CN114082767A - 一种促进生活垃圾焚烧飞灰重金属氯化挥发的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焚烧残余物无害化与减量化技术领域，公开了一种促进生活垃圾焚烧飞灰重金属氯化挥发的方法，包括以下步骤：(1)将生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰混合得到混合物；(2)将混合物投入熔炼炉进行高温烧结；(3)冷却，得到烧结稳定化产物。本发明通过掺入医疗垃圾焚烧飞灰，高温下促进孔道生成，烧结产物孔体积及比表面积均提高10倍，有效提高重金属氯化挥发率，相比生活垃圾焚烧飞灰单一处置Cu、Zn氯化挥发率分别提高了32.58％、377.51％，重金属平均氯化挥发率提高了218.70％，减重率提高了51.35％。处理后稳定化产物性质稳定，其重金属浸出浓度远低于国家标准限值，且不需要添加任何外源助剂。
Description
技术领域
本发明属于危险废弃物无害化与资源化技术领域，具体涉及一种利用医疗垃圾焚烧飞灰促进生活垃圾焚烧飞灰重金属氯化挥发的方法。
背景技术
焚烧因具有无害化、减量化及资源化效果是世界范围内处理固体废物的有效方式之一。生活垃圾和医疗垃圾焚烧处置分别占比13％和90％以上。焚烧残余物中具有高含量的重金属和氯，对人类健康和自然环境都有严重的危害，被列入《国家危险废物名录(2021年版)》。因此，简单、高效、低成本的焚烧飞灰处置方法，特别是重金属和氯的去除与控制，已成为人们关注的焦点。
上述飞灰的处理技术主要有固化稳定化填埋，化学浸出和生物浸出。但这些方法存在土地资源浪费、技术复杂、操作周期长等问题限制了其推广应用。热处理技术由于其分解二噁英和稳定或挥发重金属的优势，被认为是最有前途的处理方法。目前，对于生活垃圾焚烧飞灰处置主要以添加助剂固定或挥发重金属为主。CN 106903130 A公开了一种中温热处理稳固垃圾焚烧飞灰重金属的方法，在热处理前添加了硅基无定形SiO2材料。CN104070054 A公开了一种垃圾焚烧飞灰烧结减量化处理技术，通过添加脱氯助熔剂在相对较低的温度范围内将重金属和氯富集在二次飞灰中。然而上述两种方法由于添加外源助剂，导致生产成本升高，不利于实际生产应用。因此，寻找一种简单、高效、低成本的方法实现生活垃圾焚烧飞灰与医疗垃圾焚烧飞灰中重金属和氯高效挥发，是当前垃圾焚烧飞灰无害化、资源化面临的难题，需求极为迫切。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷或改进需求，公开了一种促进生活垃圾焚烧飞灰重金属氯化挥发的方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种促进生活垃圾焚烧飞灰重金属氯化挥发的方法，包括以下步骤：
(1)将生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰混合得到混合物；
(2)将步骤(1)中的混合物投入熔炼炉进行高温烧结；
(3)冷却，得到烧结稳定化产物。
优选地，步骤(1)所述生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰的质量比为10:1-1:1。
优选地，步骤(1)所述生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰的质量比为9:1-3:1。
优选地，步骤(2)所述高温烧结的条件为：反应气氛为空气，反应温度为1000±100℃，保温时间为60±20min。
优选地，步骤(1)所述生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰的粒径为100-200目。
优选地，步骤(1)所述生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰为对应的固废焚烧或热处理后捕集所得。
本发明与现有技术相比，具有如下明显优点和有益效果：
(1)本发明通过以危废治危废的方式将生活垃圾焚烧飞灰与医疗垃圾焚烧飞灰处置。添加医疗垃圾焚烧飞灰，抑制生活垃圾焚烧飞灰烧结过程形成致密的非孔道结构，促进生活垃圾焚烧飞灰在烧结温度孔道生成，烧结产物孔体积及比表面积均提高10倍，进而提高生活垃圾焚烧飞灰在烧结温度重金属氯化挥发率。使用该方法能够实现重金属高效去除，稳定化产物重金属低浸出，实现焚烧飞灰无害化。在生活垃圾焚烧飞灰比医疗垃圾焚烧飞灰混合比例为3:1条件下Cu、Zn、Pb、Cd的氯化挥发率分别达到50.23％、99.37％、99.70％和97.91％，重金属平均氯化挥发率96.44％，减重率达到40.85％，相比生活垃圾焚烧飞灰单一处置Cu氯化挥发率提高32.58％，Zn氯化挥发率提高377.51％，重金属平均氯化挥发率提高218.70％，减重率提高51.35％。
(2)本发明操作简单，效果显著，不填加任何外源助剂，仅通过医疗垃圾焚烧飞灰与生活垃圾焚烧飞灰进行简单物理混合，在烧结条件下高温处理，即可实现重金属的高效氯化挥发。
(3)本发明无污染，能耗较低，避免了湿法工艺的操作复杂，水资源污染的缺点。
(4)实现了垃圾焚烧飞灰稳定化产物无害化处理，其浸出毒性远低于国家标准《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3 2007)，且可以用于后续资源化利用。
(5)生活垃圾焚烧飞灰与医疗垃圾焚烧飞灰均属于危险废物，通过以危废治危废实现重金属高效挥发，避免了外源助剂添加带来的额外成本，提高处置企业经济效益。
(6)重金属的氯化挥发产物最终进入二次灰中，实现了二次灰中重金属的富集浓缩，重金属含量达到有色金属冶炼矿物品位要求，可后续资源化利用。
附图说明
图1为实施例1生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰高温烧结稳定化产物BET分析图。
图2为实施例2生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰高温烧结稳定化产物BET分析图。
