CN113372133A - 一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的配方与方法 - Google Patents

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Abstract

一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的配方，原料组成按重量计为：垃圾飞灰25‑50份，粉煤灰10‑40份，高岭土20‑40份，发泡剂1‑5份，助燃剂10‑20份；发泡剂为FeS、Fe2O3、FeO、C、CaMg(CO3)2、CaCO3、SiC中的一种或多种，助烧剂为K2O、Na2O、CaO、MgO中的一种或多种。还提供一种以垃圾焚烧飞灰为主体生陶粒的配方与方法，可以利用原料成分之间的协同作用固化飞灰中重金属，避免浸出，实现了飞灰的无害化和资源化。

Description

一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的配方与方法
技术领域
本发明涉及固废危废物处理技术领域，具体涉及一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的配方与方法。
背景技术
生活垃圾焚烧飞灰，是生活垃圾焚烧设施的烟气净化系统捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰，简称“飞灰”，飞灰同时具有重金属危害特性和有机污染物危害特性。焚烧飞灰中含有较高浓度且容易被水浸出的Pb、Cd、Cu、Cr及Zn等重金属，还包括具有很强危害性的二噁英，这些污染物质可以通过污染水体、土壤，进而危害到动植物和人体的健康，因此，需要对垃圾焚烧飞灰进行无害化处理。
目前常见的飞灰处置方式主要有：水泥固化法、沥青固化法、化学药剂稳定后填埋法、水泥窑协同处置法、熔融烧成法等。这些方法均有各自的特点和不足，水泥固化法中大量水泥的使用会导致固化体体积的增加，未能做到废弃特的减量化，飞灰中特殊的盐类和有机物的缓慢分解会造成固化体破裂，从而造成再次污染等问题。沥青固化法：物料需要在高温下操作，安全性较差，设备投资费用与运行费用较水泥固化更高。化学药剂稳定后填埋法：经药剂处理后的飞灰仍是散状，填埋后与周围环境的接触面积大，盐类和二噁英都有可能溶出，不溶性化合物在细菌作用和pH改变的条件下也会变得易溶，且化学药剂成本昂贵。水泥窑协同处置：必须采用水洗脱氯处理，处置成本较高，工作量大，管理成本高，最终产出的产品附加值较低，现实中许多水泥生产企业不愿意采用。综合来讲，熔融烧成法是目前效果最好的飞灰处置方法之一，其处置思路可供借鉴并应用于大多数固废危废物的处理。在处理飞灰时，熔融烧成法可以利用高温将飞灰中的二噁英等物质全部分解，再将熔渣快速冷却形成致密且稳定的玻璃体，不仅可以有效控制重金属的浸出，熔融还使灰渣变得致密，减容效果非常显著。此外，可以将熔渣烧制成建筑材料或装饰材料，实现飞灰的资源化利用，并产生新的经济价值。其中，陶粒就是一种优良的资源化产品。
陶粒作为一种建筑基础材料，以其体轻、保温、利废、环保等特性受到人们极大的重视。陶粒的粒径一般为5～20mm，可用来取代混凝土中的碎石和卵石。轻质性是陶粒许多优良性能中最重要的一点，也是它能够取代重质砂石的主要原因。陶粒内部结构呈细密蜂窝状微孔，这些微孔都是封闭型的，并不连通，它是由于气体被包裹进壳内而形成的，这是陶粒质轻的主要原因。另外，陶粒的表面具有一层坚硬的外壳，这层外壳呈陶质或釉质，具有隔水保气的作用，并且赋予了陶粒较高的强度，使陶粒可用于建筑工程中保温、隔热、轻质墙体、轻骨料混凝土等方面，也可用于环保过滤、农业种植及建筑装饰等领域。目前己有很多陶粒的制备方法的现有技术己有很多，但目前利用传统焙烧工艺生产的粘土陶粒由于受粘土矿物价格的影响其生产成本较高，因而限制了粘土陶粒的产量，也制约了建筑行业的发展。而伴随着我国建筑行业的快速发展，对于高性能的陶粒产品需求量巨大。因此制备陶粒是焚烧飞灰和市政污泥非常具有发展前景的一种处理处置及资源化利用方式，但是污泥干化的流程复杂、投资运行费用高昂，严重限制了该方法的普及和推广。
因此，本申请旨在提供一种利用飞灰为主体生产陶粒的配方与方法，根据该方法在实现飞灰无害化、资源化的同时，还可以拓展陶粒生产的原料，减轻制陶粒产业中对粘土、页岩等常规原料的依赖和使用，有利于改善水土流失，节约了物料和能源。
发明内容
