后和粘土矿物混合加入搅拌器中进行搅拌烘干，且时间为20min，完成之后取出备用；

制取主料：

步骤1：磷酸盐、硫脲和Na2S分别投至搅拌釜中进行搅拌5-6min，三者搅拌均匀后，按照比例依次加入反应釜中，之后搅拌60min；

步骤2：打开步骤2中的反应釜，添加硅酸盐水泥，再次进行充分搅拌，搅拌时间25min；

步骤3：将步骤1中的已经处理好的加入在步骤3中的在反应釜内，启动反应釜进行搅拌，搅拌时间10min。

作为优选的，步骤1中，石膏烘干的温度为300-320℃，且烘干之后的石膏含水量低于7%。

作为优选的，步骤2中反应釜搅拌的转速以慢-快-慢进行，且高转速为3000-3600r/min，低转速为2000-2400 r/min。

作为优选的，反应釜搅拌时，分批将硅酸盐水泥加入反应釜中，并且每批硅酸盐水泥添加的间隔时间为3.5-5min。

作为优选的，步骤3完毕之后，将温度调控至45-60℃，静置10min之后，再进行步骤4。

作为优选的，步骤4中，石膏混合时，反应釜的温度调至30℃，持续5min之后关闭加热功能。

取上述制得的固定化药剂为1份，加入1.3倍纯水，获得凝胶剂，将凝胶剂加入100份的飞灰中，同时在混合物中添加碱激发剂，稀释成pH值至7.5～12.5，进行捏合反应１～３分钟后，反应后的混合料挤出成型，得到稳定化产物,直接进入填埋场进行填埋处置

实验显示表示，随着PH值得增大，Cd的浸出浓度减少，在PH>8时，Cd的处理效果最好。Pb是两性因素，在PH=10.3附近，Pb的浸出浓度达到最小值，无论浸出液的PH值大于10.3或小于10.3，Pb的浸出浓度都会上升。高标号的水泥的水化能力强，氢氧化钙的生成量大，从而使得水泥固化体浸出液的PH值较高。此外，随着水泥的标号的提高，相对Cd离子，对重金属离子的Pb的固化作用提升较为显著，飞灰中的重金属Pb、Cd和Zn的浸出浓度分别降低至97.5%、91.6%和95.5%。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂，其特征在于：所述固定化药剂是由主料和添加剂构成，且主料包括硫脲：10-15份、磷酸盐：15-20份、Na2S：30-50份、水泥：7-10份。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂，其特征在于：所述添加剂由和粘土矿物和石膏组成，且添加剂含量为16-21份，其中粘土矿物含量为13-16份，石膏含量为3-5份。

3.一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂的制备方法，步骤如下：

制取添加剂

步骤1：

取石膏研磨烘干之后，将其过400目筛，过滤两次，随后再次将石膏进行研磨，研磨完毕之后和粘土矿物混合加入搅拌器中进行搅拌烘干，且时间为20min，完成之后取出备用；

制取主料：

步骤1：磷酸盐、硫脲和Na2S分别投至搅拌釜中进行搅拌5-6min，三者搅拌均匀后，按照比例依次加入反应釜中，之后搅拌50-70min；

步骤2：打开步骤2中的反应釜，添加硅酸盐水泥，再次进行充分搅拌，搅拌时间20-30min；

步骤3：将步骤1中的已经处理好的加入在步骤3中的在反应釜内，启动反应釜进行搅拌，搅拌时间10min。

4.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，石膏烘干的温度为300-320℃，且烘干之后的石膏含水量低于7%。

5.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中反应釜搅拌的转速以慢-快-慢进行，且高转速为3000-3600r/min，低转速为2000-2400 r/min。

6.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，反应釜搅拌时，分批将硅酸盐水泥加入反应釜中，并且每批硅酸盐水泥添加的间隔时间为3.5-5min。

7.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3完毕之后，将温度调控至45-60℃，静置10min之后，再进行步骤4。

8.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧飞灰重金属固定化药剂的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，石膏混合时，反应釜的温度调至30℃，持续5min之后关闭加热功能。