CN110607454A - 一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法 - Google Patents

一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，具体涉及垃圾飞灰处理技术领域，步骤一：在二次飞灰中添加活性炭混合均匀后，将混合物压缩成块状打包，包裹后存储备用。本发明通过将垃圾焚烧二次飞灰混合活性炭并打包运输，节省运输成本，同时吸附有害物质，减少飞灰对环境的破坏，将飞灰破碎成纳米颗粒，在水中加入碳酸钠溶解完全后配制成分离溶剂，有效对飞灰颗粒脱硫、蓬松和渗透处理，并软化水质，提高重金属的有效提取率，并通过锌粉置换出铜粉，分层次过滤蒸馏出ZnCl2粉末、PbCl2粉末和亲磁金属杂质，有效分离后重金属纯度高。

Description

一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法
技术领域
本发明涉及垃圾飞灰处理技术领域，更具体地说，本发明涉及一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法。
背景技术
垃圾焚烧技术已经成为我国经济发达城市处理生活垃圾的主要手段之一。垃圾焚烧过程产生的飞灰含有高浓度的重金属和二噁英等污染物，按照我国的危险废物名录，属于危险废物范畴，应该进行固化稳定化处理，不仅处置成本较高，而且占用安全填埋场地。将垃圾焚烧飞灰中的重金属提取出来，实现重金属资源化利用，目前已经引起国内外科研人员的广泛关注。
从飞灰中回收重金属的方法主要包括：酸浸取法(以硫酸或醋酸溶液浸取为主)，碱浸取法(以氢氧化钠溶液或氨水浸取为主)，以及电沉积法。
(1)酸浸取法将各种重金属同时浸出，得到的是混合溶液，金属之间很难分离，而且铅的浸出率很低，只有20％。剩余的飞灰残渣中仍然含有重金属铅，属于危险废物，需要进行固化稳定化处置。
(2)碱浸取法可以选择性浸出两性金属Pb、Zn。但是，浸取效率低，大量金属仍然残留在残渣中(如Zn的提取率只有20-30％)，仍然需要当成危险废物进行固化/稳定化处理。
(3)电沉积法：从理论上讲，可以通过控制各个金属离子的还原电位实现Pb、Cu和Zn的选择性分离，但是由于溶液中其它金属离子的还原电位与目标金属离子之间存在着交叉区域，因此在电极上往往得到的是各种金属的混合物。
专利申请公布号CN 101818256 B的发明专利公开了一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，包括按二次飞灰∶水为1∶2-3将垃圾焚烧二次飞灰加入水中；60-80℃搅拌水洗30-90分钟；自然沉降2-4小时，分离上清液和残渣；向残渣中加入等体积的浓盐酸溶液，60-80℃搅拌回流萃取30分钟，固液离心分离，得萃取液和残余固体残渣；将上清液100℃下蒸发，得到CuCl2和ZnCl2的混合固体粉末，蒸发的水蒸气经冷凝后回用；将萃取液在60-80℃下真空蒸发，得到PbCl2粉末，同时回收盐酸；在残余固体残渣中加入重量浓度为10％的石灰搅拌均匀，使其成为惰性固体废物。本发明通过一次加热水洗将铜和锌的氯化物分离，第二次浓盐酸加热回流萃取得到铅的氯化物，从而实现重金属的回收。
但是上述技术方案中提供的一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，在实际运用时存在二噁英污染问题未得到解决，另外得到的重金属中为混合物，杂质较多。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，混合活性炭并打包存储，避免扬尘，同时吸附有害物质，减少飞灰对环境的破坏，将飞灰破碎成纳米颗粒，在水中加入碳酸钠溶解完全后配制成分离溶剂，有效对飞灰颗粒脱硫、蓬松和渗透处理，并软化水质，提高重金属的有效提取率，并通过锌粉置换出铜粉，分层次过滤蒸馏出ZnCl2粉末、PbCl2粉末和亲磁金属杂质，有效分离后重金属纯度高，以解决背景技术中所提出问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，具体操作步骤为：
步骤一：在二次飞灰中添加活性炭混合均匀后，将混合物压缩成块状打包，包裹后存储备用；
步骤二：在提取池内加入清水，并在清水内加入碳酸钠溶解完全后配制成分离溶剂，将分离溶剂加热至60-80℃后，保温备用；
