CN110201970A - 一种灰渣熔融复合助熔剂及熔融处理灰渣的方法 - Google Patents

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陆杰
陈袆
陈明周
杨明辉
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    • B09B3/40—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving thermal treatment, e.g. evaporation
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Abstract

本发明提供了一种灰渣熔融复合助熔剂，以重量份计，包括：10‑30份含硅铝酸盐的矿物原料、1‑10份硼酸和1‑10份水洗飞灰。含硅铝酸盐的矿物原料、硼酸和水洗飞灰的结合有助于灰渣熔融后形成完整的网络结构，有利于重金属及金属阳离子键接在网络结构中，降低灰渣的熔融处理温度，有利于重金属迁移到网络结构，降低熔融成本。本发明还提供一种熔融处理灰渣的方法包括：(1)提供灰渣样品和灰渣熔融复合助熔剂；(2)将灰渣样品与灰渣熔融复合助熔剂混合制成混料；(3)投入等离子体熔融炉进行熔融处理；(4)待完全熔融后，冷却，得到玻璃态熔渣。该方法有效地降低灰渣处理的成本，提高熔融固化重金属的固化率，降低重金属的浸出毒性，保护环境，变废为宝。

Description

一种灰渣熔融复合助熔剂及熔融处理灰渣的方法
技术领域
本发明涉及废物处理技术领域，尤其涉及一种灰渣熔融复合助熔剂及熔融处理灰渣的方法。
背景技术
焚烧灰渣是焚烧法处理固体废物的燃烧产物，由于给环境带来的严重污染例如重金属污染、二噁英污染和溶解盐污染，被列为“危险废物”，必须妥善处置，否则会造成环境污染等问题，并对城市可持续发展产生深远影响。
我国对于焚烧灰渣的稳定化处理方法主要有水泥固化、沥青固化、熔融固化、化学药剂固化稳定化等。其中，熔融固化处理主要是将灰渣或混入适量助熔剂的灰渣，在适当温度下进行熔融处理，灰渣中的有机成分被气化，无机成分熔融，将重金属等有害物质固定在玻璃体内实现稳定化，使得玻璃体中的重金属浸出率极低。然而，焚烧灰渣玻璃化温度高，消耗大量的能量，使得操作成本居高不下，熔融固化技术的关键是形成化学性质稳定的玻璃体，如何降低熔融处理温度，提高重金属固化率是该技术的难点。
因此，急需发明一种灰渣熔融复合助熔剂及熔融处理灰渣的方法，降低焚烧灰渣熔融处理温度，使得灰渣熔融形成稳定的玻璃体，提高重金属固化率，为无害化焚烧灰渣及焚烧灰渣资源化提供途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灰渣熔融复合助熔剂和熔融处理灰渣的方法，以解决现有处理方法难以高效、无害化和资源化处理灰渣的问题，有效地降低灰渣处理的成本，提高熔融固化重金属的固化率，降低重金属的浸出毒性，有助于灰渣熔融形成稳定的玻璃体，保护环境，变废为宝。
为实现上述目的，本发明提供了一种灰渣熔融复合助熔剂，以重量份计，包括10-30份含硅铝酸盐的矿物原料、1-10份硼酸和1-10份水洗飞灰。
本发明灰渣熔融复合助熔剂中的硅铝酸盐中含有大量的氧化硅与氧化铝，氧化硅与灰渣熔融形成主体结构为由[SiO4]四面体构成的网络结构，重金属及其他金属阳离子键接在网络结构中，使得玻璃体中重金属浸出率极低。氧化铝在玻璃体的形成过程中结合游离的氧形成[AlO4]四面体结构连接层状网络，起到补网的作用，与加入的SiO2发生协同作用形成完整的网络结构。硼酸的加入可以降低灰渣的熔点，进而降低熔融处理温度，有利于重金属迁移到玻璃体网络中，降低熔融成本，提高熔融处理的效率。水洗飞灰是指经过水洗处理的飞灰，水洗飞灰中重金属富集，CaO和SiO2的含量高，水洗飞灰的加入增加灰渣熔融复合助熔剂的钙硅比，与硼酸和含硅铝酸盐的矿物原料协同处理灰渣，保证较低的熔融体系的熔点，使灰渣更易于稳定化，且在处理灰渣的同时协同处理焚烧飞灰，实现灰渣的资源化和无害化处理。
具体地，所述含硅铝酸盐的矿物原料选自黏土、长石粉中的一种或两种。黏土和长石粉是常见的含铝硅酸盐的矿物，其主要成份为SiO2和Al2O3，来源广泛。
具体地，所述黏土选自高岭土、膨润土和活性白土中的一种或多种。
较佳地，所述灰渣熔融复合助熔剂还包括碳酸盐。碳酸盐可以提供游离氧，并为整个熔融体系提供充足的阳离子。
