CN114214641B - 一种利用垃圾焚烧飞灰制备漂白粉浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用垃圾焚烧飞灰制备漂白粉浆的方法，包括以下步骤：(1)将碳酸盐、氯化钠和垃圾焚烧飞灰混匀，得碳掺飞灰混合盐；(2)将碳掺飞灰混合盐与水混匀，得飞灰沉淀浆；(3)将飞灰沉淀浆导入电解槽的样品区，接通电源，电解飞灰沉淀浆；电解结束后，将电解后的电解槽阳极液与电解后的样品区飞灰沉淀浆混匀，得漂白粉浆；其中，电解过程中，在电解槽阳极室内生成的氯气曝入样品区的飞灰沉淀浆体中，在样品区内生成的二氧化碳直接排放出去。本发明实现了对垃圾焚烧飞灰这一危险废弃物的高效资源化利用，将其用于制备漂白粉浆，且制备方法简单，所制备的漂白粉浆有效氯含量最高可达36.14％，能够满足实际应用。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物的资源化再利用，尤其涉及一种利用垃圾焚烧飞灰制备漂白粉浆的方法。
背景技术
垃圾围城已经迫在眉睫，大力推行焚烧技术，推进生活垃圾处置能力显著提升已成为全面实现生活垃圾无害化处理的发展基础。
漂白粉工业用途广，在漂白、电镀、食品生产行业均有应用。漂白粉通常是以饱和氯化钠溶液和消石灰为原料，通过电解生成氯气再通入到干燥的消石灰中反应生成。因为绝对干燥的氢氧化钙与氯气并不发生反应，氯只能被氢氧化钙所吸附。为此，在工业上系采用含有1％以下游离水分的消石灰来进行氯化，所用的氯气也含有0.06％以下水分，这不仅增加了工艺难度和原料成本，而且还需要考虑氯气尾气处理问题。
垃圾焚烧飞灰中有30％～50％的氧化钙，因此其具有一定的钙资源化利用前景。但是，垃圾焚烧飞灰中消石灰含量较少且含有一定量的盐分，无法将其直接投入到现有的漂白粉生产工序中。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种利用垃圾焚烧飞灰制备漂白粉浆的方法，制备方法简单，在实现资源化利用同时制备出具有较高有效氯的漂白粉浆。
技术方案：本发明所述的一种利用垃圾焚烧飞灰制备漂白粉浆的方法，包括以下步骤：
(1)将碳酸盐、氯化钠和垃圾焚烧飞灰混合搅拌，得碳掺飞灰混合盐；
(2)将碳掺飞灰混合盐与水混合，搅拌20～60min，得飞灰沉淀浆；
(3)电解槽阴极电极与样品区之间固定阳离子交换膜，将飞灰沉淀浆导入电解槽的样品区，接通电源，在搅拌状态下电解飞灰沉淀浆，在电解槽内设置电动搅拌装置，当然也可以手动搅拌；电解结束后，将电解后的电解槽阳极液与电解后的样品区飞灰沉淀浆混匀，得漂白粉浆；其中，电解过程中，在电解槽阳极室内生成的氯气曝入样品区的飞灰沉淀浆体中，优选从样品区的底部曝入，在搅拌作用下，从底部曝入的氯气可以与飞灰沉淀浆体充分接触反应，而后续在样品区内生成的二氧化碳则直接排放出去，可通过在样品区的顶部设置排放孔进行排放，当然也可以采用其他方式排放，只要排出即可，并不仅限于本发明的排放方式。
需要说明的是，虽然本发明制备得到的是漂白粉浆液，但经过简单、常规的干燥处理，即可得到漂白粉，并不局限于产品的最终形态，若有利用本发明的制备方法最终得到漂白粉，也是落在本发明的保护范围内的。
综合考虑漂白粉浆有效氯含量及生产成本，其中，所述步骤(1)中碳酸盐、氯化钠和垃圾焚烧飞灰的质量比为5～27.5:30～100:100，进一步优选为5～25:30～90:100。
所述步骤(2)中水和碳掺飞灰混合盐的液固比为0.9～5mL:1g，进一步优选为 1～4mL:1g。
所述步骤(3)中电源接通时间为2～7.5h，进一步优选为2～6h。
所述步骤(1)中的碳酸盐为碳酸钠或碳酸氢钠。
本发明将碳酸盐、氯化钠和垃圾焚烧飞灰混合，得到碳掺飞灰混合盐，在水和碳掺飞灰混合盐混合搅拌过程中，碳酸盐可与垃圾焚烧飞灰中钙基物质反应生成稳定的碳酸钙，而氯化钠可增加垃圾焚烧飞灰的导电性。将飞灰沉淀浆导入电解槽样品区，接通电源后，飞灰沉淀浆中的氯离子会迁移至阳极室阳极电极表面，失去电子生成氯气。氯气从样品区底部曝入飞灰沉淀浆体中，可与飞灰沉淀浆中的碳酸钙反应生成次氯酸钙和二氧化碳气体，生成的二氧化碳气体通过样品区顶部的排放孔排放。样品区中飞灰沉淀浆通过吸收氯气后生成的游离态氯离子持续向阳极电极迁移转化，再通过失去电子生成氯气的形式回到样品区，从而强化漂白粉浆中的次氯酸钙得率。电动结束后将阳极液和样品区飞灰沉淀浆混合，可促进吸附在阳极液的氯气和次氯酸与飞灰沉淀浆中钙基物质反应，进一步提高次氯酸钙转化率。