步骤三：使用飞灰破碎机将块状压缩状态下的飞灰破碎成颗粒状，并在130-140℃温度环境下输送至分离溶剂中，搅拌水洗20-60min，之后使用超声波震荡处理20-30min，完成后静置，自然沉降3-5h后，上清液和下层残渣出现分层，过滤分离上清液和下层残渣；
步骤四：将上清液100℃下蒸发至原体积的1/10，得到包含CuCl2和ZnCl2的混合溶液，蒸发的水蒸气经冷凝后回收利用，在混合溶液中加入锌粉，搅拌6-10min后，静置5-10min，过滤取粉末烘干得到铜粉，将滤液蒸馏处理，得到含锌固体颗粒，蒸馏的滤液经冷凝后回收利用；
步骤五：向下层残渣中加入等体积的浓盐酸溶液，60-80℃搅拌回流萃取30min，固液离心分离得到萃取液和残余固体残渣，将萃取液在60-80℃下真空蒸发，得到PbCl2粉末，同时回收盐酸，在残余固体残渣中加入重量浓度为10％的石灰搅拌均匀，使其成为惰性固体废物；
步骤六：将惰性固体废物干燥处理后作为水泥和各种轻质建材的生产原料。
优选的，所述步骤一中二次飞灰与活性炭的质量比例设置为二次飞灰：活性炭＝8-10：1。
优选的，所述步骤一中使用块状物体打包机，对混合物进行打包压力设置为15-60吨。
优选的，所述步骤二中清水与碳酸钠的体积比设置为清水：碳酸钠＝50-80：1。
优选的，所述步骤三中块状压缩状态下的飞灰破碎后颗粒直径设置为300-500nm。
优选的，所述步骤四中锌粉的加入方式为少量多次，加入标准为混合溶液不再有氢气冒出为止。
优选的，所述步骤四中含锌固体颗粒烘干后对其进行粉碎处理，并使用磁铁吸附除亲磁金属杂质。
本发明的技术效果和优点：
1、通过在二次飞灰中混合活性炭并打包运输，节省运输成本，同时吸附有害物质，减少飞灰对环境的破坏，将飞灰破碎成纳米颗粒，在水中加入碳酸钠溶解完全后配制成分离溶剂，有效对飞灰颗粒脱硫、蓬松和渗透处理，并软化水质，提高重金属的有效提取率，并通过锌粉置换出铜粉，分层次过滤蒸馏出ZnCl2粉末、PbCl2粉末和亲磁金属杂质，有效分离后重金属纯度高；
2、通过将工艺中蒸发的水蒸气经冷凝后回收利用，蒸馏的滤液经冷凝后回收利用，将惰性固体废物干燥处理后作为水泥和各种轻质建材的生产原料，能够对资源有效利用，降低了生产成本，整个工艺中不会产生污染物破坏环境，便于推广使用。
具体实施方式
下面将结合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。
实施例1：
本发明提供了一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，具体操作步骤为：
步骤一：在二次飞灰中添加活性炭混合均匀后，将混合物压缩成块状打包，包裹后存储备用，二次飞灰与活性炭的质量比例设置为二次飞灰：活性炭＝8：1，将混合物压缩成块状打包，使用块状物体打包机，对混合物进行打包压力设置为15吨；
步骤二：在提取池内加入清水，清水与碳酸钠的体积比设置为清水：碳酸钠＝50：1，并在清水内加入碳酸钠溶解完全后配制成分离溶剂，将分离溶剂加热至60℃后，保温备用；
步骤三：使用飞灰破碎机将块状压缩状态下的飞灰破碎成颗粒状，块状压缩状态下的飞灰破碎后颗粒直径设置为300nm，并在130℃温度环境下输送至分离溶剂中，搅拌水洗20min，之后使用超声波震荡处理20min，完成后静置，自然沉降3h后，上清液和下层残渣出现分层，过滤分离上清液和下层残渣；
步骤四：将上清液100℃下蒸发至原体积的1/10，得到包含CuCl2和ZnCl2的混合溶液，蒸发的水蒸气经冷凝后回收利用，在混合溶液中加入锌粉，锌粉的加入方式为少量多次，加入标准为混合溶液不再有氢气冒出为止，搅拌6min后，静置5min，过滤取粉末烘干得到铜粉，将滤液蒸馏处理，得到含锌固体颗粒，含锌固体颗粒烘干后对其进行粉碎处理，并使用磁铁吸附除亲磁金属杂质，蒸馏的滤液经冷凝后回收利用；
步骤五：向下层残渣中加入等体积的浓盐酸溶液，60℃搅拌回流萃取30min，固液离心分离得到萃取液和残余固体残渣，将萃取液在60℃下真空蒸发，得到PbCl2粉末，同时回收盐酸，在残余固体残渣中加入重量浓度为10％的石灰搅拌均匀，使其成为惰性固体废物；
步骤六：将惰性固体废物干燥处理后作为水泥和各种轻质建材的生产原料。
