CN114275996A

CN114275996A - 一种焚烧炉渣的资源化处理方法

Info

Publication number: CN114275996A
Application number: CN202111634912.0A
Authority: CN
Inventors: 倾彩霞; 黄爱军; 许桂连; 赵静; 周俊; 杨李宁
Original assignee: Xinzhongtian Environmental Protection Co ltd
Current assignee: Xinzhongtian Environmental Protection Co ltd
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-04-05

Abstract

本发明涉及危险废物处理技术领域，公开了一种焚烧炉渣的资源化处理方法，在对焚烧炉渣玻璃化处理过程中，包括以下步骤：将焚烧炉渣与焚烧炉渣混合均匀，在1050‑1150℃下燃烧后形成流体，并将流体冷却得到玻璃体。采用本发明的方法能降低形成玻璃体的温度，降低生产成本；且玻璃体重金属和可浸出有害物质含量低，可实现资源化再利用。

Description

一种焚烧炉渣的资源化处理方法

技术领域

本发明涉及危险废物处理技术领域，特别涉及一种焚烧炉渣的资源化处理方法。

背景技术

随着经济的高速发展，城市垃圾也在不断的增加，而随着城镇土地资源的日益紧张，具有高减容、高减量、高温消毒以及热能利用等优点的垃圾焚烧技术在生活垃圾无害化处置中的应用占比越来越高。

生活垃圾在处置场焚烧，其焚烧炉渣经实验室检测重金属含量达标后，大多就直接进行填埋，虽然各重金属含量完全符合GB18598-2019危险废物填埋污染控制标准，但若是实现危险废物的资源化利用，其部分重金属含量超出相关的限值，需要进行再处理，才能实现资源化利用。公开号为CN112661407A的专利申请公开了一种玻璃体制备方法和危险废物焚烧炉渣与垃圾焚烧飞灰无害化处置方法，其将危险废物焚烧炉渣、垃圾焚烧飞灰和辅助原料混合，得到配合料；以及将配合料熔融后冷却，得到玻璃体。虽然专利可以同时实现对危险废物焚烧炉渣与垃圾焚烧飞灰两者的无害化处置和资源化利用，但该专利辅料种类多，成本较高，且并未对成品的性能进行检测，其有益效果有待考量。

基于现有技术的上述缺点，本领域有必要对焚烧滤渣的处理方式进行改性，研究不同废玻璃渣对玻璃体浸出毒性的影响及以此为基础分析重金属固化率的变化，从而实现焚烧炉渣的资源化利用。

发明内容

本发明的目的是提出一种焚烧炉渣的资源化处理方法，其能降低形成玻璃体的温度，降低生产成本；且玻璃体重金属和可浸出有害物质含量低，可实现资源化再利用。

实现本发明目的所采用的技术方案是：

一种焚烧炉渣的资源化处理方法，在对焚烧炉渣玻璃化处理过程中，包括以下步骤：将焚烧炉渣与废玻璃渣混合均匀，在1050-1150℃下燃烧后形成流体，并将流体冷却得到玻璃体。

进一步地，废玻璃渣的添加量为焚烧炉渣重量的1％-7％。

进一步地，废玻璃渣的添加量为焚烧炉渣重量的5％。

进一步地，废玻璃渣为硅酸盐、碱金属和碱土金属氧化物的混合物。

进一步地，燃烧时间为1.5h。燃烧时间为1.5h在能够保证充分燃烧的同时节约成本。

进一步地，将流体冷却的过程为用冷水急速冷却。此处的冷水为常规冷水，具体温度为0-20℃。

进一步地，焚烧炉渣与废玻璃渣的混合物料在2.3T/h的负荷下进行燃烧。

解决本发明技术问题所采用的原理是：在处理焚烧炉渣时添加废玻璃渣(即本发明中的废玻璃渣)是影响玻璃化处理产物的重要因素，废玻璃渣在与焚烧炉渣混合进行焚烧时可提供一定的热值，从而减少外部能量供给，降低生产成本。此外，采用传统的方法处理焚烧炉渣形成玻璃化产物有降低的浸出毒性；而采用本发明的方法在焚烧炉渣中添加废玻璃渣时，其重金属含量均低于建筑材料、喷砂原料、一般工业固体废物处置场导气层或导排层替代材料的可浸出有害物质含量限值，拟可实现资源化再利用。

