CN117358732B - 一种飞灰资源产物及其处理方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固废利用技术领域，提供了一种飞灰资源产物及其处理方法和应用，解决了垃圾焚烧飞灰难处理的问题。该方法将垃圾焚烧飞灰进行水洗除氯，得到固相中间体；在保护气氛中，将固相中间体进行煅烧，得到煅烧产物；将煅烧产物进行水热反应，得到水热产物；将水热产物和药剂进行稳定化处理，即得飞灰资源产物。本发明通过多种工艺的结合，针对焚烧飞灰中不同的成分的特点，达到了氯盐的去除，有机物的降解，金属元素的稳定，实现了飞灰的重整利用变废为宝，达到了资源化利用的目的。本发明提供的方案简单高效，工艺要求低，可大规模应用。
Description
技术领域
本发明涉及固废利用技术领域，尤其涉及一种飞灰资源产物及其处理方法和应用。
背景技术
城市生活垃圾处理已成为世界范围内一个普遍关注的问题。随着城市发展和人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾产生量逐年增加，其引起的环境污染问题越来越严重。针对城市生活垃圾的处理方法有填埋法、堆肥法、热处理法、蠕虫法、细菌消化、水载法、分类回收、综合利用等，其中最主要的处理方法是填埋法、堆肥法和热处理法。
填埋法是将垃圾填埋入地下的垃圾处理方法，是最古老的处理垃圾方法；虽然填埋法的技术日益更新成熟，但是其核心为将垃圾填埋到土地中，不仅占用了大量的土地资源，还会导致土地受到污染无法利用。堆肥法的原理是利用微生物对垃圾中的有机物进行代谢分解，在高温下进行无害化处理，并产生有机肥料；但是堆肥法处理要求高，需要对垃圾进行严格的分类，且只能处理有机物。热处理法的另一种名称是焚烧法，对垃圾进行焚烧能显著的减量，最大限度的减少土地资源的浪费。焚烧法成为了垃圾处理的主要方法。
但是焚烧法存在一个显著的缺点，焚烧结束后会生成大量的焚烧产物，其中主要是飞灰。垃圾飞灰中含有大量的无机盐、有机物和重金属等，如果不加以控制会对环境造成严重的污染。因此焚烧垃圾的一个重点研究对象就是飞灰的处理。如何无害化飞灰甚至对飞灰再利用，成为了亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种飞灰资源产物及其处理方法和应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种飞灰资源产物的处理方法，包含下列步骤：
(1)将垃圾焚烧飞灰进行水洗除氯，得到固相中间体；
(2)在保护气氛中，将固相中间体进行煅烧，得到煅烧产物；
(3)将煅烧产物进行水热反应，得到水热产物；
(4)将水热产物和药剂进行稳定化处理，即得所述飞灰资源产物。
作为优选，步骤(1)中所述水洗除氯的液固比为1～2mL：1g。
作为优选，步骤(1)中所述水洗除氯的温度为15～20℃，时间为1～1.5h。
作为优选，步骤(2)中所述煅烧的温度为500～600℃，时间为40～60min。
作为优选，步骤(3)中所述水热反应的液固比为6～10mL：1g，碱浓度为1～1.2mol/L。
作为优选，步骤(3)中所述水热反应的温度为200～240℃，时间为4～6h。
作为优选，步骤(4)中所述药剂包含下列质量份的组分：
乙二胺四乙酸5～6份、二甲基二硫代氨基甲酸钾5～6份、磷酸二氢钠2～3份、羟基乙叉二膦酸钠1～2份、六硫代胍基甲酸3～4份。
作为优选，步骤(4)中水热产物和药剂的质量比为1：0.03～0.06；
所述稳定化处理的时间为2～4天。
本发明还提供了所述处理方法得到的飞灰资源产物。
本发明还提供了所述飞灰资源产物在建材中的应用。
本发明提供了一种飞灰资源产物的处理方法，将垃圾焚烧飞灰进行水洗除氯，得到固相中间体；在保护气氛中，将固相中间体进行煅烧，得到煅烧产物；将煅烧产物进行水热反应，得到水热产物；将水热产物和药剂进行稳定化处理，即得飞灰资源产物。在水洗过程中可以去除垃圾焚烧飞灰中大部分的氯元素、钠元素和钾元素等，对于飞灰中的氯盐有效去除，为后续的资源化利用奠定基础。将获得的固相中间体进行煅烧，煅烧是为了去除飞灰中的二噁英，使其得到有效的降解，防止煅烧过程中二噁英的生成；煅烧处理还可以促进重金属的挥发和形态转移，为后续的处理降低了工艺要求。垃圾飞灰中含有硅铝等元素，在水热条件下可形成多孔的类沸石物质，这种物质可以提高重金属的稳定性，将重金属稳定到沸石孔道中，发生离子交换后与矿物相结构牢固结合；水热反应在碱性条件下进行，部分重金属元素在碱性条件下形成沉淀物，而先前合成的类沸石物质也会以沉淀物为核心进行成长，从而将重金属包覆，达到重金属稳定的效果；水热处理同样可以促进有机物的降解，使二噁英的含量进一步下降。最后通过药剂的确定，向水热产物中引入无机盐和有机药剂，通过药剂中的多齿结构，可以螯合重金属离子从而形成配位物，固定金属离子，促进颗粒长大，将重金属元素稳定在飞灰中，避免重金属的浸出。本发明通过多种工艺的结合，针对垃圾焚烧飞灰中不同的成分的特点，达到了氯盐的去除，有机物的降解，金属元素的稳定，实现了飞灰的重整利用变废为宝，达到了资源化利用的目的。
