本發(fā)明涉及垃圾焚燒飛灰無害化及資源化，特別是涉及一種垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法。

背景技術(shù)：

1、焚燒處理技術(shù)是目前處理城市生活垃圾的主流手段。焚燒處理會(huì)產(chǎn)生一些副產(chǎn)物，其中包括了較難處理的垃圾焚燒飛灰。垃圾焚燒飛灰占焚燒總量按3～5％左右。垃圾焚燒飛灰屬于危險(xiǎn)廢物，具有高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)對(duì)自然水體和人體造成威脅。垃圾焚燒飛灰中含有二噁英和重金屬，且其氯化物含量可超過飛灰質(zhì)量的30％。然而，垃圾焚燒飛灰中的高含量鈣、氯元素存在潛在的利用價(jià)值。因此，將垃圾焚燒飛灰進(jìn)行降氯和固化重金屬處理，并合成托貝莫來石用于資源化利用，具有實(shí)際意義。

2、托貝莫來石具有沸石狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)式為ca5si6o16(oh)2·4h2o，由硅酸鹽四面體包圍的ca2+八面體連續(xù)鏈組成。托貝莫來石可用作粘結(jié)材料、吸附劑和陽離子交換劑。鋁可以參與和促進(jìn)鋁取代托貝莫來石的合成。鋁取代托貝莫來石可以通過離子交換和吸附等方式處理廢水中重金屬。

3、垃圾焚燒飛灰的主要成分為cao、kcl和nacl，而sio2和al2o3的含量較少，要合成托貝莫來石則需要添加硅添加劑。常規(guī)水熱法使用的水熱反應(yīng)條件較為極端，一般使用大量硅添加劑、高濃度堿性溶液和較高的溫度，這導(dǎo)致處理能耗大，堿性溶液浪費(fèi)等問題的出現(xiàn)。常規(guī)的水熱法雖然能夠合成托貝莫來石，但是沒能充分利用垃圾焚燒飛灰中鈣、氯等元素。如cn114425549a公開了一種垃圾焚燒飛灰微波水熱解毒及同步合成托貝莫來石的方法，將垃圾焚燒飛灰進(jìn)行攪拌水洗脫氯和濕法球磨脫氯后，與硅源及強(qiáng)堿溶液混合后180～260℃進(jìn)行微波水熱反應(yīng)，垃圾焚燒飛灰與硅源及強(qiáng)堿溶液的配料滿足：鈣硅摩爾比為1.0～1.4:1，強(qiáng)堿溶液濃度為0.5～2mol/l，液固比為5～10ml/g。綜上，現(xiàn)在急需尋找一種既高效又便捷的方法對(duì)垃圾焚燒飛灰進(jìn)行降氯固化重金屬與資源化利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的垃圾焚燒飛灰處理能耗大、堿性溶液浪費(fèi)等問題，而提供一種垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法。

2、本發(fā)明的另一目的，提供一種通過所述方法制備得到的托貝莫來石。

3、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

4、一種垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法，包括以下步驟：

5、步驟1，調(diào)控鈣硅鋁比例并攪拌混合：將未處理的垃圾焚燒飛灰與硅源混合后得到混合后的配料，垃圾焚燒飛灰中鋁元素已符合所需比例要求，無需再另外添加，其中，在加入硅源時(shí)，混合后的配料的鈣/(硅+鋁)的摩爾比為0.80～0.85，鋁/(硅+鋁)的摩爾比為0.001～0.22；

6、步驟2，強(qiáng)堿溶液混合攪拌：向步驟1中的混合后的配料加入強(qiáng)堿溶液得到混合好的反應(yīng)物，將混合好的反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至容器中攪拌混合后密封；

7、步驟3，水熱反應(yīng)：對(duì)密封好的容器加熱至反應(yīng)溫度130～160℃，且溫度偏差不超過±5℃進(jìn)行水熱反應(yīng)；

8、步驟4，固液分離：將步驟3水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行分離得到水熱固體產(chǎn)物和水熱液體產(chǎn)物，所述水熱固體產(chǎn)物包括托貝莫來石。

