專利名稱：一種垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理的方法
一種垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于垃圾焚燒領(lǐng)域，特別涉及一種垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理的方法。
技術(shù)背景
隨著城市化進程的加快和人們物質(zhì)生活的提高，我國城市生活垃圾的數(shù)量每年以 8%-10%的數(shù)量遞增，據(jù)統(tǒng)計，2011年排放量已經(jīng)超過2.9億噸，清運量約2億噸。垃圾焚燒具有占地面積小、減量化效果顯著(體積減小95%，重量減少75%)、無害化較徹底、垃圾資源化利用(回收電能和熱能)等優(yōu)點，是許多發(fā)達國家處理生活垃圾的主要方法。近年來，我國生活垃圾焚燒法所占比例逐年增加，至2011年在建和建成的垃圾焚燒廠100余座， 占垃圾總處理量的16%左右，其中超過70%的生活垃圾焚燒廠集中在我國經(jīng)濟發(fā)達、用地緊張的東部地區(qū)。垃圾飛灰中含有重金屬、可溶性鹽及微量的二噁英(PCDD)、呋喃(PCDF) 等有機污染物，被列為我國一類危險廢物(GWKB3-2000)，必需經(jīng)過無害化處理后才能填埋。
目前常用的飛灰處理途徑主要有3類1.水泥固化或化學(xué)藥劑穩(wěn)定化后填埋處理；2.提取重金屬或經(jīng)高溫熔融處理后資源化利用；3.飛灰作為部分原料生產(chǎn)綠色水泥、 混凝土、陶粒、玻璃等硅酸鹽類材料。水泥固化法主要利用水化產(chǎn)物的物理包容、吸附作用固化重金屬，價格低廉但增容率大。化學(xué)藥劑穩(wěn)定法是通過與化學(xué)藥劑的反應(yīng)，將可溶的重金屬離子變成低溶解度的高分子絡(luò)合物或者無機礦物質(zhì)從而達到穩(wěn)定化的效果。該法操作簡便，但很難找到一種普遍適用且低廉的藥劑，且穩(wěn)定化效果受環(huán)境PH影響較大，存在安全隱患。高溫處理法重金屬穩(wěn)定化效果好，殘渣可以作為建材原料再利用，但能耗大， 費用高，產(chǎn)生的尾氣處理過程復(fù)雜。重金屬提取法包括高溫熔融法、化學(xué)藥劑提取法、酸堿法、水處理法(如中國專利《一種垃圾焚燒飛灰處理及從中回收重金屬的方法》公開號CN 101092665)等，主要目的在于提取出重金屬再利用。該法弊端明顯，如二次污染、工藝復(fù)雜、效果不穩(wěn)定等，目前主要處于實驗室研究階段。其它的資源化處理方法因經(jīng)濟技術(shù)方面的原因，目前尚不能大規(guī)模應(yīng)用。目前，上海市垃圾焚燒飛灰摻入水泥、螯合劑進行穩(wěn)定化處理后，作為危險廢物填埋，據(jù)調(diào)查，填埋費用高達MOO元/噸。因此，尋找一種處理成本低、處理量大、工藝簡單，且可長期保持效果相對穩(wěn)定的處理方法，非常有必要。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以垃圾焚燒飛灰為原料，添加少量配料， 在NaOH溶液作用下充分利用飛灰中的活性成分，生成穩(wěn)定的地質(zhì)聚合物材料，實現(xiàn)垃圾焚燒飛灰中的污染物的固化與化學(xué)穩(wěn)定化。
本發(fā)明的一種垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理的方法，包括
將質(zhì)量百分比85% -98%的垃圾焚燒飛灰和2% -15%的偏高嶺土均勻混合，加入固體添加量占物料總重量 10%、水灰比(添加水分的量與物料總重量的質(zhì)量比值) 為0. 2 0. 45的堿溶液，持續(xù)攪拌、成型，微波輻照1-5分鐘，然后先自然養(yǎng)護2-3天后灑水自然養(yǎng)護3-5天至成品。
所述偏高嶺土為高嶺土在550 750°C煅燒250 300分鐘所得。
所述偏高嶺土含量為10% -15%時成品強度大于lOMPa。
所述堿溶液為NaOH水溶液。
所述攪拌時間為15-45分鐘。
所述成型時間為2-M小時。
本發(fā)明原理為
城市生活垃圾焚燒飛灰主要成分為Ca0(15% 40% )、SiO2 (10 % 30 % )、 Al2O3 G% 6 %)、!^e2O3 (1 % 3 ，在充分利用這些成分的基礎(chǔ)上，添加適量偏高嶺土及 NaOH，在微波輻照和養(yǎng)護條件下進行如下過程
(1)地質(zhì)聚合物固化。Si02、Al2O3中Si-O鍵Al-O鍵斷裂重組，形成一系列的低聚硅鋁四面體(即非晶質(zhì)、半晶質(zhì)三維鋁硅酸鹽礦物聚合物、地質(zhì)聚合物、geopolymer), 聚合后大部分水被排除，少量水以結(jié)構(gòu)水的形式取代-0的位置，最終形成以硅鋁氧鏈-Si-0-Al-0-、硅鋁硅氧鏈-Si-O-Al-Si-O-和硅鋁二硅氧鏈-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-等為基本結(jié)構(gòu)，Si-O四面體和Al-O四面體為單元的不規(guī)則三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的地質(zhì)聚合物因Al-O四面體的存在而產(chǎn)生電荷不平衡，帶負電。飛灰中的堿金屬、堿土金屬以及重金屬陽離子以平衡電荷或網(wǎng)絡(luò)填充體參與反應(yīng)過程。從而，以離子鍵或共價鍵被牢固的固化。
