CN113402257A - 一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产发泡陶瓷的配方与方法 - Google Patents
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Abstract
一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产发泡陶瓷的配方，原料组成按重量计为：飞灰15‑50份、高岭土0‑20份、尾矿渣30‑55份、长石5‑30、滑石0‑10份、发泡剂0.1‑0.5份，助剂2‑5份；助剂为石灰、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙中的一种或多种。还提供了一种对应的生产方法，利用垃圾飞灰为主要原料，生产出抗压强度(≥4MPa)和容重(在300‑1200kg/m3)性能优良的发泡陶瓷产品，实现对飞灰的彻底无害化和资源化的目的。
Description
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发泡陶瓷的配方与方法。
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。
因此，本申请旨在提供一种基于熔融法的飞灰处理方法，根据该方法可以快速有效地实现垃圾飞灰彻底的无害化，同时生产出具有高附加值和广阔应用前景的发泡陶瓷产品。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的上述不足而提供一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产发泡陶瓷的配方与方法，可以利用垃圾飞灰为主要原料，生产出抗压强度大、容重性能优良的发泡陶瓷产品，实现对飞灰的彻底无害化和资源化。
本发明的技术方案是：首先提供一种利用垃圾焚烧飞灰生产发泡陶瓷的配方，原料按重量计，包括：垃圾飞灰 15-50份，高岭土 0-20份，尾矿渣 30-55份，长石 5-30份，发泡剂 0.1-1.5份，滑石 1—10份，助剂 1-3份，以及水。发泡剂可为FeS、Fe2O3、FeO、C、CaMg(CO3)2、CaCO3、SiC等中的一种或多种；其中助剂为碱性体系物料，例如可为石灰、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙等中的一种或多种。尾矿渣为采选矿过程中产生的废余物的至少一种，且尾矿渣的化学组成满足SiO2含量在60%以上、Al2O3含量在10%-40%之间。
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10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发泡陶瓷的方法，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，加入水量满足整个生产工艺的自循环需求
S12：固液分离，采用压滤脱水的方式，对步骤S11中的混合飞灰料液进行脱水处理，得到飞灰滤饼和滤液；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；
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，
第二步粗碎、配料及初混
S21、根据需要对各原料进行粗破，保证各原料的粒度均不大于3mm。优选的，粒度小于≤1～3mm。
S22、按所述配方的配比精确量取各种原料，并初步混合，得到混合料。
第三步：细碎
将经上一步处理得到的混合料进行研磨破碎，可以采用干法或者湿法工艺。
第四步：制备粉料，
将上一步处理的原料进行制粉，可以采用湿式喷雾制粉或者干法制粉，使制粉后得到混合粉料的粒度≤200目。
具体的，若采用湿式喷雾制粉工艺，其工艺流程为：将上一步制备的原料进行湿式球磨→料浆池搅拌匀化→喷雾制粉→粉料仓储料。 若采用干法制粉工艺，其工艺流程为：将上一步制备的原料进行二级精磨→增湿造粒→流化干燥→粉料仓储料；其中增湿造粒可采用增湿造粒机配合高压雾化水实现，流化干燥采用摇摆式流化床实现。
优选的，湿式喷雾制粉的混合粉料通过工艺参数控制其粒径分布为：40目：10%～25%，60～80目：40%～65%,80～100目：20%～35%，大于100目：2%。
优选的，制得的混合粉料的含水率在5～6%之间。
第五步：布料及干燥预热
S51、布料，即将经上一步处理后获得的混合粉料装入模具中，模具可以是任何可承载粉料且耐高温的容器。
优选的，在布料时，需要根据待生产产品的密度大小要求，使用设备对模具中的粉料进行压制成型。一般来说，压制时的压力越大则最终产品的密度越大。因此，本方法通过调整相关设备对模具中粉料的压力来控制最终产品的密度，以得到满足要求的产品，例如通过调节0 - 12000N/m2的压力，使产品的密度控制在0.3-1.2t/m3 。
S52、干燥预热，预热的温度范围为 100℃～600℃ ，时间 2～4h ，具体方式包括但不限于采用热风、电热、涡流、微波、干燥窑干燥预热等。