本发明首先通过飞灰沉淀浆的制备，以此提高飞灰浆原有导电率并有效固定游离态钙离子，避免游离态钙离子在电解过程中向阴极室迁移，再通过氯离子在阳极室和样品区的高效循环和阳极电解液利用实现垃圾焚烧飞灰向次氯酸钙的高效转化。
有益效果：与现有技术相比，本发明实现了对垃圾焚烧飞灰这一危险废弃物的高效资源化利用，将其用于制备漂白粉浆，且制备方法简单，所制备的漂白粉浆有效氯含量最高可达36.14％，能够满足实际应用。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰质量比对所制备漂白粉浆有效氯含量的影响
漂白粉浆的制备：如图1所示，按照质量比5:20:100、5:25:100、5:28:100、2.5:30:100、3.5:30:100、4.5:30:100、5:30:100、15:30:100、25:30:100、5:60:100、15:60:100、25:60:100、 5:90:100、15:90:100、25:90:100、27.5:90:100、26.5:90:100、25.5:90:100、25:92:100、 25:95:100、25:100:100分别称取碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰，混合，搅拌，得到碳掺飞灰混合盐，其中碳酸盐为碳酸钠；按照液固比1mL:1g混合水和碳掺飞灰混合盐，搅拌20分钟，得到飞灰沉淀浆；将飞灰沉淀浆导入电解槽样品区，接通电源，电解处置2小时，将电解后的电解槽阳极液与电解后的样品区飞灰沉淀浆混合、搅拌均匀，得到漂白粉浆，其中，接通电源过程中，在电解槽阳极室内生成的氯气直接从样品区底部曝入飞灰沉淀浆体中，后续在样品区内生成的二氧化碳通过其顶部的排放孔排放，电解槽阴极室与电解槽样品区之间固定阳离子交换膜。
有效氯含量测定：所制备的漂白粉浆中有效氯含量按照《漂白粉》(HG/T 2496-2006) 进行测定。
本实施例试验结果见表1。
表1碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰质量比对所制备漂白粉浆有效氯含量的影响
由表1可知，当碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰质量比低于5:30:100(如表1中，碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰质量比＝5:20:100、5:25:100、5:28:100、2.5:30:100、 3.5:30:100、4.5:30:100以及表1中未显示的更低值)，碳酸盐和氯化钠添加过少，飞灰固钙效果差，飞灰导电率提升不明显，导致本发明所制备漂白粉浆有效氯含量随着碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰质量比减小显著降低。当碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰质量比等于5～25:30～90:100(如表1中，碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰质量比＝5:30:100、 15:30:100、25:30:100、5:60:100、15:60:100、25:60:100、5:90:100、15:90:100、25:90:100)，将碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰混合，水和碳掺飞灰混合盐混合搅拌过程中碳酸盐可与垃圾焚烧飞灰中钙基物质反应生成稳定的碳酸钙，而氯化钠可增加垃圾焚烧飞灰的导电性，最终，本发明所制备漂白粉浆有效氯含量均大于28％。当碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰质量比大于25:90:100(如表1中，碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰质量比＝25.5:90:100、26.5:90:100、27.5:90:100、25:92:100、25:95:100、25:100:100及表1中未显示的更高值)，碳酸盐过多，碳酸根向阳极方向迁移，干扰氯离子迁移与氧化过程，导致所制备漂白粉浆有效氯含量随着碳酸盐进一步增加而降低，随着氯化钠进一步增加变化不显著。因此，综合而言，结合效益与成本，当碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰质量比等于5～25:30～90:100时，最有利于提高所制备漂白粉浆有效氯含量。