本发明提供的方案简单高效，工艺要求低，可大规模应用。本发明将无害化处理后的飞灰应用到建材中，不仅能保证工程质量，还能大幅度降低成本，提高效益。
具体实施方式
本发明提供了一种飞灰资源产物的处理方法，包含下列步骤：
(1)将垃圾焚烧飞灰进行水洗除氯，得到固相中间体；
(2)在保护气氛中，将固相中间体进行煅烧，得到煅烧产物；
(3)将煅烧产物进行水热反应，得到水热产物；
(4)将水热产物和药剂进行稳定化处理，即得所述飞灰资源产物。
在本发明中，步骤(1)中所述水洗除氯的液固比优选为1～2mL：1g，进一步优选为1.2～1.8mL：1g，更优选为1.4～1.6mL：1g。
在本发明中，步骤(1)中所述水洗除氯的温度优选为15～20℃，进一步优选为16～19℃，更优选为17～18℃；时间优选为1～1.5h，进一步优选为1.1～1.4h，更优选为1.2～1.3h。
在本发明中，步骤(1)水洗结束后进行固液分类，得到固相中间体。
在本发明中，步骤(2)所述保护气氛优选为氮气、氦气或氩气。
在本发明中，步骤(2)中所述煅烧的温度优选为500～600℃，进一步优选为520～580℃，更优选为540～560℃；时间优选为40～60min，进一步优选为45～55min，更优选为48～50min。
在本发明中，步骤(3)中所述水热反应的液固比优选为6～10mL：1g，进一步优选为7～9mL：1g，更优选为7.5～8mL：1g；碱浓度优选为1～1.2mol/L，进一步优选为1.05～1.15mol/L，更优选为1.08～1.12mol/L。
在本发明中，步骤(3)中水热反应使用的碱为氢氧化钠。
在本发明中，步骤(3)中所述水热反应的温度优选为200～240℃，进一步优选为210～230℃，更优选为215～220℃；时间优选为4～6h，进一步优选为4.5～5.5h，更优选为4.8～5.2h。
在本发明中，步骤(4)中所述药剂优选包含下列质量份的组分：
乙二胺四乙酸5～6份、二甲基二硫代氨基甲酸钾5～6份、磷酸二氢钠2～3份、羟基乙叉二膦酸钠1～2份、六硫代胍基甲酸3～4份。
在本发明中，所述乙二胺四乙酸的质量份优选为5.2～5.8份，进一步优选为5.4～5.6份，更优选为5.5份。
在本发明中，所述二甲基二硫代氨基甲酸钾的质量份优选为5.2～5.8份，进一步优选为5.4～5.6份，更优选为5.5份。
在本发明中，所述磷酸二氢钠的质量份优选为2.1～2.9份，进一步优选为2.2～2.8份，更优选为2.4～2.6份。
在本发明中，所述羟基乙叉二膦酸钠的质量份优选为1.1～1.9份，进一步优选为1.2～1.8份，更优选为1.4～1.6份。
在本发明中，所述六硫代胍基甲酸的质量份优选为3.1～3.9份，进一步优选为3.2～3.8份，更优选为3.4～3.6份。
在本发明中，步骤(4)中水热产物和药剂的质量比优选为1：0.03～0.06，进一步优选为1：0.04～0.05，更优选为1：0.044～0.046。
在本发明中，将水热产物和水混合后再加入药剂进行搅拌；所述水的质量优选为水热产物质量的30～40％，进一步优选为32～38％，更优选为34～36％；所述搅拌的转速优选为80～100rpm，进一步优选为85～95rpm，更优选为88～90rpm；所述搅拌的时间优选为10～20min，进一步优选为12～18min，更优选为14～16min；搅拌结束后，静置进行稳定化处理。
在本发明中，所述稳定化处理的时间优选为2～4天，进一步优选为2.5～3.5天，更优选为3天。
本发明还提供了所述处理方法得到的飞灰资源产物。
本发明还提供了所述飞灰资源产物在建材中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例中收集得到的垃圾焚烧飞灰为同批、同类飞灰。
实施例1
将收集得到的垃圾焚烧飞灰置于水中，控制水和飞灰的液固比为1mL：1g，控制水温为15℃，水洗1.5h；结束后进行固液分离得到固相中间体。