第六步：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、抽屉窑中的任意一种。
在烧成过程中，可以使用热风回用（热能回收装置）将烧成时产生的热气或粉尘等输送到其它步骤中重新利用，例如可以送到预热处理步骤中或者喷雾干燥处理等步骤中使用，即可以实现热量的充分利用节约能源，同时不向外部排放物质也更环保。
进一步的，烧成时搭配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。
进一步地，烧成中温度变化过程为：首先，烧成窑中的温度从室温升至850℃，升温速率为100～200℃/h；从850℃生至烧成温度1000℃～1200℃，升温速率为300～450℃/h的；然后，在烧成温度保温0.5～4h；之后，从烧成温度降温至600℃，降温速率为500～800℃/h；最后，从600℃降至室温，降温速率为300～500℃/h，即得到发泡陶瓷板半成品。
第七步：切割、检验、产品入库
对发泡陶瓷板半成品进行拣选、切边，最终制得成品。
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产发泡陶瓷的配方与方法，以垃圾飞灰作为生产发泡陶瓷的主体原料，这既降低了发泡陶瓷的烧结温度和能源成本，又利用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瓷产品的密度，满足不同的需求。
附图说明
图1为本发明实施例1中生产发泡陶瓷的工艺流程图；
图2是按本发明实施例1中的配方制备出的发泡陶瓷产品实物图；
图3是按本发明实施例2中的配方制备出的发泡陶瓷产品实物图。
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。
实施例1
本实施例中的原料组成为：垃圾飞灰15份，劣质高岭土10份，石英尾矿 50份，长石20份，发泡剂 1份，滑石3份，助剂 1份。本实施例的整体生产工艺流程如图1所示，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后送至前述泥仓中合并储存备用，剩余的上清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为2%
第二步粗碎、配料及初混
S1、对各原料进行粗破，保证各原料的粒度均不大于2mm。
S2、按所述配方的配比精确量取各种原料，并初步混合，得到混合料。
第三步：细碎、制粉
将经上一步处理得到的混合料进行研磨破碎，采用湿式喷雾制粉方法，制得的混合粉料通过工艺参数控制其粒径分布为：40目：10%～25%，60～80目：40%～65%,80～100目：20%～35%，大于100目：2%。且使制得的混合粉料的含水率为5%。
第四步：布料及干燥预热
S1、布料，将经上一步处理后获得的混合粉料装入模具中。
S2、采用干燥窑干燥预热，预热的温度为 300℃ ，时间 为4h ，
第五步：高温烧成
将经上一步处理后的物料放入隧道窑中煅烧，首先，烧成窑中的温度从室温升至850℃，升温速率为100℃/h；从850℃生至烧成温度1100℃，升温速率为300℃/h的；然后，在烧成温度保温2h；之后，从烧成温度降温至600℃，降温速率为500℃/h；最后，从600℃降至室温，降温速率为400℃/h，得到发泡陶瓷板半成品。
第六步：切割、检验、产品入库
对发泡陶瓷板半成品进行拣选、切边，最终制得成品。
本实施例烧成后的发泡陶瓷产品实物如图2所示；表1、表2分别是本实施例生产前后物料中主要成分的含量变化情况表及产品重金属离子浸出浓度情况表。
从表1和表2中，可知原料制成产品后，无重金属的浸出物，证明本实施例有效的实现了无害化飞灰的目的。
实施例2
本实施例中的原料组成为：垃圾飞灰40份，劣质高岭土5份，石英尾矿 40份，长石10份，发泡剂 1份，滑石3份，助剂 1份。其工艺流程如下：
第一步：飞灰预处理，处理后飞灰的含氯量≤2%。
第二步：将配好的各种原料进行充分混合，并对混合物料进行一级粗破，粒度为1mm。
第三步：采用干法制粉工艺，将上一步制备的原料进行二级精磨→增湿造粒→流化干燥→粉料仓储料。二级精磨后粒度范围为200目，增湿造粒采用增湿造粒机配合高压雾化水实现，流化干燥采用摇摆式流化床实现。具体制得的粉粒按工艺参数控制其粒径分布为：40目：23%，60～80目：60%,80～100目：15%，大于100目：2%。含水率：6%。
第四步：布料并采用干燥窑干燥预热，干燥预热温度为500℃，时间 2h 。
第五步：将经上一步处理后的物料放入烧成窑中煅烧。首先，烧成窑中的温度从室温升至850℃，升温速率为150℃/h；从850℃生至烧成温度1200℃，升温速率为450℃/h的；然后，在烧成温度保温1.5h；之后，从烧成温度降温至600℃，降温速率为800℃/h；最后，从600℃降至室温，降温速率为500℃/h，得到发泡陶瓷板半成品。
如图3所示，是按本实施例2中的配方生产出的发泡陶瓷实物成品图，与实施例1生产的产品相比，本实施例2烧制成的产品，发泡间隙更均匀。
表3、表4分别是本实施例生产前后物料中主要成分的含量变化情况表及产品重金属离子浸出浓度情况表。