本发明的有益效果在于：采用本发明的制备方法能降低形成玻璃体的温度，降低生产成本；且玻璃体重金属和可浸出有害物质含量低，可实现资源化再利用；且本发明工艺简单，适用于大规模生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是高温熔融玻璃化样品外观形态图。

图2不同含量废玻璃渣对样品灰熔点的影响图。

图3是添加不同含量废玻璃渣的XRD谱图。

图4是不同含量废玻璃渣对玻璃体含量的影响图。

图5是各组不同废玻璃添加量对重金属固化率的影响图。

图6是各组玻璃化处理产物的酸溶失率PM图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种焚烧炉渣的资源化处理方法，在对焚烧炉渣玻璃化处理过程中，包括以下步骤：将焚烧炉渣与废玻璃渣混合均匀，其中，废玻璃渣的添加量为焚烧炉渣重量的1％-7％，本发明优选5％。在负压压力为0-20Pa、负荷2.3T/h以及1050-1150℃条件下燃烧后形成流体，其中，燃烧时间为1.5h。最后，将流体用冷水急速冷却得到玻璃体。

实验及分析

一、焚烧炉渣化学组分、灰熔点分析

1、取材

本次实验严格依据《工业固体废物采样制样技术规范》及其相关应用说明采集试验所用代表性焚烧炉渣样品。将采集的样品多次混匀、逐步缩分，得到试验所需原料，用于组分分析、灰熔点分析、浸出毒性、酸溶失率及后续试验研究。

2、化学组分分析

对采集的焚烧炉渣(编号为CS0)样品进行XRF分析，采用日本岛津公司生产的X射线荧光光谱仪(型号XRF-1800)对初始的化学组成进行分焚烧炉渣CS0析，具体分析结果如下表1所示。

表1.焚烧炉渣CS0主要组分含量

SiO<sub>2</sub>	5.413
		Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	23.29
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	10.67
		TiO<sub>2</sub>	5.405
CaO	12.74
		MgO	1.38
K<sub>2</sub>O	1.07
		Na<sub>2</sub>O	9.27
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	1.63

从表1可以看出，样品中含量较高的组分是SiO₂、Fe₂O₃、CaO、TiO₂、Na₂O和Al₂O₃等。此外还检测到SO₃、BaO、ZnO、WO₃、SrO、Cr₂O₃、MnO、Cl、NiO、CuO、ZrO₂、Co₂O₃、Rb₂O、PbO和Br等组分，但含量均低于0.1％，Cl和S对玻璃化影响不大，因此暂不考虑这些组分的影响。

3、灰熔点分析

对采集的焚烧炉渣(编号为CS0)样品进行灰熔点分析，其灰熔点参照GB/T 219-1974《煤灰熔融性的测定方法》中的方法，采用角锥法对样品进行测定。由于本次实验主要关注熔融的最终效果，因此测定的灰熔点均为样品的流动温度(FT)，具体测定结果如下表2所示。

表2.焚烧炉渣的灰熔点(流动温度)

样品编号	CS0
		灰熔点/℃	1188.8

二、高温熔渣玻璃化产物的结果及讨论

1、分组

将采集的部分焚烧炉渣(编号为CS0)样品均分为五组，其中四组为实验组，分别编号为CS1、CS2、CS3和CS4；另外一组作为对照组，其编号为CS0。

实验组CS1的原料为在焚烧炉渣中加入焚烧炉渣1％重量份的废玻璃渣。

实验组CS2的原料为在焚烧炉渣中加入焚烧炉渣3％重量份的废玻璃渣。

实验组CS3的原料为在焚烧炉渣中加入焚烧炉渣5％重量份的废玻璃渣。

实验组CS4的原料为在焚烧炉渣中加入焚烧炉渣7％重量份的废玻璃渣。

对照组CS0的原料为焚烧炉渣，不加入废玻璃渣。

实验组CS1-CS4以及对照组CS0的具体玻璃化处理配方对比表如下表3所示，其中份数代表重量份：

表3.玻璃化处理配方对比表

编号	配方
		CS0	100份CS0
CS1(1％)	99份CS0+1份废玻璃渣
		CS4(3％)	97份CS0+3份废玻璃渣
CS3(5％)	95份CS0+5份废玻璃渣<sub>2</sub>
		CS4(7％)	93份CS0+7份废玻璃渣

