CN113548800A - 以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法。它是以垃圾焚烧飞灰为主要原料，以石英砂、石灰石、高岭土、白云石为主要辅料，纯碱、芒硝为小料，氧化铈为晶核剂，并按以下重量份的原料采用全电熔法熔制工艺进行制备的：20‑60份垃圾飞灰，5‑45份石英砂，10‑30份石灰石，5‑12份高岭土，10‑20份白云石，2‑8份纯碱，1‑5份芒硝和0.5‑2份氧化铈，其每天消耗的垃圾飞灰15.75‑17.45吨左右。本发明的制备方法不仅能将垃圾焚烧收集的飞灰高温熔化后转变为有用的材料回收利用，提供附加经济效益，实现资源综合利用，发展循环经济，改善环境；采用全电熔窑炉规模化生产的微晶玻璃，不仅极大的消耗垃圾飞灰带来的影响，而且降低了微晶玻璃的生产成本和高温熔制工艺中的能耗，又能提高微晶玻璃的品质。

Description

以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法
技术领域
本发明涉及一种固体废物处理及再利用的方法，特别涉及以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法。
背景技术
由于生态环境保护的压力，生活垃圾焚烧处理已成为现在垃圾处理的主要方式之一，但垃圾经焚烧后将产生大量的飞灰，这些焚烧飞灰中含有相当数量的易渗沥重金属和二噁英等毒性物质，二者一旦进入环境，将严重危害人类生存和健康。安全有效地处理垃圾焚烧飞灰，并实现资源的回收利用已成为生态环境亟待解决的问题。
高温熔化并固化重金属熔融已成为固废处理的新发展方向，它减容显著，彻底分解飞灰中的二噁英，并使重金属固化在无机材料中，其中微晶玻璃是由基础玻璃经控制晶化而制得的一类多晶材料，其强度、硬度、耐热、耐化学腐蚀性均大大优于玻璃，部分性能远远优于天然石材和其它陶瓷材料，微晶玻璃在机械工程及建筑材料领域得到了广泛的应用。垃圾焚烧飞灰主要成分是 SiO2、CaO、Al2O3 等，并含有少量的成核物质 (Fe2O3、P2O5、TiO2)，适当调整其成分有望制备附加值较高的微晶玻璃，实现了焚烧飞灰处理的减量化、无害化、资源化的要求。一些发达国家已开发了多种垃圾焚烧飞灰熔融技术，如电弧炉熔融技术、等离子体炉熔融技术及反射面炉熔融技术等，如上技术中，电弧炉、等离子体炉的高温熔化区体积存在局限性，不能规模化生产玻璃，所以不能从根本上解决日益严重的垃圾飞灰带来的问题。
采用生产平板玻璃的方式生产微晶玻璃，不仅能大规模化处理垃圾飞灰，又能使微晶玻璃能耗将大幅度降低，还可以固化重金属离子带来的环境污染。采用全电熔窑炉规模化生产工艺生产不同种类的微晶玻璃，工艺成熟，产品质量优异。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法，该方法可以大规模化生产不同成型方式的微晶玻璃，使垃圾飞灰等资源可以再利用，并且能耗低、生产成本低、生产多样化。
本为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：一种以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法，该方法包括如下步骤 ：
S1 将垃圾飞灰、石英砂、石灰石、高岭土、白云石、纯碱、芒硝和氧化铈用自动称量配料系统按比例称量好后采用压缩空气配料罐进行均匀混合，然后用气力输送的方式将配合料输送到料仓中，通过螺旋下料方式投入全电熔窑炉中在温度为1400-1550℃的条件下熔化；
S2 因在高温下玻璃液是导电，其熔化方式采用钼电极内部导电垂直熔化方式，配合料经过熔化澄清均化约2-4h后形成玻璃液；
S3 玻璃液经水平式流液洞和上升冷却道流入耐火材料砌筑的玻璃通路中，进行适当地降温，玻璃通路分为主通路和分配通路，经主通路后将玻璃液温度降至1300～1400℃，然后进入分配通路，可根据生产不同的微晶玻璃产品，设计不同的玻璃出料口；
S4 根据不同形状模具成形的玻璃进行快速降温冷却处理，得到冷却块料；
S5 将得到的冷却块料送到隧道窑中升温至600-850℃下，保温0.5-2.5h进行核化处理，再升温至860-1060℃下保温1-3h进行晶化处理，然后得到微晶玻璃制品。
本发明更进一步的技术方案，在S1中，所述配合料系统采用自动称量、压缩空气混合和气力输送，可节约人工成本。
本发明更进一步的技术方案，在S1和S2中，所述全电熔窑包括为自动配料混合系统、主全电熔化池、水平流液洞、上升冷却道、主通路和分配通路； 所述以垃圾飞灰为主的配合料在全电熔窑炉中进行熔化、澄清排泡、均化，经水平式流液洞和上升道冷却方式。
本发明更进一步的技术方案，所述采用窑炉熔化方式，其窑炉分为全电熔和火焰法单元窑炉中的一种。