从表3和表4中，可知原料制成产品后，重金属浸出物明显下降，满足国标，证明本实施例有效的实现了无害化飞灰的目的。
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 (9)
1.一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产发泡陶瓷的配方，其特征在于：原料组成按重量计为：飞灰15-50份、高岭土0-20份、尾矿渣30-55份、长石5-30、滑石0-10份、发泡剂0.1-0.5份，助剂2-5份；发泡剂可为FeS、Fe2O3、FeO、C、CaMg(CO3)2、CaCO3、SiC中的一种或多种；助剂为碱性体系物料。
2.根据权利要求1所述的一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产发泡陶瓷的配方：其特征在于：尾矿渣为采选矿过程中产生的废余物的至少一种，且尾矿渣的化学组成满足SiO2含量在60%以上、Al2O3含量在10%-40%之间；所述高岭土为劣质高岭土。
3.一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产发泡陶瓷的方法，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：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中的混合飞灰料液进行脱水处理，得到飞灰滤饼和滤液；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，粗碎、配料及初混， S21、对各原料进行粗破，保证各原料的粒度均不大于3mm；S22、按所述配方的配比精确量取各种原料，并初步混合，得到混合料；
第三步：细碎，将经上一步处理得到的混合料进行研磨破碎，采用干法或者湿法工艺；
第四步：制备粉料，将经上一步处理得到的原料进行制粉，采用湿式喷雾制粉或者干法制粉，使制粉后得到混合粉料的粒度≤200目；
第五步：布料及干燥预热，S51、布料，即将经上一步处理后获得的混合粉料装入模具中，模具是任何可承载粉料且耐高温的容器； S52、干燥预热，预热的温度范围为 100℃～600℃ ，时间为2～4h ，具体方式包括但不限于采用热风、电热、涡流、微波、干燥窑干燥预热；
第六步：高温烧成， 将经上一步处理后的物料放入烧成窑中煅烧，烧成窑中的温度变化过程为：首先，烧成窑中的温度从室温升至850℃，升温速率为100～200℃/h；从850℃生至烧成温度1000℃～1200℃，升温速率为300～450℃/h的；然后，在烧成温度保温0.5～4h；之后，从烧成温度降温至600℃，降温速率为500～800℃/h；最后，从600℃降至室温，降温速率为300～500℃/h，即得到发泡陶瓷板半成品；
第七步：切割、检验、产品入库， 对发泡陶瓷板半成品进行拣选、切边，最终制得成品。
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发泡陶瓷的方法，其特征在于，在所述第一步中，以重量计量，按飞灰：水为1:0.8-1.5的比例添加水量。
5.根据权利要求3所述的一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产发泡陶瓷的方法，其特征在于：在所述步骤S11、S12中，飞灰滤饼和沉淀物的含水量控制在10%-25%，氯离子总量控制在2%-5 % 以内。
6.根据权利要求3所述的一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产发泡陶瓷的方法，其特征在于：在步骤四中，采用湿式喷雾制粉工艺，其工艺流程为：将上一步制备的原料进行湿式球磨→料浆池搅拌匀化→喷雾制粉→粉料仓储料。
7.根据权利要求3所述的一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产发泡陶瓷的方法，其特征在于：步骤四中，采用干法制粉工艺，其工艺流程为：将上一步制备的原料进行二级精磨→增湿造粒→流化干燥→粉料仓储料；其中增湿造粒采用增湿造粒机配合高压雾化水实现，流化干燥采用摇摆式流化床实现。
8.根据权利要求3所述的一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产发泡陶瓷的方法，其特征在于：步骤四中制得的混合粉料通过工艺参数控制其粒径分布为：40目：10%～25%，60～80目：40%～65%,80～100目：20%～35%，大于100目：2%，混合粉料的含水率在5～6%之间。
9.根据权利要求3所述的一种以垃圾焚烧飞灰为主体生产发泡陶瓷的方法，其特征在于：在步骤五中，根据待生产产品的密度大小调节对模具中的粉料进行压制成型的压力，通过调节0 - 12000N/m2的压力，使产品的密度控制在0.3-1.2t/m3 。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210917 |
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