实施例2
水和碳掺飞灰混合盐液固比对所制备漂白粉浆有效氯含量的影响
漂白粉浆的制备：按照质量比25:90:100称取碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰，混合，搅拌，得到碳掺飞灰混合盐，其中碳酸盐为碳酸钠；按照液固比0.5mL:1g、0.7mL:1g、0.9mL:1g、1mL:1g、2.5mL:1g、4mL:1g、4.2mL:1g、4.5mL:1g、5mL:1g混合水和碳掺飞灰混合盐，搅拌40分钟，得到飞灰沉淀浆；将飞灰沉淀浆导入电解槽样品区，接通电源，接通电源，电解处置4小时，将电解后的电解槽阳极液与电解后的样品区飞灰沉淀浆混合、搅拌均匀，得到漂白粉浆，其中，接通电源过程中，在电解槽阳极室内生成的氯气直接从样品区底部曝入飞灰沉淀浆体中，后续在样品区内生成的二氧化碳通过其顶部的排放孔排放，电解槽阴极室与电解槽样品区之间固定阳离子交换膜。
有效氯含量测定同实施例1，本实施例试验结果见表2。
表2水和碳掺飞灰混合盐液固比对所制备漂白粉浆有效氯含量的影响
由表2可知，当水和碳掺飞灰混合盐液固比低于1mL:1g(如表2中，水和碳掺飞灰混合盐液固比＝0.9mL:1g、0.7mL:1g、0.5mL:1g及表2中未显示的更低比值)，水添加量较少，水和碳掺飞灰混合盐混合搅拌过程中碳酸盐可与垃圾焚烧飞灰中钙基物质反应不充分，同时垃圾焚烧飞灰中可容性氯溶解效率降低，导致本发明所制备漂白粉浆有效氯含量随着水和碳掺飞灰混合盐液固比减小显著降低。当水和碳掺飞灰混合盐液固比等于1～4mL:1g(如表2中，水和碳掺飞灰混合盐液固比＝1mL:1g、2.5mL:1g、4mL:1g)，水和碳掺飞灰混合盐混合搅拌过程中碳酸盐可与垃圾焚烧飞灰中钙基物质反应生成稳定的碳酸钙，而氯化钠可增加垃圾焚烧飞灰的导电性。将飞灰沉淀浆导入电解槽样品区，接通电源后飞灰沉淀浆中的氯离子会迁移至阳极室阳极电极表面失去电子生成氯气。氯气转移至样品区后可与样品区飞灰沉淀浆中的碳酸钙反应生成次氯酸钙和二氧化碳气体，二氧化碳通过样品区顶部排放孔排放。样品区飞灰沉淀浆中通过吸收氯气后生成的游离态的氯离子持续向阳极电极迁移转化，再通过氯气形式回到样品区，从而强化漂白粉浆将中次氯酸钙得率。最终，本发明所制备漂白粉浆有效氯含量均大于33％。当水和碳掺飞灰混合盐液固比高于4mL:1g(如表2中，水和碳掺飞灰混合盐液固比＝4.2mL:1g、 4.5mL:1g、5mL:1g及表2中未显示的更高比值)，所制备漂白粉浆有效氯含量随着水和碳掺飞灰混合盐液固比进一步增加变化不显著。因此，综合而言，结合效益与成本，当水和碳掺飞灰混合盐液固比等于1～4mL:1g时，最有利于提高所制备漂白粉浆有效氯含量。
实施例3
电源接通时间对所制备漂白粉浆有效氯含量的影响
漂白粉浆的制备：按照质量比5:30:100称取碳酸盐、氯化钠、垃圾焚烧飞灰，混合，搅拌，得到碳掺飞灰混合盐，其中碳酸盐为碳酸钠；按照液固比4mL:1g混合水和碳掺飞灰混合盐，搅拌60分钟，得到飞灰沉淀浆；将飞灰沉淀浆导入电解槽样品区，接通电源，分别电解处置0.5小时、1小时、1.5小时、2小时、4小时、6小时、6.5小时、7 小时、7.5小时，将电解后的电解槽阳极液与电解后的样品区飞灰沉淀浆混合、搅拌均匀，得到漂白粉浆，其中，接通电源过程中，在电解槽阳极室内生成的氯气直接从样品区底部曝入飞灰沉淀浆体中，后续在样品区内生成的二氧化碳通过其顶部的排放孔排放，电解槽阴极室与电解槽样品区之间固定阳离子交换膜。
有效氯含量测定同实施例1，本实施例试验结果见表3。
表3电源接通时间对所制备漂白粉浆有效氯含量的影响
| 电源接通时间 | 有效氯含量 | 相对百分比 |
| 0.5小时 | 12.61％ | ±0.2％ |
| 1小时 | 20.42％ | ±0.2％ |
| 1.5小时 | 26.04％ | ±0.1％ |
| 2小时 | 33.82％ | ±0.1％ |
| 4小时 | 35.43％ | ±0.1％ |
| 6小时 | 36.14％ | ±0.1％ |
| 6.5小时 | 34.05％ | ±0.1％ |
| 7小时 | 31.29％ | ±0.2％ |
| 7.5小时 | 27.93％ | ±0.1％ |
