CN116460120A - 一种垃圾焚烧飞灰的脱氯除盐方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰的除盐脱氯方法，所述方法通过激发剂促使飞灰难溶盐脱氯、硅/偏铝酸盐胶凝稳定化、滤液循环及氯盐回收多个连续环节实现飞灰的高效脱氯除盐。与常规飞灰水洗脱氯相比，本发明充分利用飞灰原有的高浓度碱性物质进行硅/铝酸盐碱激发胶凝反应，以实现飞灰中难溶氯盐的高效脱氯和重金属稳定化，并将反应滤液、饱和盐溶液和冷却析出的硅/铝酸盐均进入循环系统再循环利用，以减少水及化学试剂的消耗，且无其他次生废弃物，整个系统经济、安全、污染低。
Description
技术领域
本发明属于飞灰无害化处置技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰的除盐脱氯方法。
背景技术
城市生活垃圾焚烧是目前世界各国城市生活垃圾的处理方式，随着生活垃圾焚烧技术的普及，垃圾焚烧飞灰的资源化利用迫在眉睫，然而氯盐超量的飞灰会污染土壤和环境，也会损害飞灰后续处置和再生利用的设备，因此，飞灰中的高浓度氯元素严重阻碍了其资源化进程，不解决飞灰脱氯就会使许多飞灰因氯盐超限无法进入填埋场和水泥窑协同处理，这成了飞灰处置和利用的一个痛点。
目前，飞灰资源化处理的设备系统和方法专利报道较多。水洗技术作为常用的脱氯除盐技术得到越来越多的应用，其普遍采用水溶解飞灰的可溶性氯盐，将水洗得到飞灰滤饼与污泥混合后进行高温焙烧制备陶粒。但是，飞灰自身性特征尤其是氯盐的赋存形态对于脱氯除盐技术的选择有重要影响。飞灰中氯含量在5-30％，飞灰氯元素的赋存形态包括NaCl、KCl等可溶性氯盐，还含有较高浓度的难溶氯盐（如CaClOH、Friedel盐和Ca6(CO3)2(OH)7Cl），因此，水洗除氯效果受飞灰自身性质特征影响较大，一般水洗技术对于难溶氯盐含量较大的焚烧飞灰难以达到理想的脱氯效果。采用化学药剂法脱除飞灰水洗液中的重金属，一般使用Na2S、Na2SO4、Na2CO3，NaH2PO4等药剂。这种方法需要大量的水，还存在药剂用量大、投入成本高、易产生二次污染等问题，同时蒸发结晶液体中离子种类的增加制约了后续产盐的纯度。采用加速碳酸化水洗技术亦有报道，而国家高度重视二氧化碳等温室气体的减排工作，当前大气污染物超低排放工艺存在技术成熟度不高、初始投资大、运行费用高。故此，开发寻找一种低成本、高效率、低污染物和二氧化碳排放的技术尤为重要。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种垃圾焚烧飞灰的除盐脱氯方法，其首先用水溶解飞灰中水溶性氯离子，并采用激发剂促使飞灰难溶盐分解生成胶凝类团粒，促使难溶盐迅速释放氯元素，从而经固液分离获得脱氯脱盐飞灰；然后利用飞灰释放的高浓度碱性物质与胶凝前驱体反应生成硅酸根、偏铝酸根离子，用于后续飞灰难溶氯盐的高效脱氯和重金属稳定化，所得胶凝前驱体、盐溶液和冷却析出的硅/铝酸盐均进入系统再循环利用，蒸发结晶的氯盐可回收资源化。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种垃圾焚烧飞灰的除盐脱氯方法，其包括激发剂促飞灰难溶盐脱氯、硅/偏铝酸盐胶凝稳定化、滤液循环及氯盐回收四个环节，各环节操作如下：
1）将飞灰分散在水中，并加入激发剂，在搅拌系统中进行反应，促进飞灰中难溶盐分解脱氯；
2）在步骤1）所得反应体系中加入胶凝前驱体，经加热反应得到脱氯飞灰稳定浆，其为硅酸盐、偏铝酸盐、氢氧化钠与溶解的氯盐溶液组成的混合物，再将其经压滤分离得到除盐脱氯滤饼及含胶凝前驱体的滤液；
3）将所得含胶凝前驱体的滤液导入步骤1）的搅拌系统中循环利用；
4）循环过程中溶液盐浓度会增大，将会在系统中发生分层，将上层低浓度的溶液回收利用，下层高浓度的溶液进行冷却、蒸发结晶，得到氯盐固体（其为氯化钠和氯化钾混合物），同时将冷却析出的硅酸盐、偏铝酸盐混合物用水溶解后与蒸发结晶后剩余的饱和盐溶液合并进入系统再循环利用。
进一步地，步骤1）中所述激发剂由硅氧试剂与氢氧化钠按质量比5:1构成；所述硅氧试剂为稻壳灰；
激发剂的加入量以硅氧试剂中的SiO2与所处理飞灰中CaO的质量比为1:10进行换算。
进一步地，步骤1）搅拌反应的时间为10分钟，温度为50 ℃。
进一步地，步骤2）所述胶凝前驱体为F类粉煤灰；其加入量以F类粉煤灰中所含SiO2-Al2O3总量与所处理飞灰中CaO的质量比为9:10进行换算。