本发明更进一步的技术方案，所述规模化生产采用全电熔窑炉，根据窑炉的熔化面积，每日微晶玻璃的最大产量约为35吨左右，可以消耗垃圾飞灰10-20吨左右。
本发明更进一步的技术方案，所述玻璃通路采用分配方式，微晶玻璃成型可多样化。
上述的生产方法制备得到的微晶玻璃，它包括以下质量百分比的化学成分组成：2-5％的Na2O，4-8％的MgO，15-30％的Al2O3，30-50％SiO2，0.5-2％的Fe2O3，8-20％的CaO，1-3％的CeO2，0.5-2％的P2O5，其每天消耗的垃圾飞灰15.75-17.45吨左右。
综上所述，本发明不仅能将垃圾焚烧飞灰和其它原料混合经高温熔化后成型变为有用的材料进行使用，提供附加经济效益。而且采用大型窑炉规模化生产可以有效减少焚烧飞灰的熔融处理成本，而且通过一系列环保处理设施可减少飞灰熔融过程酸性气体的排放，又能提高微晶玻璃的品质。附图说明：图1为本发明示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下 ：
一种以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法，其特征在于它是以垃圾焚烧飞灰为主要原料，以石英砂、石灰石、高岭土、白云石为主要辅料，纯碱、芒硝为小料，氧化铈为晶核剂，并按以下重量份的原料采用全电熔法熔制工艺进行制备的：20-60份垃圾飞灰，5-45份石英砂，10-30份石灰石，5-12份高岭土，10-20份白云石，2-8份纯碱，1-5份芒硝和0.5-2份氧化铈。
以下实施例均按照上述比例的原料进行制备，其生产流程见图1：
实施例1：
本实施例的原料用量为：40份垃圾飞灰，20份石英砂，10份石灰石，6份高岭土，12份白云石，3份纯碱，2份芒硝和0.8份氧化铈。以垃圾焚烧飞灰为主要原料采用全电熔窑炉生产的微晶玻璃及其规模化生产步骤为：
S1 将垃圾飞灰、石英砂、石灰石、高岭土、白云石、纯碱、芒硝和氧化铈。用自动称量配料系统按比例称量好后采用压缩空气配料罐进行均匀混合，然后用气力输送的方式将配合料输送到料仓中，通过螺旋下料方式投入全电熔窑炉中在温度为1520℃的条件下熔化；
S2 因在高温下玻璃液是导电，其熔化方式采用钼电极内部导电垂直熔化方式，配合料经过熔化澄清均化约2-4h后形成玻璃液；
S3 玻璃液经水平式流液洞和上升冷却道流入耐火材料砌筑的玻璃通路中，进行适当地降温，玻璃通路分为主通路和分配通路，经主通路后将玻璃液温度降至1300～1400℃，然后进入分配通路，可根据生产不同的微晶玻璃产品，设计不同的玻璃出料口；
S4 根据不同形状模具成形的玻璃进行快速降温冷却处理，得到冷却块料；
S5 将得到的冷却块料送到隧道窑中升温至600-850℃下，保温0.5-2.5h进行核化处理，再升温至860-1060℃下保温1-3h进行晶化处理，然后得到微晶玻璃制品。
表1 为实施例1使用该比例的垃圾飞灰，全电熔窑炉生产微晶玻璃的产量：
类别 窑炉熔化面积/m<sup>2</sup> 每天垃圾飞灰的消耗量/吨 每天微晶玻璃的产量/天
重量 15 15.75 30
实施例2：
本实施例的原料用量为：50份垃圾飞灰，16份石英砂，15份石灰石，8份高岭土，16份白云石，3份纯碱，3份芒硝和1.0份氧化铈。以垃圾焚烧飞灰为主要原料采用全电熔窑炉生产的微晶玻璃及其规模化生产步骤为：
S1 将垃圾飞灰、石英砂、石灰石、高岭土、白云石、纯碱、芒硝和氧化铈。用自动称量配料系统按比例称量好后采用压缩空气配料罐进行均匀混合，然后用气力输送的方式将配合料输送到料仓中，通过螺旋下料方式投入全电熔窑炉中在温度为1500℃的条件下熔化；
S2 因在高温下玻璃液是导电，其熔化方式采用钼电极内部导电垂直熔化方式，配合料经过熔化澄清均化约2-4h后形成玻璃液；
S3 玻璃液经水平式流液洞和上升冷却道流入耐火材料砌筑的玻璃通路中，进行适当地降温，玻璃通路分为主通路和分配通路，经主通路后将玻璃液温度降至1300～1400℃，然后进入分配通路，可根据生产不同的微晶玻璃产品，设计不同的玻璃出料口；
S4 根据不同形状模具成形的玻璃进行快速降温冷却处理，得到冷却块料；
S5 将得到的冷却块料送到隧道窑中升温至600-850℃下，保温0.5-2.5h进行核化处理，再升温至860-1060℃下保温1-3h进行晶化处理，然后得到微晶玻璃制品。
表2 为实施例2使用该比例的垃圾飞灰，全电熔窑炉生产微晶玻璃的产量：
Figure 460873DEST_PATH_IMAGE002
实施例3：
本实施例的原料用量为：60份垃圾飞灰，12份石英砂，10份石灰石，10份高岭土，18份白云石，3份纯碱，4份芒硝和1.2份氧化铈。以垃圾焚烧飞灰为主要原料采用全电熔窑炉生产的微晶玻璃及其规模化生产步骤为：