由表3可知，当电源接通时间小于2小时(如表3中，电源接通时间＝0.5小时、1 小时、1.5小时及表3中未显示的更低值)，电动时间较短，氯离子溶解、迁移、转化效率较低，导致本发明所制备漂白粉浆有效氯含量随着电源接通时间减小显著降低。当电源接通时间等于2～6小时(如表3中，电源接通时间＝2小时、4小时、6小时)，所制备漂白粉浆有效氯含量均大于33％。当电源接通时间大于6小时(如表3中，电源接通时间＝6.5小时、7小时、7.5小时及表3中未显示的更高值)，电源接通时间过长，导致过多的氯水解为氯离子，同时飞灰中钙离子流失严重，导致所制备漂白粉浆有效氯含量随着电源接通时间进一步增加而显著降低。因此，综合而言，结合效益与成本，当电源接通时间等于2～6小时时，最有利于提高所制备漂白粉浆有效氯含量。
上述实施例1～3的碳酸盐均为碳酸钠，实施例4将碳酸钠替换为碳酸氢钠，研究碳酸氢钠对所制备漂白粉浆有效氯含量的影响。
实施例4
碳酸氢钠对所制备漂白粉浆有效氯含量的影响
漂白粉浆的制备：按照质量比5:30:100、15:30:100、25:30:100、5:60:100、15:60:100、 25:60:100、5:90:100、15:90:100、25:90:100称取碳酸氢钠、氯化钠、垃圾焚烧飞灰，混合，搅拌，得到碳掺飞灰混合盐；按照液固比4mL:1g混合水和碳掺飞灰混合盐，搅拌 60分钟，得到飞灰沉淀浆；将飞灰沉淀浆导入电解槽样品区，接通电源，电解处置6 小时，将电解后的电解槽阳极液与电解后的样品区飞灰沉淀浆混合、搅拌均匀，得到漂白粉浆，其中，接通电源过程中，在电解槽阳极室内生成的氯气直接从样品区底部曝入飞灰沉淀浆体中，后续在样品区内生成的二氧化碳通过其顶部的排放孔排放，电解槽阴极室与电解槽样品区之间固定阳离子交换膜。
有效氯含量测定同实施例1，本实施例试验结果见表4。
表4碳酸氢钠对所制备漂白粉浆有效氯含量的影响
由表4可知，当碳酸氢钠、氯化钠、垃圾焚烧飞灰质量比为5～25:30～90:100，所制备漂白粉浆有效氯含量在30％～36％之间。因此，当碳酸盐选择碳酸钠或碳酸氢钠时，都可实现本发明。通过碳酸盐与垃圾焚烧飞灰中钙基物质反应生成稳定的碳酸钙，实现对游离态钙离子的有效固定，避免游离态钙离子在电解过程中向阴极室迁移。
Claims (6)
1.一种利用垃圾焚烧飞灰制备漂白粉浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碳酸盐、氯化钠和垃圾焚烧飞灰混匀，得碳掺飞灰混合盐；
(2)将碳掺飞灰混合盐与水混匀，得飞灰沉淀浆；
(3)将飞灰沉淀浆导入电解槽的样品区，接通电源，电解飞灰沉淀浆；电解结束后，将电解后的电解槽阳极液与电解后的样品区飞灰沉淀浆混匀，得漂白粉浆；电解过程中，在电解槽阳极室内生成的氯气曝入飞灰沉淀浆体中，在样品区内生成的二氧化碳直接排放出去；
所述步骤(1)中碳酸盐、氯化钠和垃圾焚烧飞灰的质量比为5～27.5:30～100:100；
所述步骤(2)中水和碳掺飞灰混合盐的液固比为0.9～5mL:1g；
所述步骤(3)中电源接通时间为2～7.5h。
2.根据权利要求1所述利用垃圾焚烧飞灰制备漂白粉浆的方法，其特征在于，所述步骤(1)中碳酸盐、氯化钠和垃圾焚烧飞灰的质量比为5～25:30～90:100。
3.根据权利要求1所述利用垃圾焚烧飞灰制备漂白粉浆的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的碳酸盐为碳酸钠或碳酸氢钠。
4.根据权利要求1所述利用垃圾焚烧飞灰制备漂白粉浆的方法，其特征在于，所述步骤(2)中水和碳掺飞灰混合盐的液固比为1～4mL:1g。
5.根据权利要求1所述利用垃圾焚烧飞灰制备漂白粉浆的方法，其特征在于，所述步骤(3)中电源接通时间为2～6h。
6.根据权利要求1所述利用垃圾焚烧飞灰制备漂白粉浆的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在电解槽阴极电极与样品区之间固定阳离子交换膜。
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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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| GR01 | Patent grant | ||
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