具体地，所述碳酸盐选自碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种。碳酸盐可以引入氧化钠或者氧化钾，提供游离氧，从而降低熔融体系的粘度，使熔融体系易于熔融。
本发明还提供一种熔融处理灰渣的方法，包括如下步骤：
(1)提供灰渣样品和上述的灰渣熔融复合助熔剂；
(2)将所述灰渣样品与所述灰渣熔融复合助熔剂混合制成混料；
(3)投入等离子体熔融炉进行熔融处理；
(4)待完全熔融后，冷却，得到玻璃态熔渣。
本发明的熔融处理灰渣的方法，在灰渣样品中加入灰渣熔融复合助熔剂，实现了多种原料组分的相互协同配合作用，能够有效地降低熔融温度，降低成本，提高熔融效率，从而更好地实现重金属的回收再利用，工艺简单，能够达到很好的处理效果。等离子体熔融技术能量效率高、生产过程清洁，较高的温度足以将所有的有机物完全分解，将能产生二噁英的有机物分子彻底打散从源头上杜绝了二噁英的产生；且在高温环境下，所有的无机物充分熔融，重金属均匀分布在热熔渣中。熔融处理灰渣的方法将加入灰渣熔融复合助熔剂与等离子技术相结合，符合废物的协同处理原则，既提高了重金属的固化率，无害化程度高，并且熔融处理使灰渣减容和减量2/3以上，制成可使用的玻璃体，也实现了资源化利用，保护环境，变废为宝。
具体地，步骤(2)中所述灰渣熔融复合助熔剂添加量为所述混料总重量的20-40％，将所述混料进行球磨处理，制成粉末状或小颗粒状，增大混料中各种成分的接触面积，保证熔融更充分，熔融效率更高。
较佳地，步骤(2)中将所述混料置于40-70℃烘干10-12h，进而控制混料的含水率所述混料总重量的0.05-10％，得到去水混料。通过控制高温熔融的去水混料的含水率，降低了高温熔融过程中水的吸热和热分解耗能，而且避免了在高温熔融过程中过多氢气的产生，进而降低了氢气带来的危险性，因此降低了高温熔融对于设备耐压的要求，降低了设备成本。
较佳地，步骤(3)中将等离子体熔融炉升温至1200-1500℃，保温1-3h，通过灰渣熔融复合助熔剂的加入灰渣的熔融处理温度保持在1200-1500℃，降低了灰渣的处理成本。
较佳地，步骤(3)中在等离子体熔融过程中进行抽烟气处理，由于灰渣含有大量的氯离子，熔融过程中会产生大量的氯化氢气体，导致金属电极被腐蚀，进行抽烟气处理有助于保护等离子体熔融设备，避免产生二次污染，保护环境。
具体地，步骤(4)中将完全熔融的混料通入水中而冷却，高温熔融的热熔渣排出后，迅速冷却成玻璃形态，防止二噁英再生，重金属被固化在玻璃体中，无法渗出，从而达到灰渣去毒化的效果。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合实施方式作进一步说明，但不构成对本发明的限制。本发明实施例及对比例所使用的各种试剂、原料为从市场上购买或者可以通过公知的方法制得的产品。
实施例1
一种灰渣熔融复合助熔剂，以重量份计，包括10份含硅铝酸盐的矿物原料、1份硼酸、10份水洗飞灰。其中，含硅铝酸盐矿物为膨润土。
采用灰渣熔融复合助熔剂熔融处理灰渣的方法，包括如下步骤：
(1)提供灰渣样品和上述的灰渣熔融复合助熔剂，灰渣熔融复合助熔剂占混料总量的20％；
(2)将灰渣样品与灰渣熔融复合助熔剂充分搅拌制成混料，并进行球磨处理，随后置于60℃的烘箱中，烘干；
(3)将混料投入等离子体熔融炉进行熔融处理，1300℃加热1h；
(4)待混料完全熔融后，通入水中冷却，得到玻璃态熔渣，随后测定玻璃体中重金属浸出率。
实施例2-13灰渣熔融复合助熔剂和对比例1-7与实施例1的差别如表1所示，其他部分与实施例1相同。
实施例1-13和对比例1-7中按照环境行业保护标准HJ/T299-2007毒性浸出方法硫酸硝酸法对玻璃态产物进行处理，按照《GB5085.3-2007危险废物鉴别标准》和《GB16889-2008生活垃圾填埋场污染控制标准》进行重金属浸出检测。灰渣进行熔融处理后重金属离子的浸出浓度，测试结果和指标(mg/L)如表2所示，N.D.表示低于仪器检测限度值。
表1实施例1-13和对比例1-7的配方参数及采用灰渣熔融复合助熔剂熔融处理灰渣的方法的参数
表2实施例1-13和对比例1-7灰渣进行熔融处理后重金属离子的浸出浓度的测试结果和指标(mg/L)
