CN113929424A - 一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废物资源化利用技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，以废弃灰渣、飞灰和凝灰岩、凝灰熔岩为主要原材料，借助垃圾焚烧炉对凝灰岩、凝灰熔岩的胶凝特性进行热力活化，再辅以少量的生石灰、氢氧化钠和/或水玻璃、脱硫石膏，通过合理配比形成廉价的水硬性新型环保胶凝材料，取代建材行业中“水泥”的固化作用，用于生产建材用砌块。本发明选用我国分布广泛，价格低廉的火山凝灰岩、凝灰熔岩作为生活垃圾的掺合料一起焚烧，生成高强胶凝活性的粉料，并与其它粉料混合，形成一套集配置、制件为一体的完整技术体系，生产出的建材砌块具有低成本，低碳排放，良好的物理性能，符合节能减排、绿色可持续发展的要求。
Description
技术领域
本发明属于废物资源化利用技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法。
背景技术
随着现代化城市建设的迅速发展,城市生活垃圾的排放量也越来越多，每年我国生活垃圾约以10％的速度持续增加，垃圾焚烧发电是“减量化、无害化、资源化”处置生活垃圾的最佳方式，但是焚烧处理后产生约占垃圾重量3％-5％的飞灰和25％-30％的灰渣；“飞灰”是垃圾焚烧厂、垃圾焚烧烟气排放、净化系统、捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰的总称，因飞灰含有二噁英和重金属，必须对其进行固化/稳定化处理，处理后的产物方可进行填埋和资源化利用；另一方面，尽管灰渣中重金属浸出量基本符合《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》的要求，但由于离子溶出具有累积性，且灰渣在贮存、处置和资源化过程中可能受到环境影响，导致重金属浸出性发生变化，对周围环境和人类健康构成威胁，故灰渣是具有潜在危害的危险废物，也须进行无害化处置和资源化利用。
目前，对垃圾焚烧灰渣、飞灰无害化处置技术中，常常通过添加水泥或沥青的方式进行固化处理并填埋，虽然采用水泥或者沥青固化处置后能够有效减少飞灰中的重金属浸出，但是会造成生活垃圾焚烧飞灰的增容；随着我国基建的大力发展，水泥、沥青价格持续上涨，即使辅以粉煤灰减少水泥用量，也只能略微降低固化成本；另外，水泥的制备过程复杂，且存在煅烧环节，这也不利于节能环保。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，以废弃灰渣、飞灰和凝灰岩、凝灰熔岩为主要原材料，借助垃圾焚烧炉对凝灰岩、凝灰熔岩的胶凝特性进行热力活化，再辅以少量的生石灰、氢氧化钠和/或水玻璃、脱硫石膏，通过合理配比，形成廉价的水硬性新型环保胶凝材料，取代建材行业中“水泥”的固化作用，用于生产建材用砌块。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，包括以下步骤：
(1)将生活垃圾与破碎至粒径5mm以下的凝灰岩、凝灰熔岩颗粒混合后送入垃圾焚烧炉进行焚烧；
(2)收集焚烧后的灰渣、飞灰并筛分得到细底渣；
(3)向细底渣中掺入凝灰岩、凝灰熔岩颗粒，并经分级破碎、研磨和筛分后得混合细粉；
(4)取混合细粉与生石灰、氢氧化钠和/或水玻璃、脱硫石膏配置得新型环保胶凝材料；
(5)将新型环保胶凝材料与水、砂石骨料混合搅拌后排入模具，经震荡、压制、养护后制成免烧建材用砌块。
优选的，所述步骤(1)中凝灰岩、凝灰熔岩颗粒与生活垃圾的质量比为(5-25):100。
优选的，所述步骤(1)中垃圾焚烧炉的焚烧温度不低于750℃。
优选的，所述步骤(2)中筛分还可获得燃烧不完全杂物和废杂金属，所述燃烧不完全杂物重新送回给料器中与下一批待焚烧生活垃圾混合，所述废杂金属用于再生金属。
优选的，所述步骤(3)中细底渣与掺入凝灰岩、凝灰熔岩颗粒的质量比为1:1。
优选的，所述步骤(3)中混合细粉颗粒的最粗粒径不大于200目。
优选的，所述步骤(4)中混合细粉、生石灰、氢氧化钠和脱硫石膏的配比为100:X:1:1，其中X的计算公式如下：
式中X为生石灰的份数；
和TCaO分别为凝灰岩、凝灰熔岩中SiO2、Al2O3和CaO的质量分数；WCaO为生石灰中CaO的质量分数。
优选的，所述凝灰岩、凝灰熔岩中SiO2、Al2O3和生石灰中CaO的质量分数通过岩相分析、XRF定量分析或红外光谱分析获得。
优选的，所述步骤(5)中砂石骨料为粒径0.16mm-0.5mm的碎石颗粒。
采用上述技术方案后，本发明提供的一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，具有以下有益效果：
1)本发明选用在我国分布广泛，价格低廉的火山凝灰岩、凝灰熔岩作为生活垃圾的掺合料一起焚烧，生成高强胶凝活性的粉料，并与其它粉料混合，形成一套集配置、制件为一体的完整技术体系，生产出的建材砌块具有低成本，低碳排放，良好的物理性能；
2)本发明的焚烧过程与胶凝特性的热力活化过程同步进行，把高温热力活化凝灰岩、凝灰熔岩胶凝特性的工艺并入垃圾焚烧工艺流程中，既能缩小建造此种胶凝材料的生产线的成本和缩短相应的行政审批流程，又能达到比机械活化方式更强的胶凝效果；
3)本发明原位配置胶凝材料，并直接制备建材砌块，既能解决灰渣和飞灰在运输过程中的二次污染问题，又能延伸焚烧发电产业链条和资源化利用灰渣、飞灰，符合节能减排、绿色可持续发展的要求，具有废物利用、变废为宝的特点，可以取代建材行业中的“水泥”的固化作用，有利于节能环保。