本发明的目的是：一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的配方与方法，根据该配方及方法，一方面可实现飞灰的彻底无害化，另一方面可实现飞灰的完全资源化，生产出具有较高附加值和广阔应用前景的陶粒产品。
本发明的技术方案是：首先提供一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的配方，原料按重量计如下表1所示，
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进一步地，所述发泡剂可为FeS、Fe2O3、FeO、C、CaMg(CO3)2、CaCO3、SiC中的一种或多种，所述助烧剂可为K2O、Na2O、CaO、MgO中的一种或多种。
本发明的配方中，高岭土原料可以替换为企业所在地的固体废料，因地制宜，有效解决企业所在地的固定体废料处理问题，例如高岭土开采过程出现的劣质高岭土、尾矿砂等；本发明中，原料飞灰在整个配方中的比重适宜，既可以实现较大规模的处理飞灰，同时也保证能生产出性能优良的陶瓷产品；当垃圾飞灰的份数较少（低于25份）时，无法实现快速大规模处理飞灰的目的，而当垃圾飞灰的份数太多（高于50份）时，无法生产出高质量的发泡陶瓷产品。
本发明还提供一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的方法，原料采用了前述的配方，其工艺流程为：
第一步：飞灰预处理
首先，对飞灰进行水洗预处理，使飞灰中的含氯化合物充分溶解，一方面减少含氯化合物对后续工艺中所使用到的设备的腐蚀，另一方面要确保处理后飞灰中的含氯量满足后续生产工艺中对于原料中氯元素的需求。
S11：预处理，将垃圾飞灰与水进行充分混合，搅拌均匀，以达到飞灰中的氯 离子充分浸出。
进一步的，垃圾飞灰预处理水的比例按：1:0.8-1.2的比例添加。
S12：固液分离，采用压滤脱水的方式，对步骤S11中混合飞灰完成脱水处理，得到飞灰滤饼和滤液；飞灰滤饼转运至泥仓待用; 飞灰滤饼可以转运至泥仓备用，或者直接进入下一工序处理；
S13：滤液处理，对步骤S12中的滤液进一步提纯与除杂，对提纯产生的剩余物及收集的杂质再次返回至S12步骤固液分离处理，提纯后的滤液进行蒸发结晶；例如可加入化学试剂溶液，在20-40℃的温度下搅拌均匀后静置0.5-3h、经物理沉淀后再进行固液分离，其沉淀物返回泥仓待用，高盐水进行蒸发结晶处理、制得氟盐集中回收处理。
进一步的，飞灰滤饼和沉淀物的含水量控制在14-20%，氯离子总量控制在5%以内。
第二步 配料及混料
对各原料分别进行预破碎处理，各原料破碎后过40目以上筛，保证原料粉末的粒径大于40目，再按所述配方量取物料，将各种原料混合均匀； 第三步：球磨及造球
S31、将上一步处理后得到的混合料送入球磨机，进行干法球磨，得到混合粉料；混合料球磨时间为4～9h，球磨后粒度范围≤200目；S32、将混合浆料送入制粒机内造球，保证混合料：水=1：0.1-0.2造球。
进一步地，造球工序的优选粒度范围为3～10mm；保证制粒机制出的单个颗粒的密度为0.4-1.2 t/m3。
第四步：布料及干燥预热
S41、布料，即将经第上一步处理后获得的球粒装入容器中或窑车上。
S42、具体温度范围 100℃～150℃ ，时间 2～3h ；预热方式包括但不限于采用干燥箱、干燥窑干燥预热。
第五步：高温烧成
将经上一步处理后的物料放入烧成窑中煅烧，烧成窑可以是辊道窑、隧道窑、推板窑、双筒回转窑中的任意一种。
进一步地，烧成窑为双筒回转窑，窑直径为1.8m，第一筒为预烧成窑，转速为1.5～4.5转/分。第二筒为焙烧窑，转速为1.2～3.7转/分。
进一步地，具体的烧成制度为：料球进料口内初步预热温度为300～500℃，预热时间为3～5分钟；料球预热段高温预热分解温度为700～850℃，预热时间为20～30分钟；料球焙烧段焙烧温度为1100～1200℃，焙烧时间为15～20分钟；然后，从烧成温度自然降温至室温，得到陶粒成品。
进一步的，在烧成过程中，使用蓄热式余热回收技术，可将弥散式厌氧高温烧成产生的热风回用于物料的干燥预热，节省了能源。传统基于燃烧的二噁英处理方法，总是会发生二噁英逃逸，处理不完全引起二次污染的情况，本工艺的热风在干燥预热和厌氧高温烧成工序反复循环利用，二噁英无法逃逸，能将其完全去除。具体的设备装置为现有技术，在此不作赘述。