从实施例1-13可知，熔融处理灰渣的方法将加入本发明的灰渣熔融复合助熔剂与等离子技术相结合，符合危险废物的协同处理原则，提高了重金属的固化率，不仅满足危险废物鉴别标准和生活垃圾填埋场污染控制标准，无害化程度高，灰渣经过熔融处理后能形成稳定的玻璃体，并且使灰渣减容和减量2/3以上。对比实施例1-13和对比例1-3可知，实施例1-13中熔融玻璃体重金属浸出浓度均低于对比例1-3，说明本发明提供的灰渣熔融复合助熔剂因为包含含硅铝酸盐的矿物原料、硼酸和水洗飞灰，通过各物质之间的协同作用可以提高熔融玻璃体的无害化程度。对比例1中不含有水洗飞灰，降低了熔融体系中CaO和SiO2的含量，且不能协同处理水洗飞灰，增加了灰渣的处理成本，降低处理效率，且灰渣熔融处理后形成的玻璃体稳定性差；对比例2中不含有硼酸，熔融温度高达1400-1500℃，才能很好的熔融灰渣，达到无害化标准；而对比例3中不含有含硅铝酸盐的矿物原料，导致熔融体系中缺乏足量的SiO2使玻璃体固化程度差，较难形成稳定的玻璃体，且重金属固化率较差。
对比实施例1-13和对比例4-7可知，随着灰渣熔融复合助熔剂含量的增加，重金属离子的浸出浓度降低，无害化程度升高，当灰渣熔融复合助熔剂含量为20-30％时，重金属离子的浸出浓度已经很低，完全满足无害化程度的要求，且形成稳定的玻璃体，因此相对较少的助熔剂的量已经可以满足无害化要求，节约了处理灰渣的成本。而当加入其他助熔剂如黏土、粉煤灰、沸石、页岩等，虽然重金属离子的浸出浓度满足无害化标准，但是灰渣熔融后较难形成稳定的玻璃体，故不能使灰渣回收利用变废为宝，且所需熔融处理温度较高，增加灰渣处理成本。
从实施例1-6可以看出，随着硼酸含量的增加，硼酸与含硅铝酸盐的矿物原料中的氧化硅与氧化铝发生协同作用，增加了灰渣的无害化程度。将实施例7-13与实施例1-6进行对比可知，碳酸盐与硼酸和含硅铝酸盐的矿物原料协同作用，使熔融体系易于熔融，与硼酸协同作用降低熔融体系的熔点，使重金属更容易迁移到玻璃体网络中，提高熔融处理的效率，增加灰渣的无害化程度。
与现有技术相比，本发明提供的一种灰渣熔融复合助熔剂含有含硅铝酸盐的矿物原料、硼酸和水洗飞灰，含硅铝酸盐的矿物原料含量有大量的氧化硅与氧化铝有助于灰渣熔融形成网络结构，硼酸的加入有助于降低熔融温度，进而提高形成致密的熔渣晶格，提高重金属的固化率，并降低灰渣的处理成本；水洗飞灰中CaO和SiO2的含量高，增加灰渣熔融复合助熔剂的钙硅比，与硼酸和含硅铝酸盐矿物的协同处理灰渣，保证较佳的熔融体系的熔点，使灰渣更易于稳定化，且在处理危废底渣的同时协同处理焚烧飞灰，实现灰渣的资源化和无害化处理。熔融处理灰渣的方法将加入灰渣熔融复合助熔剂与等离子技术相结合，符合危险废物的协同处理原则，既提高了重金属的固化率，无害化程度高，并且使灰渣减容和减量2/3以上，也实现了资源化利用，保护环境，变废为宝。
以上所揭露的仅为本申请的较佳实例而已，不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，均属于本申请所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种灰渣熔融复合助熔剂，其特征在于，以重量份计，包含：10-30份含硅铝酸盐的矿物原料、1-10份硼酸和1-10份水洗飞灰。
2.根据权利要求1所述的灰渣熔融复合助熔剂，其特征在于，所述含硅铝酸盐的矿物原料选自黏土和长石粉中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的灰渣熔融复合助熔剂，其特征在于，所述黏土选自高岭土、膨润土和活性白土中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的灰渣熔融复合助熔剂，其特征在于，还包括碳酸盐。
5.根据权利要求4所述的灰渣熔融复合助熔剂，其特征在于，所述碳酸盐选自碳酸钠和碳酸钾中的一种或两种。
6.一种熔融处理灰渣的方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
(1)提供灰渣样品和根据权利要求1-5任一所述的灰渣熔融复合助熔剂；
(2)将所述灰渣样品与所述灰渣熔融复合助熔剂混合制成混料；
(3)投入等离子体熔融炉进行熔融处理；
(4)待完全熔融后，冷却，得到玻璃态熔渣。
7.根据权利要求6所述的熔融处理灰渣的方法，其特征在于，步骤(2)中所述灰渣熔融复合助熔剂添加量为所述混料总重量的20-40％，将所述混料进行球磨处理。
8.根据权利要求6所述的熔融处理灰渣的方法，其特征在于，步骤(3)中将等离子体熔融炉升温至1200-1500℃，保温1-3h。
9.根据权利要求6所述的熔融处理灰渣的方法，其特征在于，步骤(3)中在熔融处理过程中进行抽烟气处理。
10.根据权利要求6所述的熔融处理灰渣的方法，其特征在于，步骤(4)中将完全熔融的混料通入水中而冷却。
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