S1 将垃圾飞灰、石英砂、石灰石、高岭土、白云石、纯碱、芒硝和氧化铈。用自动称量配料系统按比例称量好后采用压缩空气配料罐进行均匀混合，然后用气力输送的方式将配合料输送到料仓中，通过螺旋下料方式投入全电熔窑炉中在温度为1480℃的条件下熔化；
S2 因在高温下玻璃液是导电，其熔化方式采用钼电极内部导电垂直熔化方式，配合料经过熔化澄清均化约2-4h后形成玻璃液；
S3 玻璃液经水平式流液洞和上升冷却道流入耐火材料砌筑的玻璃通路中，进行适当地降温，玻璃通路分为主通路和分配通路，经主通路后将玻璃液温度降至1300～1400℃，然后进入分配通路，可根据生产不同的微晶玻璃产品，设计不同的玻璃出料口；
S4 根据不同形状模具成形的玻璃进行快速降温冷却处理，得到冷却块料；
S5 将得到的冷却块料送到隧道窑中升温至600-850℃下，保温0.5-2.5h进行核化处理，再升温至860-1060℃下保温1-3h进行晶化处理，然后得到微晶玻璃制品。
表3 为实施例3使用该比例的垃圾飞灰，全电熔窑炉生产微晶玻璃的产量：
类别 窑炉熔化面积/m<sup>2</sup> 每天垃圾飞灰的消耗量/吨 每天微晶玻璃的产量/天
重量 15 21.45 33.8
尽管上面结合本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法，其特征在于它是以垃圾焚烧飞灰为主要原料，以石英砂、石灰石、高岭土、白云石为主要辅料，纯碱、芒硝为小料，氧化铈为晶核剂，并按以下重量份的原料采用全电熔法熔制工艺进行制备的：20-60份垃圾飞灰，5-45份石英砂，10-30份石灰石，5-12份高岭土，10-20份白云石，2-8份纯碱，1-5份芒硝和0.5-2份氧化铈。
2.根据权利要求1所述的以垃圾焚烧飞灰为主要原料采用全电熔窑炉生产的微晶玻璃及其规模化生产方法，其特征在于它包括以下步骤：
S1 将垃圾飞灰、石英砂、石灰石、高岭土、白云石、纯碱、芒硝和氧化铈；
用自动称量配料系统按比例称量好后采用压缩空气配料罐进行均匀混合，然后用气力输送的方式将配合料输送到料仓中，通过螺旋下料方式投入全电熔窑炉中在温度为1400-1550℃的条件下熔化；
S2 因在高温下玻璃液是导电，其熔化方式采用钼电极内部导电垂直熔化方式，配合料经过熔化澄清均化约2-4h后形成玻璃液；
S3 玻璃液经水平式流液洞和上升冷却道流入耐火材料砌筑的玻璃通路中，进行适当地降温，玻璃通路分为主通路和分配通路，经主通路后将玻璃液温度降至1300～1400℃，然后进入分配通路，可根据生产不同的微晶玻璃产品，设计不同的玻璃出料口；
S4 根据不同形状模具成形的玻璃进行快速降温冷却处理，得到冷却块料；
S5 将得到的冷却块料送到隧道窑中升温至600-850℃下，保温0.5-2.5h进行核化处理，再升温至860-1060℃下保温1-3h进行晶化处理，然后得到微晶玻璃制品。
3.根据权利要求1-2所述的以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法，其特征在于在S1和S2中，所述全电熔窑包括为自动配料混合系统、主全电熔化池、水平流液洞、上升冷却道、主通路和分配通路； 所述以垃圾飞灰为主的配合料在全电熔窑炉中进行熔化、澄清排泡、均化，经水平式流液洞和上升道冷却方式。
4.根据权利要求2所述的以垃圾焚烧飞灰为主要原料采用全电熔窑炉生产的微晶玻璃及其规模化生产方法，其特征在于在S1中，所述配合料系统采用自动称量、压缩空气混合和气力输送，可节约人工成本。
5.根据权利要求2所述的以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法，其特征在于，所述采用窑炉熔化方式，其窑炉分为全电熔和火焰法单元窑炉中的一种。
6.根据权利要求2所述的以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法，其特征在于，所述规模化生产采用全电熔窑炉，根据窑炉的熔化面积，每日微晶玻璃的最大产量约为30吨左右，可以消耗垃圾飞灰10-20吨左右。
7.根据权利要求2所述的以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法，其特征在于，玻璃通路采用分配方式，微晶玻璃成型可多样化。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的以垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃及其规模化生产方法，其特征在于它包括以下质量百分比的化学成分组成：
2-5％的Na2O，4-8％的MgO，15-30％的Al2O3，30-50％SiO2，0.5-2％的Fe2O3，8-20％的CaO，1-3％的CeO2，0.5-2％的P2O5。
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