本发明无害化飞灰的机理是：对于二恶英类有机物，其是生活垃圾中的含氯高分子化合物，如聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等二恶英类前体物，在适宜的温度并在 CuCl2、FeCl3的催化作用下和 HCl、O2反应，从而生成二恶英类物质。研究结果表明，二恶英的最佳生成温度为 300℃ -500℃，随着温度继续升高，当到达 750℃左右时，分子量较大的二恶英类物质又将开始分解，到 1000℃左右时二恶英类物质将完全分解，本发明中生产陶粒的烧结温度在 1100℃以上，因此在陶粒高温烧结的过程中二恶英将被彻底分解为 CO2和 H 2O 等无害物质，即实现了对二恶英的无害化。对于重金属，则是利用与其它种类原料成分之间的协同作用反应固化。
与现有技术相比本发明的有益效果：本发明提供的以垃圾焚烧飞灰为主体生陶粒的配方与方法，利用原料成分之间的协同作用固化了飞灰中重金属，避免浸出，实现了飞灰的无害化和资源化。在生产过程中，可以精确计算用水量，并采用相关的物料循环系统，使得整个生产工艺可以最大限度的节约资源能源，实现生产过程的零排放，且可以调控生产出的陶粒产品的密度，满足对不同密度陶粒产品的需求。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2是按本发明实施例1中的配方制备出的陶粒产品实物图；
图3是按本发明实施例2中的配方制备出的陶粒产品实物图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，本实施例中未具体说明的方法或工艺，均为现有技术。
本实用新型的整体生产工艺流程如图1所示。
实施例1
本实施例中的原料组成按重量计为：垃圾飞灰25份，粉煤灰40份，劣质高岭土20份，发泡剂5份，助燃剂 10份。发泡剂为CaCO3，助燃剂为 CaO，具体工艺流程如下：
第一步、飞灰预处理
首先，对飞灰进行水洗预处理，使飞灰中的含氯化合物充分溶解。
S1、按垃圾飞灰与水的比例1:0.8的比例添加水进行充分混合，搅拌均匀加快溶解效率，以达到飞灰中的氯离子充分浸出。
S2、将经过S1步处理的飞灰进行固液分离，用压滤机使飞灰滤渣中的含水量在10-20%以内，转运至泥仓储存备用；对于滤液先进行沉淀处理，本实施例中在滤液中加入化学沉淀剂，然后静置2h沉淀，将获得的沉淀物滤水送至前述泥仓中合并储存备用，剩余的高盐液则进行蒸发结晶处理，将结晶过程中得到的氯盐集中回收。
S3,检测水洗后飞灰中氯含量2%
第二步、配料及混料
将各原料分别进行预破碎处理，各原料破碎后过40目以上筛，保证原料粉末的粒径大于40目，再按所述配方量取物料，将各种原料混合均匀；得到混合料。
第三步：球磨及造球
将混合料放入球磨机中进行球磨，球磨时间为7h，得到混合粉料，将混合粉料倒入制粒机内造球按料水比1：0.2加入水，得到0.5厘米～1.0厘米的球状物料。
第四步：干燥预热
将球状物料放入干燥箱中，烘干2h，温度为120℃。，
第五步：高温烧成
将干燥后的球状物料放入双筒回转窑中进行煅烧，第一筒为预烧成窑，转速为3.5转/分。第二筒为焙烧窑，转速为2.0转/分；焙烧采取的烧成制度为：料球进料口内初步预热温度为500℃，预热时间为5分钟；料球预热段高温预热分解温度为780℃，预热时间为20分钟，料球焙烧温度为1200℃，料球焙烧时间为15分钟，自然冷却后即得陶粒。
进一步的，在烧成过程中，可以使用热风回用装置将烧成过程中生产的余热和气体等集中回收，并送到双筒回转窑中重新利用。既可达到节能的效果又可以减少烟气排放，具体的设备装置为现有技术，在此不作赘述。
实施例2
本实施例中的原料组成为：垃圾飞:30份，粉煤灰35份，劣质高岭土20份，发泡剂5份，助燃剂 10份。发泡剂为CaCO3，助燃剂为CaO，具体工艺流程如下：
第一步、飞灰预处理
首先，对飞灰进行水洗预处理，使飞灰中的含氯化合物充分溶解。
S1、按垃圾飞灰与水的比例1:0.8的比例添加水进行充分混合，搅拌均匀加快溶解效率，以达到飞灰中的氯离子充分浸出。
S2、将经过S1步处理的飞灰进行固液分离，用压滤机使飞灰滤渣中的含水量在10-20%以内，转运至泥仓储存备用；对于滤液先进行沉淀处理，本实施例中在滤液中加入化学沉淀剂，然后静置2h沉淀，将获得的沉淀物滤水送至前述泥仓中合并储存备用，剩余的高盐液则进行蒸发结晶处理，将结晶过程中得到的氯盐集中回收。
S3,检测水洗后飞灰中氯含量2%
第二步、配料及混料
将各原料分别进行预破碎处理，各原料破碎后过40目以上筛，保证原料粉末的粒径大于40目，再按所述配方量取物料，将各种原料混合均匀；得到混合料。
第三步：球磨及造球
将混合料放入球磨机中进行球磨，球磨时间为7h，得到混合粉料，将混合粉料倒入制粒机内造球按料水比1：0.2加入水，得到0.5厘米～1.0厘米的球状物料。
第四步：干燥预热
将球状物料放入干燥箱中，烘干2h，温度为120℃。，
第五步：高温烧成