O) C-S-H凝膠固化。垃圾焚燒飛灰中S^2與Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應(yīng)生成硅酸鈣聚合物(C-S-H凝膠)。飛灰中的堿金屬、堿土金屬以及重金屬通過吸附、吸收、沉降、離子交換、鈍化等多種方式發(fā)生反應(yīng)，最終以氫氧化物或絡(luò)合物的形式停留在C-S-H表面上，從而被固化。
在本發(fā)明中，需要有幾個關(guān)鍵的參數(shù)選定，分別為水的添加量、堿的添加量、攪拌時間、養(yǎng)護條件等。水分添加不足時，反應(yīng)不徹底，固化效果和材料的強度都會降低；水分過多時在固體物內(nèi)部留下空隙，嚴重影響固體物的強度。隨著堿添加量的增加，在某一范圍內(nèi)，固體物強度會有所上升，但并不是越多越好。堿量過高，一方面增大了處理成本，另一方面使PH升高不利于重金屬的固化。本發(fā)明的反應(yīng)是一個先快速后緩慢的較長過程，需要提供充足的攪拌時間，使大部分反應(yīng)在攪拌槽內(nèi)完成，以免在成型中發(fā)生膨脹現(xiàn)象。為了獲得質(zhì)量良好的固化體，成型后需在適宜的條件下養(yǎng)護?，F(xiàn)選擇水膠比0. 2 0. 45 ；NaOH質(zhì)量百分比 10% ；攪拌時間為15 45min ；三段養(yǎng)護，第一段為微波輻照1 5分鐘，第二階段為空氣自然養(yǎng)護，養(yǎng)護時間為1-3天，第二段為灑水自然養(yǎng)護，每隔5-10h灑一次水， 養(yǎng)護時間為3-5天，然后自然養(yǎng)護觀天。
在本發(fā)明中，微波輻照起著十分重要的作用，不僅加快地質(zhì)聚合物固化和C-S-H 凝膠固化，而且使飛灰中有機污染物分解。這是本發(fā)明最關(guān)鍵的創(chuàng)新點。
由于各焚燒飛灰性質(zhì)不同，這幾個參數(shù)也會相應(yīng)的隨之變化，可以對本發(fā)明中關(guān)鍵參數(shù)的選擇做出一些適當?shù)母淖儭?br> 有益效果
本發(fā)明工藝流程簡單、成本低、飛灰處理量大、可操作性強，成形磚塊滿足GB/ T5101-1998中MUlO標準強度、尺寸及耐久性要求，且滿足浸出毒性標準，可以作為新型建筑材料使用。


圖1為本發(fā)明的焚燒飛灰穩(wěn)定化處理工藝流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實施例1
采用南方某爐排式生活垃圾焚燒爐布袋除塵器收集的飛灰，含水率3 %，該飛灰及其配料偏高嶺土的主要成分見表1。飛灰樣品根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》(GB5086. 2-1997)、《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/I^99_2007)、《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》(HJ/T300-2007)進行浸出毒性試驗，采用火焰原子吸收法測定浸出液的重金屬濃度，分析結(jié)果如表2。
表1飛灰和偏高嶺土主要成分，％
權(quán)利要求
1.一種垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理的方法，包括將質(zhì)量百分比85% -98%的垃圾焚燒飛灰和2% -15%的偏高嶺土均勻混合，加入固體添加量占物料總重量 10%、水灰比為0. 2 0. 45的堿溶液，持續(xù)攪拌、成型，微波輻照1-5分鐘，然后先自然養(yǎng)護2-3天后灑水自然養(yǎng)護3-5天至成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理的方法，其特征在于所述偏高嶺土為高嶺土在陽0 750°C煅燒250 300分鐘所得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理的方法，其特征在于所述偏高嶺土含量為10% -15%時成品強度大于lOMPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理的方法，其特征在于所述堿溶液為NaOH水溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理的方法，其特征在于所述攪拌時間為15-45分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理的方法，其特征在于所述成型時間為2- 小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理的方法，包括將質(zhì)量百分比85％-98％的垃圾焚燒飛灰和2％-15％的偏高嶺土均勻混合，加入固體添加量占物料總重量1％～10％、水灰比為0.2～0.45的堿溶液，持續(xù)攪拌、成型，微波輻照1-5分鐘，然后先自然養(yǎng)護2-3天后灑水自然養(yǎng)護3-5天至成品。本發(fā)明工藝流程簡單、成本低、飛灰處理量大、可操作性強，成形磚塊滿足GB/T5101-1998中MU10標準強度、尺寸及耐久性要求，且滿足浸出毒性標準，可以作為新型建筑材料使用。
文檔編號C04B28/00GK102557549SQ20121006226
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者余陽, 李新穎, 袁正璞, 謝學(xué)報, 陳泉源 申請人:東華大學(xué)