图3为实施例3生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰高温烧结稳定化产物BET分析图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施案例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰的粒径为100-200目，将生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰按照9:1的比例混合均匀，将混合物投入熔炼炉进行高温烧结处置，反应气氛为空气，反应温度为1000℃，保温时间为60min；通过自然冷却的方式对烧结稳定化产物进行冷却，得到烧结稳定化产物。
生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰高温烧结稳定化产物BET分析如图1所示。
为了更好的表示重金属氯化挥发效果，特引入重金属氯化挥发率η，并定义如下：
式中，η为重金属的氯化挥发率，％；c0为飞灰中重金属的含量，mg/kg；m0为飞灰质量，g；c1为经高温处置后稳定化产物中重金属的含量，mg/kg；m1为高温处置后稳定化产物的质量，g。
为对比Cu、Zn、Pb和Cd重金属的总体氯化挥发效率，提出重金属平均氯化挥发效率AVE，并定义如下：
其中∑Zn,Cu,Pb,CdC0为未处理样品重金属总含量，mg/kg；m0为未处理样品的质量，g；∑Zn,Cu,Pb,CdC1为高温烧结稳定化产物中重金属总含量，mg/kg；m1为高温烧结稳定化产物质量，g。
所得生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰高温烧结重金属氯化挥发特性如表1所示，生活垃圾焚烧飞灰Zn的氯化挥发率由20.81％提高至98.13％，重金属平均氯化挥发率30.26％提高至92.90％。
表1
根据《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)开展浸出毒性评估测试。具体步骤包括：首先，将质量比为2:1的优级纯浓硫酸和浓硝酸混合均匀并加入去离子水，调整pH在3.20±0.05范围内，配置得到浸出液。以10:1的液固比开展毒性浸出实验。实验条件为23℃，转速30r/min反应18h。最后，浸出液使用原子吸收光谱法检测浸出液中重金属含量，参照《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3 2007)对高温烧结稳定化产物进行危险鉴别。测试结果如表2所示。
表2重金属毒性浸出测试结果
实施例2
生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰的粒径为100-200目，将生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰按照6:1的比例混合均匀，将混合物投入熔炼炉进行高温烧结处置，反应气氛为空气，反应温度为1000℃，保温时间为60min；通过自然冷却的方式对烧结稳定化产物进行冷却，得到烧结稳定化产物。
生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰高温烧结稳定化产物BET分析如图2所示。所得生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰高温烧结重金属氯化挥发特性如表3所示。生活垃圾焚烧飞灰Cu的氯化挥发率由37.89％提高至42.44％，Zn的氯化挥发率由20.81％提高至98.54％，重金属平均氯化挥发率30.26％提高至94.93％。
表3
高温处置后稳定化产物经重金属毒性浸出测试，结果如表4所示。
表4重金属毒性浸出测试结果
实施例3
生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰的粒径为100-200目，将生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰按照3:1的比例混合均匀，将混合物投入熔炼炉进行高温烧结处置，反应气氛为空气，反应温度为1000℃，保温时间为60min；通过自然冷却的方式对烧结稳定化产物进行冷却，得到烧结稳定化产物。
生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰高温烧结稳定化产物BET分析如图3所示。所得生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰高温烧结重金属氯化挥发特性如表5所示，生活垃圾焚烧飞灰Cu的氯化挥发率由37.89％提高至50.23％，Zn的氯化挥发率由20.81％提高至99.37％，重金属平均氯化挥发率30.26％提高至96.44％。
表5
高温处置后稳定化产物经重金属毒性浸出测试，结果如表6所示。
表6重金属毒性浸出测试结果
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种促进生活垃圾焚烧飞灰重金属氯化挥发的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰混合得到混合物；
(2)将步骤(1)中的混合物投入熔炼炉进行高温烧结；
(3)冷却，得到烧结稳定化产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰的质量比为10:1-1:1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰的质量比为9:1-3:1。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述高温烧结的条件为：反应气氛为空气，反应温度为1000±100℃，保温时间为60±20min。
5.根据权利要求1或2或3所述的方法，步骤(1)所述生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰的粒径为100-200目。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰为对应的固废焚烧或热处理后捕集所得。
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