2、实验

在其他加工条件相同的情况下，分别对各组进行试验，具体试验情况如下：

焚烧运行工况调整至试验要求(回转窑温度1050-1150℃之间，二燃室温度1100℃以上，在本实验中，二燃室温度1150℃)，焚烧正常生产负荷(2.3T/h)开始均匀进料。物料在窑内温度1000℃以上形成熔融状，沿着回转窑的倾斜角度和旋转方向缓慢移动，经1.5h的燃烧时间，熔融的流体从窑内流出，掉进水封刮板出渣机，经水急速冷却后，熔渣形成类玻璃状颗粒物。高温熔融玻璃化样品外观形态具体如图1所示，通过图1可见，颗粒整体呈黑色颗粒状，粒径大小不同，且粒径范围为1-5mm。

3、结论

(1)不同含量废玻璃渣对样品灰熔点的影响

在炉渣的熔融过程，熔渣中各化学组分发生了复杂的物理和化学反应，其中的一些组分可能会组成低熔点共熔体，如SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃的熔点为1073℃、SiO₂-Al₂O₃-K₂O的熔点为750℃、SiO₂-CaO-K₂O的熔点为710℃等。

对上述实验组CS1-CS4以及对照组CS0得到的玻璃体样品分别进行灰熔点分析，考察添加不同含量废玻璃渣对灰熔点的影响。其灰熔点参照GB/T219-1974《煤灰熔融性的测定方法》中的方法，采用角锥法对样品进行测定，具体结果如图2所示。

通过图2可见，随着废玻璃渣添加量的增加，熔渣CS0的灰熔点(TF)逐渐下降，从最初的1189℃降到996℃，降低约193℃。降幅为16.2％；说明废玻璃渣的添加对熔渣有助熔作用，可以降低生产能耗，进一步节约成本。

(2)不同含量废玻璃渣对玻璃体含量的影响

对上述实验组CS1-CS4以及对照组CS0得到的玻璃体样品分别检测XRD谱图以及检测不同含量废玻璃渣对玻璃体含量的影响。上述玻璃化产物的晶格特征采用荷兰帕纳科公司生产的X’Pert Powder X射线粉末衍射仪进行分析，按照GB/T 18046-2017附录C规定的方法测定其玻璃体含量，具体结果如图3-4所示，其中，图3是添加不同含量废玻璃渣的XRD谱图；图4是不同含量废玻璃渣对玻璃体含量的影响图。

通过图3可见，四个样品2θ＝35.18-35.27°为Fe₂O₃、TiO₂、α-Al₂O₃、假硅灰石等组分的混合衍射峰，较强烈。2θ＝31.35-32.89°主要为γ-Al₂O₃和θ-Al₂O₃的衍射峰，在2θ＝33.0°～34.0°以及2θ＝36.5°～37.0°之间为钙铁榴石和钙铝榴石的混合峰，这些变化也从侧面说明了炉渣在玻璃化的过程中，发生了复杂的化学反应。此外，根据图3结果显示，添加5％(CS3)废玻璃渣的一组玻璃体含量最高，1％(CS1)、3％(CS2)和7％(CS4)中各组均低于5％(CS3)，因此，本发明优选添加5％废玻璃渣为最佳添加量。

通过图4可见，玻璃体含量的变化是随着废玻璃渣的增加呈先上升后下降的趋势，当添加量为5％时玻璃体含量最多。产生以上现象的原因可以结合图2碱度和灰熔点的关系来进行说明。当熔渣碱度从0.32逐渐增加到0.98时，熔渣的熔点开始逐渐降低，熔体粘度增大，冷却降温时逐渐变稠失去流动性，析晶能力变弱，形成较多的玻璃体相，因此玻璃体含量逐渐增多直至碱度在0.98时达到最高点；当熔渣碱度从0.98时逐渐增大时，灰熔点升高，熔体粘度减小，在冷却降温时析晶能力增强，形成熔点很高的渣相，熔体内会出现不能熔化的固相，破坏了熔渣的均一性，从而导致玻璃体含量逐渐降低。

(3)不同含量废玻璃渣对玻璃体浸出毒性的影响

对上述实验组CS1-CS4以及对照组CS0得到的玻璃体样品分别检测玻璃化处理产物重金属含量。各组玻璃化产物的浸出毒性参照HJ/T299固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法进行测定。其中，各组玻璃化处理产物重金属含量检测结果如下表4所示；各组玻璃化处理产物重金属固化率η下表5所示；各组不同废玻璃添加量对重金属固化率的影响如图5所示。