本实施例中从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属，提取效果好，杂质残留少，重金属分离效果好，且提取出的各种重金属纯度高，在提取的整个过程中产生的污染物少，另外本实施例中对提取过程进行测试，结果显示：本方法在对焚烧尾气进行收集和处理后处理二噁英含量为0.065ng TEQ/Nm3，最终二次飞灰中贵金属回收率为82.18％，对二次飞灰的资源有效利用率为96.49％，不存在资源浪费和水污染，不会污染环境，安全性高。
实施例2：
本发明提供了一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，具体操作步骤为：
步骤一：在二次飞灰中添加活性炭混合均匀后，将混合物压缩成块状打包，包裹后存储备用，二次飞灰与活性炭的质量比例设置为二次飞灰：活性炭＝9：1，将混合物压缩成块状打包，使用块状物体打包机，对混合物进行打包压力设置为40吨；
步骤二：在提取池内加入清水，清水与碳酸钠的体积比设置为清水：碳酸钠＝65：1，并在清水内加入碳酸钠溶解完全后配制成分离溶剂，将分离溶剂加热至70℃后，保温备用；
步骤三：使用飞灰破碎机将块状压缩状态下的飞灰破碎成颗粒状，块状压缩状态下的飞灰破碎后颗粒直径设置为400nm，并在135℃温度环境下输送至分离溶剂中，搅拌水洗40min，之后使用超声波震荡处理25min，完成后静置，自然沉降4h后，上清液和下层残渣出现分层，过滤分离上清液和下层残渣；
步骤四：将上清液100℃下蒸发至原体积的1/10，得到包含CuCl2和ZnCl2的混合溶液，蒸发的水蒸气经冷凝后回收利用，在混合溶液中加入锌粉，锌粉的加入方式为少量多次，加入标准为混合溶液不再有氢气冒出为止，搅拌8min后，静置8min，过滤取粉末烘干得到铜粉，将滤液蒸馏处理，得到含锌固体颗粒，含锌固体颗粒烘干后对其进行粉碎处理，并使用磁铁吸附除亲磁金属杂质，蒸馏的滤液经冷凝后回收利用；
步骤五：向下层残渣中加入等体积的浓盐酸溶液，70℃搅拌回流萃取30min，固液离心分离得到萃取液和残余固体残渣，将萃取液在70℃下真空蒸发，得到PbCl2粉末，同时回收盐酸，在残余固体残渣中加入重量浓度为10％的石灰搅拌均匀，使其成为惰性固体废物；
步骤六：将惰性固体废物干燥处理后作为水泥和各种轻质建材的生产原料。
对比实施例1，本实施例中从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属，提取效果好，杂质残留少，重金属分离效果好，且提取出的各种重金属纯度高，在提取的整个过程中产生的污染物少，另外本实施例中对提取过程进行测试，结果显示：本方法在对焚烧尾气进行收集和处理后处理二噁英含量为0.32ng TEQ/Nm3，最终二次飞灰中贵金属回收率为92.35％，对二次飞灰的资源有效利用率为98.36％，不存在资源浪费和水污染，不会污染环境，安全性高。
实施例3：
本发明提供了一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，具体操作步骤为：
步骤一：在二次飞灰中添加活性炭混合均匀后，将混合物压缩成块状打包，包裹后存储备用，二次飞灰与活性炭的质量比例设置为二次飞灰：活性炭＝10：1，将混合物压缩成块状打包，使用块状物体打包机，对混合物进行打包压力设置为60吨；
步骤二：在提取池内加入清水，清水与碳酸钠的体积比设置为清水：碳酸钠＝80：1，并在清水内加入碳酸钠溶解完全后配制成分离溶剂，将分离溶剂加热至80℃后，保温备用；
步骤三：使用飞灰破碎机将块状压缩状态下的飞灰破碎成颗粒状，块状压缩状态下的飞灰破碎后颗粒直径设置为500nm，并在140℃温度环境下输送至分离溶剂中，搅拌水洗60min，之后使用超声波震荡处理30min，完成后静置，自然沉降5h后，上清液和下层残渣出现分层，过滤分离上清液和下层残渣；
步骤四：将上清液100℃下蒸发至原体积的1/10，得到包含CuCl2和ZnCl2的混合溶液，蒸发的水蒸气经冷凝后回收利用，在混合溶液中加入锌粉，锌粉的加入方式为少量多次，加入标准为混合溶液不再有氢气冒出为止，搅拌10min后，静置10min，过滤取粉末烘干得到铜粉，将滤液蒸馏处理，得到含锌固体颗粒，含锌固体颗粒烘干后对其进行粉碎处理，并使用磁铁吸附除亲磁金属杂质，蒸馏的滤液经冷凝后回收利用；
步骤五：向下层残渣中加入等体积的浓盐酸溶液，80℃搅拌回流萃取30min，固液离心分离得到萃取液和残余固体残渣，将萃取液在80℃下真空蒸发，得到PbCl2粉末，同时回收盐酸，在残余固体残渣中加入重量浓度为10％的石灰搅拌均匀，使其成为惰性固体废物；