在氮气气氛中，将固相中间体置于600℃温度下煅烧50min，得到煅烧产物。
将煅烧产物置于水中，控制水和煅烧产物的液固比为8mL：1g，使用氢氧化钠调整碱浓度为1mol/L，在230℃下水热反应5h得到水热产物。
按照下列质量份配置药剂：乙二胺四乙酸5份、二甲基二硫代氨基甲酸钾6份、磷酸二氢钠2.5份、羟基乙叉二膦酸钠1份、六硫代胍基甲酸3.5份。
将水热产物和水(水的质量为水热产物的30％)混合，然后加入药剂(水热产物和药剂的质量比为1：0.04)，在100rpm转速下搅拌10min，然后静置3天进行稳定化处理，得到飞灰资源产物。
实施例2
将收集得到的垃圾焚烧飞灰置于水中，控制水和飞灰的液固比为1.5mL：1g，控制水温为16℃，水洗1.2h；结束后进行固液分离得到固相中间体。
在氮气气氛中，将固相中间体置于580℃温度下煅烧45min，得到煅烧产物。
将煅烧产物置于水中，控制水和煅烧产物的液固比为10mL：1g，使用氢氧化钠调整碱浓度为1.2mol/L，在210℃下水热反应6h得到水热产物。
按照下列质量份配置药剂：乙二胺四乙酸5.5份、二甲基二硫代氨基甲酸钾5份、磷酸二氢钠3份、羟基乙叉二膦酸钠1.2份、六硫代胍基甲酸3.6份。
将水热产物和水(水的质量为水热产物的38％)混合，然后加入药剂(水热产物和药剂的质量比为1：0.05)，在80rpm转速下搅拌15min，然后静置2天进行稳定化处理，得到飞灰资源产物。
实施例3
将收集得到的垃圾焚烧飞灰置于水中，控制水和飞灰的液固比为2mL：1g，控制水温为20℃，水洗1.4h；结束后进行固液分离得到固相中间体。
在氮气气氛中，将固相中间体置于520℃温度下煅烧60min，得到煅烧产物。
将煅烧产物置于水中，控制水和煅烧产物的液固比为7mL：1g，使用氢氧化钠调整碱浓度为1.1mol/L，在200℃下水热反应4.5h得到水热产物。
按照下列质量份配置药剂：乙二胺四乙酸6份、二甲基二硫代氨基甲酸钾6份、磷酸二氢钠2.8份、羟基乙叉二膦酸钠1.4份、六硫代胍基甲酸3.2份。
将水热产物和水(水的质量为水热产物的34％)混合，然后加入药剂(水热产物和药剂的质量比为1：0.06)，在90rpm转速下搅拌20min，然后静置4天进行稳定化处理，得到飞灰资源产物。
将实施例1～3得到的飞灰资源产物进行检测，按照《混凝土中氯离子含量检测技术规程》(JGJ-T 322-2013)进行飞灰中总氯去除的测定；二噁英的浓度检测采用《固体废物二噁英类的测定》(HJ77.3-2008)规定的方法进行；重金属的检测采用《固体废物玻璃化处理产物技术要求》(GB/T 41015-2021)，将检测结果记录在表1中。
表1实施例1～3飞灰资源产物检测结果
由以上实施例可知，本发明提供了一种飞灰资源产物的处理方法。本发明通过多种工艺的结合，针对焚烧飞灰中不同的成分的特点，达到了氯盐的去除，有机物的降解，金属元素的稳定，实现了飞灰的重整利用变废为宝，达到了资源化利用的目的。根据本发明方案进行飞灰处理后，总氯去除率达到99.12％，二噁英浸出浓度≤0.024μg/kg，重金属浓度大幅度下降。本发明提供的方案简单高效，工艺要求低，可大规模应用。本发明将无害化处理后的飞灰应用到建材中，不仅能保证工程质量，还能大幅度降低成本，提高效益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种飞灰资源产物的处理方法，其特征在于，包含下列步骤：
将收集得到的垃圾焚烧飞灰置于水中，控制水和飞灰的液固比为1~2mL：1g，控制水温为15~20℃，水洗1~1.5h；结束后进行固液分离得到固相中间体；
在氮气气氛中，将固相中间体置于500~600℃温度下煅烧40~60min，得到煅烧产物；
将煅烧产物置于水中，控制水和煅烧产物的液固比为6~10mL：1g，使用氢氧化钠调整碱浓度为1~1.2mol/L，在200~240℃下水热反应4~6h得到水热产物；
按照下列质量份配置药剂：乙二胺四乙酸5~6份、二甲基二硫代氨基甲酸钾5~6份、磷酸二氢钠2~3份、羟基乙叉二膦酸钠1~2份、六硫代胍基甲酸3~4份；
将水热产物和水混合，水的质量为水热产物的30~40%，然后加入药剂，水热产物和药剂的质量比为1：0.03~0.06，在80~100rpm转速下搅拌10~20min，然后静置2~4天进行稳定化处理，得到飞灰资源产物。
2.权利要求1所述处理方法得到的飞灰资源产物。
3.权利要求2所述飞灰资源产物在建材中的应用。
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