表4.玻璃化处理产物重金属含量

通过表4可见，未添加废玻璃渣的炉渣CS0样品均含有一定量的重金属，随着废玻璃渣的添加，重金属含量均下降。结合上述“不同含量废玻璃渣对玻璃体含量的影响”结论，本发明将废玻璃渣添加量为5％作为最佳添加量，当添加量为5％时，玻璃体处理产物可用作建筑材料和喷砂原料或用作一般工业固体废物处置场导气层或导排层替代材料。可见，采用本发明的方法这样不仅实现危险废物资源化利用，也符合“无废城市”最大限度降低填埋量的发展理念。

表5.玻璃化处理产物重金属固化率η

通过表5和图5可见，废玻璃渣的添加有利于重金属向玻璃态熔渣中迁移，所有重金属固化率均有不同程度的增加，其中难挥发重金属Cr在玻璃化之后未检出，易挥发重金属Pb固化率最低。当废玻璃渣添加量为7％时，玻璃体的固化率均达到最高。综上，废玻璃渣的添加能加强熔渣中重金属固化效果，这是由于废玻璃渣的加入能使Si⁴⁺增加，从而增加了重金属与其发生同形置换的概率，因此在玻璃态熔渣中的比例逐渐增多。

(4)不同含量废玻璃渣对样品酸溶失率的影响

以醋酸-醋酸钠缓冲溶液为浸提剂，溶解各组玻璃化处理产物，通过酸溶后玻璃化处理产物质量的损失判断产物的玻璃化程度。其计算公式如下：

式(1)中：PM为玻璃化处理产物酸溶失率，酸溶失率用“％”表示；M₀为玻璃化处理产物试验样品干质量，其单位为“g”；M₁为酸溶试验前滤膜的干质量，其单位为“g”；M₂为酸溶试验后滤膜及残留固体的干质量，其单位为“g”。各组玻璃化处理产物的酸溶失率PM具体如图6所示。

通过图6可见，对于玻璃化处理产物(CS1～4)，其酸溶失率在1.3～2.5之间，随着废玻璃渣添加量的增加，CS1～4的酸溶失率逐渐减小，当废玻璃渣添加量为3％(CS2)时，酸溶失率达到GB 18598-2019的要求(≤2％)，随着废玻璃渣添加量增加到7％时，酸溶失率达到最小值(CS4，1.32％)。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方法而已，并不用于限制本发明，凡是在本发明的主旨之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种焚烧炉渣的资源化处理方法，其特征在于，在对焚烧炉渣玻璃化处理过程中，包括以下步骤：将焚烧炉渣与废玻璃渣混合均匀，在1050-1150℃下燃烧后形成流体，并将流体冷却得到玻璃体。

2.根据权利要求1所述的焚烧炉渣的资源化处理方法，其特征在于，废玻璃渣的添加量为焚烧炉渣重量的1％-7％。

3.根据权利要求1所述的焚烧炉渣的资源化处理方法，其特征在于，废玻璃渣的添加量为焚烧炉渣重量的5％。

4.根据权利要求1、2或3所述的焚烧炉渣的资源化处理方法，其特征在于，废玻璃渣为硅酸盐、碱金属和碱土金属氧化物的混合物。

5.根据权利要求1、2或3所述的焚烧炉渣的资源化处理方法，其特征在于，燃烧时间为1.5h。

6.根据权利要求4所述的焚烧炉渣的资源化处理方法，其特征在于，燃烧时间为1.5h。

7.根据权利要求1、2、3或6所述的焚烧炉渣的资源化处理方法，其特征在于，将流体冷却的过程为用冷水急速冷却。

8.根据权利要求4所述的焚烧炉渣的资源化处理方法，其特征在于，将流体冷却的过程为用冷水急速冷却。

9.根据权利要求5所述的焚烧炉渣的资源化处理方法，其特征在于，将流体冷却的过程为用冷水急速冷却。

10.根据权利要求1、2、3、6、8或9所述的焚烧炉渣的资源化处理方法，其特征在于，焚烧炉渣与废玻璃渣的混合物料在2.3T/h的负荷下进行燃烧。