附图说明
图1为采用本发明一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法的技术路线图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。
本发明提供的一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将生活垃圾与破碎至粒径5mm以下的凝灰岩、凝灰熔岩颗粒混合后送入垃圾焚烧炉进行焚烧，所述凝灰岩、凝灰熔岩颗粒与生活垃圾的质量比为(5-25):100，所述垃圾焚烧炉的焚烧温度不低于750℃，利用已有的垃圾焚烧工艺对凝灰岩、凝灰熔岩的胶凝特性进行热力活化；
(2)收集焚烧后的灰渣、飞灰并筛分得到燃烧不完全杂物、废杂金属和细底渣，所述燃烧不完全杂物重新送回给料器中与下一批待焚烧生活垃圾混合，所述废杂金属用于再生金属；
(3)向细底渣中掺入凝灰岩、凝灰熔岩颗粒，并经分级破碎、研磨和筛分后得混合细粉，所述破碎、研磨能够对凝灰岩、凝灰熔岩的胶凝特性进一步机械活化，所述细底渣与掺入凝灰岩、凝灰熔岩颗粒的质量比为1:1，且混合细粉颗粒的最粗粒径不大于200目；
(4)取混合细粉与生石灰、氢氧化钠和/或水玻璃、脱硫石膏配置得新型环保胶凝材料，所述混合细粉、生石灰、氢氧化钠和脱硫石膏的配比为100:X:1:1，其中X的计算公式如下：
式中X为生石灰的份数；
和TCaO分别为凝灰岩、凝灰熔岩中SiO2、Al2O3和CaO的质量分数；WCaO为生石灰中CaO的质量分数，所述凝灰岩、凝灰熔岩中SiO2、Al2O3和生石灰中CaO的质量分数通过岩相分析、XRF定量分析或红外光谱分析获得；
(5)将新型环保胶凝材料与水、粒径0.16mm-0.5mm的砂石骨料混合搅拌后排入模具，经震荡、压制、养护后制成免烧建材用砌块。
实施例一
根据上述步骤(1)-(3)配置混合细粉，所用垃圾为城市生活垃圾，焚烧前含水率为10％；所用凝灰岩取自白垩纪下统陈棚组，成分见表1；
表1实例用凝灰岩主要成分
焚烧炉温度为800℃，焚烧时间为2.5小时。
步骤(4)中所用生石灰来自安阳民顺钙业公司，成分见表2；
表2实例用生石灰主要成分
新型环保胶凝材料配比、单价和运费见表3；
表3新型环保胶凝材料各原料用量比例及单项成本
注：负值表示补贴价格，正值表示材料价格
根据表3可计算出每吨新型环保胶凝材料仅为70.2元，远低于市面上约400元/吨的水泥。
采用表3配方中的胶凝材料代替水泥，并按照该胶凝材料：水：砂石骨料为1:0.2:0.8的比例压制成建材用方形砖块，将砖块在60℃，湿度大于80％的条件下养护3天，得成品砖；经压力试验检测，该实例中成品砖抗压强度约25-30MPa，可以满足大部分建材砌块的使用要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将生活垃圾与破碎至粒径5mm以下的凝灰岩、凝灰熔岩颗粒混合后送入垃圾焚烧炉进行焚烧；
(2)收集焚烧后的灰渣、飞灰并筛分得到细底渣；
(3)向细底渣中掺入凝灰岩、凝灰熔岩颗粒，并经分级破碎、研磨和筛分后得混合细粉；
(4)取混合细粉与生石灰、氢氧化钠和/或水玻璃、脱硫石膏配置得新型环保胶凝材料；
(5)将新型环保胶凝材料与水、砂石骨料混合搅拌后排入模具，经震荡、压制、养护后制成免烧建材用砌块。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，其特征在于：所述步骤(1)中凝灰岩、凝灰熔岩颗粒与生活垃圾的质量比为(5-25):100。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，其特征在于：所述步骤(1)中垃圾焚烧炉的焚烧温度不低于750℃。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，其特征在于：所述步骤(2)中筛分还可获得燃烧不完全杂物和废杂金属，所述燃烧不完全杂物重新送回给料器中与下一批待焚烧生活垃圾混合，所述废杂金属用于再生金属。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，其特征在于：所述步骤(3)中细底渣与掺入凝灰岩、凝灰熔岩颗粒的质量比为1:1。
6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，其特征在于：所述步骤(3)中混合细粉颗粒的最粗粒径不大于200目。
7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，其特征在于：所述步骤(4)中混合细粉、生石灰、氢氧化钠和脱硫石膏的配比为100:X:1:1，其中X的计算公式如下：
式中X为生石灰的份数；
和TCaO分别为凝灰岩、凝灰熔岩中SiO2、Al2O3和CaO的质量分数；WCaO为生石灰中CaO的质量分数。
8.根据权利要求7所述的一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，其特征在于：所述凝灰岩、凝灰熔岩中SiO2、Al2O3和生石灰中CaO的质量分数通过岩相分析、XRF定量分析或红外光谱分析获得。
9.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧灰渣及飞灰的原位资源化利用方法，其特征在于：所述步骤(5)中砂石骨料为粒径0.16mm-0.5mm的碎石颗粒。
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