进一步地，步骤2）所述加热反应的时间为0.5h，温度为50 ℃。
本发明方法的反应机理：飞灰溶解在水中形成强碱性泥浆，其所含可溶性氯盐（NaCl、KCl和CaCl2）快速溶出；碱性激发剂的使用可在碱性条件下催化飞灰中难溶含钙氯盐分解，使飞灰难溶氯盐中的氯离子快速且充分随着水析出，并且碱性激发剂可将溶液中的重金属、钙镁离子沉淀下来，实现飞灰的初步除盐脱氯、稳定重金属处理；同时，脱氯稳定释放出的氢氧化钠可与后续加入的作为胶凝前驱体的F类粉煤灰快速反应生成硅酸根和偏铝酸根，其可进一步与飞灰重金属离子反应生成硅酸重金属盐沉淀、偏铝酸重金属盐沉淀并包裹起来，从而实现高效脱氯，并显著降低脱氯飞灰重金属的浸出性和可迁移性。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明采用碱性激发剂催化飞灰中难溶含钙氯盐分解，胶凝前驱体与脱氯稳定浆自身释放出的强碱性氢氧化钠快速反应生成硅酸根和偏铝酸根，充分促使难溶氯盐中的氯离子快速且充分随着水析出，并且硅酸根和偏铝酸根可将溶液中的重金属、钙镁离子沉淀下来，实现高效脱氯、降低脱氯飞灰重金属的浸出性和可迁移性。
2、胶凝前驱体、冷却析出的硅/偏铝酸盐混合物和蒸发结晶后的饱和盐溶液均进入循环系统再循环利用，蒸发结晶的氯盐回收资源化，无其他次生废弃物；
3、脱氯稳定浆自身反应可释放出的强碱性氢氧化钠，胶凝前驱体采用粉煤灰固废反应制得，整个系统中水及化学试剂消耗较少，较为经济、安全。
附图说明
图1为本发明垃圾焚烧飞灰除盐脱氯的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供的技术方案旨在解决垃圾焚烧飞灰除盐脱氯的问题，通过这一技术方案，将难溶氯盐和可溶性氯盐都进行了脱氯处理、重金属稳定，产生的含氯废水进行了回收利用和结晶提纯，既不会产生高氯污泥，也不会产生高氯废水。其具体的技术步骤如下：
参见图1，一种垃圾焚烧飞灰的除盐脱氯方法，包括以下步骤：
1）将飞灰分散在水中，并加入由硅氧试剂与氢氧化钠溶液反应得到的激发剂，在搅拌系统中进行反应，促进飞灰中难溶盐分解脱氯；
2）在步骤1）所得反应体系中加入胶凝前驱体，经加热反应得到脱氯飞灰稳定浆，将其经压滤分离得到除盐脱氯滤饼及含胶凝前驱体的滤液；
3）将所得含胶凝前驱体的滤液导入步骤1）的搅拌系统中循环利用；
4）将循环过程中系统分层产生的下层高浓度盐溶液进行冷却、蒸发结晶，得到氯盐固体，同时将冷却析出的混合盐用水溶解后与蒸发结晶后剩余的饱和盐溶液合并进入系统再循环利用。
步骤1）中所述激发剂由稻壳灰与氢氧化钠按质量比5:1构成；激发剂的加入量以稻壳灰中的SiO2与所处理飞灰中CaO的质量比为1:10进行换算。
步骤1）搅拌反应的时间为10分钟，温度为50 ℃。
步骤2）所述胶凝前驱体为F类粉煤灰；其加入量以F类粉煤灰中所含SiO2-Al2O3总量与所处理飞灰中CaO的质量比为9:10进行换算。
步骤2）所述加热反应的时间为0.5h，温度为50 ℃。
本发明提供的飞灰脱氯除盐方法首先采用碱性激发剂催化飞灰中难溶含钙氯盐分解，胶凝前驱体与脱氯稳定浆自身释放出的强碱性氢氧化钠快速反应生成硅酸根和偏铝酸根，充分促使难溶氯盐中的氯离子快速且充分随着水析出；同时，胶凝前驱体与飞灰产生的氢氧根作用形成硅酸根和偏铝酸根，可将溶液中的重金属、钙镁离子沉淀下来，从而实现高效脱氯、降低脱氯飞灰重金属的浸出性和可迁移性；最后，冷却析出的硅/偏铝酸盐混合物和蒸发结晶后的饱和盐溶液均进入循环系统再循环利用，用于下一轮的飞灰脱氯，蒸发结晶的氯盐回收资源化。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：
所采用的飞灰为某市生活垃圾焚烧剩下的飞灰粉末，主要成分含量为：Cl约为25wt％，含Ca（以CaO计）约为45wt％。
1）取5.0g稻壳灰与1.0g氢氧化钠置于内衬为聚四氟乙烯的高压釜中，加入适量的水，140℃反应6h，制得激发剂溶液；
取100g飞灰，研磨并用100目金属筛过筛，收集过筛后的飞灰，置于聚四氟乙烯杯中，加入500g水，搅拌形成飞灰泥水混合物；
将制好的激发剂溶液加入飞灰泥水混合物中，50℃下于搅拌反应系统中以450r/min的转速搅拌10分钟，得到混合物。
2）在所得混合物中加入70g的F类粉煤灰（SiO2+Al2O3+Fe2O3总量不低于70%），50℃下于搅拌反应系统中以450r/min的转速搅拌30分钟，经压滤分离得到除盐脱氯滤饼和滤液；