将干燥后的球状物料放入双筒回转窑中进行煅烧，第一筒为预烧成窑，转速为3.5转/分。第二筒为焙烧窑，转速为2.0转/分；焙烧采取的烧成制度为：料球进料口内初步预热温度为500℃，预热时间为5分钟；料球预热段高温预热分解温度为780℃，预热时间为20分钟，料球焙烧温度为1200℃，料球焙烧时间为15分钟，自然冷却后即得陶粒。
以上仅为本发明的部分实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有前述各种技术特征的组合和变型，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，对本发明的改进、变型、等同替换，或者将本发明的结构或方法用于其它领域以取得同样的效果，都属于本发明包括的保护范围。

Claims (7)

1.一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的配方，其特征在于：原料组成按重量计为：垃圾飞灰25-50份，粉煤灰10-40份，高岭土20-40份，发泡剂1-5份，助燃剂 10-20份；发泡剂为FeS、Fe2O3、FeO、C、CaMg(CO3)2、CaCO3、SiC中的一种或多种，助烧剂为K2O、Na2O、CaO、MgO中的一种或多种。
2.如权利要求2所述的一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的配方，其特征在于：原料组成按重量计为：垃圾飞灰25份，粉煤灰40份，劣质高岭土20份，发泡剂5份，助烧剂10份。
3.一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的方法，其特征在于，采用权利要求1-2任一所述的配方；生产工艺包括如下步骤： 第一步、飞灰预处理，对飞灰进行水洗预处理，使飞灰中的含氯化合物充分溶解，包括下面步骤：
S11、预处理，将垃圾飞灰与水进行充分混合，搅拌均匀，以达到飞灰中的氯离子充分浸出；
S12、固液分离，采用压滤脱水的方式，对步骤S11中混合飞灰完成脱水处理，得到飞灰滤饼和滤液；飞灰滤饼转运至泥仓待用; 飞灰滤饼转运至泥仓待用或直接进入下一工序处理；
S13、滤液处理，对步骤S12中的滤液进一步提纯与除杂，对提纯产生的剩余物及收集的杂质返回至S12步骤处理，滤液进行蒸发结晶；
第二步、配料及混料，
S21、对各原料分别进行预破碎处理，各原料破碎后过40目以上筛，保证各原料粉末的粒径大于40目，再按所述配方量取物料，将各种原料混合均匀；
第三步、球磨及造球， S31、将上一步处理后得到的混合料送入球磨机，进行干法球磨，得到混合粉料，混合料球磨时间为4～9h，球磨后粒度范围≤200目； S32、将混合浆料送入制粒机内造球，保证混合料：水=1：0.1-0.2造球，造球工序的粒度范围为3～10mm， 保证制粒机制出的单个颗粒的密度为0.4-1.2 t/m3；
第四步、干燥预热；具体温度范围 100℃～150℃ ，时间 2～3h ；
第五步：高温烧成，将经上一步处理后的物料放入烧成窑中煅烧，使用的烧成窑是辊道窑、隧道窑、抽屉窑、推板窑、双筒回转窑中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的方法，其特征在于：所述步骤S11中，垃圾飞灰预处理水的比例按：1:0.8-1.5的比例添加。
5.根据权利要求4所述的一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的方法，其特征在于：采用的烧成窑是双筒回转窑，窑的直径为1.8m，第一筒为预烧成窑，转速为1.5～4.5转/分；第二筒为焙烧窑，转速为1.2～3.7转/分。
6.根据权利要求4所述的一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的方法，其特征在于：在第五步中，温度变化过程为：料球进料口内初步预热温度为300～500℃，预热时间为3～5分钟；料球预热段高温预热分解温度为700～850℃，预热时间为20～30分钟；料球焙烧段焙烧温度为1100～1200℃，焙烧时间为15～20分钟；然后，从烧成温度自然降温至室温，得到陶粒成品。
7.根据权利要求4所述的一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产陶粒的方法，其特征在于，第一步中，飞灰滤饼和沉淀物的含水量控制在14-20%，氯离子总量控制在5%以内。
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