步骤六：将惰性固体废物干燥处理后作为水泥和各种轻质建材的生产原料。
对比实施例1和2，本实施例中从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属，提取效果好，杂质残留少，重金属分离效果好，且提取出的各种重金属纯度高，在提取的整个过程中产生的污染物少，另外本实施例中对提取过程进行测试，结果显示：本方法在对焚烧尾气进行收集和处理后处理二噁英含量为0.048ng TEQ/Nm3，最终二次飞灰中贵金属回收率为90.53％，对二次飞灰的资源有效利用率为97.98％，不存在资源浪费和水污染，不会污染环境，安全性高。
根据实施例1-3得出下表：
由上表可知，实施例2中原材料比例适中，加工温度和处理时间适中，该工艺处理下的重金属回收率最高，且产生最少的二噁英有毒气体，对环境破坏最小，能够对资源有效利用，将二次飞灰混合活性炭并打包存储，节省运输成本，同时吸附有害物质，减少飞灰对环境的破坏，将飞灰破碎成纳米颗粒，在水中加入碳酸钠溶解完全后配制成分离溶剂，有效对飞灰颗粒脱硫、蓬松和渗透处理，并软化水质，提高重金属的有效提取率，并通过锌粉置换出铜粉，分层次过滤蒸馏出ZnCl2粉末、PbCl2粉末和亲磁金属杂质，有效分离后重金属纯度高。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，其特征在于：具体操作步骤为：
步骤一：在二次飞灰中添加活性炭混合均匀后，将混合物压缩成块状打包，包裹后存储备用；
步骤二：在提取池内加入清水，并在清水内加入碳酸钠溶解完全后配制成分离溶剂，将分离溶剂加热至60-80℃后，保温备用；
步骤三：使用飞灰破碎机将块状压缩状态下的飞灰破碎成颗粒状，并在130-140℃温度环境下输送至分离溶剂中，搅拌水洗20-60min，之后使用超声波震荡处理20-30min，完成后静置，自然沉降3-5h后，上清液和下层残渣出现分层，过滤分离上清液和下层残渣；
步骤四：将上清液100℃下蒸发至原体积的1/10，得到包含CuCl2和ZnCl2的混合溶液，蒸发的水蒸气经冷凝后回收利用，在混合溶液中加入锌粉，搅拌6-10min后，静置5-10min，过滤取粉末烘干得到铜粉，将滤液蒸馏处理，得到含锌固体颗粒，蒸馏的滤液经冷凝后回收利用；
步骤五：向下层残渣中加入等体积的浓盐酸溶液，60-80℃搅拌回流萃取30min，固液离心分离得到萃取液和残余固体残渣，将萃取液在60-80℃下真空蒸发，得到PbCl2粉末，同时回收盐酸，在残余固体残渣中加入重量浓度为10％的石灰搅拌均匀，使其成为惰性固体废物；
步骤六：将惰性固体废物干燥处理后作为水泥和各种轻质建材的生产原料。
2.根据权利要求1所述的一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，其特征在于：所述步骤一中二次飞灰与活性炭的质量比例设置为二次飞灰：活性炭＝8-10：1。
3.根据权利要求1所述的一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，其特征在于：所述步骤一中使用块状物体打包机，对混合物进行打包压力设置为15-60吨，且打包块外侧使用铝箔纸包裹。
4.根据权利要求1所述的一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，其特征在于：所述步骤二中清水与碳酸钠的体积比设置为清水：碳酸钠＝50-80：1。
5.根据权利要求1所述的一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，其特征在于：所述步骤三中块状压缩状态下的飞灰破碎后颗粒直径设置为300-500nm。
6.根据权利要求1所述的一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，其特征在于：所述步骤四中锌粉的加入方式为少量多次，加入标准为混合溶液不再有氢气冒出为止。
7.根据权利要求1所述的一种从垃圾焚烧二次飞灰中提取重金属的方法，其特征在于：所述步骤四中含锌固体颗粒烘干后对其进行粉碎处理，并使用磁铁吸附除亲磁金属杂质。
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