3）将压滤处理后的滤液导入搅拌反应系统中循环利用；
4）多次循环后，压滤处理后的滤液中含有高浓度氯盐和水化胶凝材料，将滤液进行冷却，析出硅酸盐、偏铝酸盐；过滤，滤液采用薄膜蒸发器进行蒸发结晶，得到氯化钠和氯化钾混合物；冷却析出的混合盐用少量水溶解后与蒸发结晶后的饱和盐溶液合并进入搅拌反应系统再循环利用，用于下一轮飞灰除盐脱氯。
对上述脱氯飞灰进行检测，氯盐去除率可达94%，氯盐含量约为1.5%，满足《HJ-1134-2020》标准限值要求（应控制飞灰处理产物中的可溶性氯含量，处理产物中可溶性氯含量应不超过2%）。
实施例2：
所采用的飞灰为某市生活垃圾焚烧剩下的飞灰粉末，主要成分含量为：Cl约为17wt％，含Ca（以CaO计）约为33 wt％。
1）取3.7g稻壳灰与0.7g氢氧化钠置于内衬为聚四氟乙烯的高压釜中，加入适量的水，140℃反应6h，制得激发剂溶液；
取100g飞灰，研磨并用100目金属筛过筛，收集过筛后的飞灰，置于聚四氟乙烯杯中，加入500g水，搅拌形成飞灰泥水混合物；
将制好的激发剂溶液加入飞灰泥水混合物中，50℃下于搅拌反应系统中以450r/min的转速搅拌10分钟，得到混合物。
2）在所得混合物中加入52g的F类粉煤灰（SiO2+Al2O3+Fe2O3总量不低于70%），50℃下于搅拌反应系统中以450r/min的转速搅拌30分钟，经压滤分离得到除盐脱氯滤饼和滤液；
3）将压滤处理后的滤液导入搅拌反应系统中循环利用；
4）多次循环后，压滤处理后的滤液中含有高浓度氯盐和水化胶凝材料，将滤液进行冷却，析出硅酸盐、偏铝酸盐；过滤，滤液采用薄膜蒸发器进行蒸发结晶，得到氯化钠和氯化钾混合物；冷却析出的混合盐用少量水溶解后与蒸发结晶后的饱和盐溶液合并进入搅拌反应系统再循环利用，用于下一轮飞灰除盐脱氯。
对上述脱氯飞灰进行检测，氯盐去除率可达96%，氯盐含量约为0.7%，满足《HJ-1134-2020》标准限值要求（应控制飞灰处理产物中的可溶性氯含量，处理产物中可溶性氯含量应不超过2%）。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种垃圾焚烧飞灰的除盐脱氯方法，其特征在于，包括激发剂促飞灰难溶盐脱氯、硅/偏铝酸盐胶凝稳定化、滤液循环及氯盐回收四个环节，各环节操作如下：
1）将飞灰分散在水中，并加入激发剂，在搅拌系统中进行反应，促进飞灰中难溶盐分解脱氯；
2）在步骤1）所得反应体系中加入胶凝前驱体，经加热反应得到脱氯飞灰稳定浆，再经压滤分离得到除盐脱氯滤饼及含胶凝前驱体的滤液；
3）将所得含胶凝前驱体的滤液导入步骤1）的搅拌系统中循环利用；
4）将循环过程中系统分层产生的下层溶液进行冷却、蒸发结晶，得到氯盐固体，并将冷却析出的混合盐用水溶解后与蒸发结晶后剩余的饱和盐溶液合并进入系统再循环利用。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰的除盐脱氯方法，其特征在于，步骤1）中所述激发剂由硅氧试剂与氢氧化钠按质量比5:1构成；所述硅氧试剂为稻壳灰；
激发剂的加入量以硅氧试剂中的SiO2与所处理飞灰中CaO的质量比为1:10进行换算。
3. 根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰的除盐脱氯方法，其特征在于，步骤1）搅拌反应的时间为10分钟，温度为50 ℃。
4.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰的除盐脱氯方法，其特征在于，步骤2）所述胶凝前驱体为F类粉煤灰；
胶凝前驱体的加入量以其所含SiO2-Al2O3总量与所处理飞灰中CaO的质量比为9:10进行换算。
5. 根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰的除盐脱氯方法，其特征在于，步骤2）所述加热反应的时间为0.5h，温度为50 ℃。
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Cited By (1)
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2023
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