9、在上述技術(shù)方案中，所述硅源為無定形的二氧化硅粉末。

10、在上述技術(shù)方案中，所述強(qiáng)堿溶液與混合后的配料的液固比為8～15ml/g。

11、在上述技術(shù)方案中，所述強(qiáng)堿溶液為naoh溶液，優(yōu)選地，所述naoh溶液的濃度為0.3～0.4mol/l。

12、在上述技術(shù)方案中，所述步驟2中混合攪拌的轉(zhuǎn)速為500～700r/min，混合攪拌的時(shí)間為8～10h。

13、在上述技術(shù)方案中，所述步驟3中加熱的升溫速率為5～8℃/min；

14、所述水熱反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為12～24h。

15、在上述技術(shù)方案中，所述水熱液體產(chǎn)物部分用于水熱回用，剩余部分進(jìn)行氯鹽回收。

16、在上述技術(shù)方案中，所述方法的全重金屬固化率大于95％。

17、本發(fā)明的另一目的，提供一種托貝莫來石，通過所述的方法制備得到。

18、在上述技術(shù)方案中，所述托貝莫來石的比表面積大于70m2/g，孔容大于0.15cm3/g。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

20、1.本發(fā)明的方法在水熱反應(yīng)過程中，垃圾焚燒飛灰中的kcl和nacl將溶解在強(qiáng)堿溶液中，從而達(dá)到降氯的效果。同時(shí)垃圾焚燒飛灰中鈣、硅、鋁得到充分的資源化利用，保證托貝莫來石的純度和性能。合成出的托貝莫來石能對(duì)垃圾焚燒飛灰中的重金屬進(jìn)行物理封裝、離子交換和有效吸附。

21、2.本發(fā)明中通過鈣硅鋁比例調(diào)控，對(duì)垃圾焚燒飛灰中的鈣、硅、鋁進(jìn)行了充分的資源化利用，也增加了合成出的托貝莫來石的性能。常規(guī)水熱法合成托貝莫來石時(shí)使用的是鈣硅比1.0～1.4，這與托貝莫來石的實(shí)際合成要求略有出入，因此對(duì)水熱溫度的要求高。而本發(fā)明中利用鈣硅鋁比例調(diào)控，將反應(yīng)溫度從常規(guī)水熱法中的180℃降低至130℃的溫和條件。同時(shí)保證了托貝莫來石對(duì)重金屬的固化作用。

22、3.本發(fā)明沒有預(yù)處理工藝，這縮短垃圾焚燒飛灰的處理流程，同時(shí)以高效便捷的方式達(dá)到降氯和固化重金屬的作用。

23、4.本發(fā)明中的水熱液可以進(jìn)行水熱回用和氯鹽回收，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒飛灰的資源化利用。

24、5.本發(fā)明選用無定形的二氧化硅粉末作為硅源，這增加了硅源與垃圾焚燒飛灰中cao和al2o3的接觸面積，加快反應(yīng)速率。同時(shí)硅源無需進(jìn)行晶體-無定形的晶相轉(zhuǎn)變，這降低了對(duì)強(qiáng)堿溶液的要求，將水熱法中使用的naoh堿性溶液濃度從1.0mol/l下降為0.4mol/l。

技術(shù)特征：

1.一種垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法，其特征在于，所述硅源為無定形的二氧化硅粉末。

3.如權(quán)利要求1所述的垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法，其特征在于，所述強(qiáng)堿溶液與混合后的配料的液固比為8～15ml/g。

4.如權(quán)利要求1所述的垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法，其特征在于，所述強(qiáng)堿溶液為naoh溶液，優(yōu)選地，所述naoh溶液的濃度為0.3～0.4mol/l。

5.如權(quán)利要求1所述的垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法，其特征在于，所述步驟2中混合攪拌的轉(zhuǎn)速為500～700r/min，混合攪拌的時(shí)間為8～10h。

6.如權(quán)利要求1所述的垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法，其特征在于，所述步驟3中加熱的升溫速率為5～8℃/min；

7.如權(quán)利要求1所述的垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法，其特征在于，所述水熱液體產(chǎn)物部分用于水熱回用，剩余部分進(jìn)行氯鹽回收。

8.如權(quán)利要求1所述的垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法，其特征在于，所述方法的全重金屬固化率大于95％。

9.一種托貝莫來石，其特征在于，通過如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的方法制備得到。

10.如權(quán)利要求9所述的托貝莫來石，其特征在于，所述托貝莫來石的比表面積大于70m2/g，孔容大于0.15cm3/g。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種垃圾焚燒飛灰水熱降氯固化重金屬并合成托貝莫來石的方法，包括以下步驟：步驟1，調(diào)控鈣硅鋁比例并攪拌混合，在加入硅源時(shí)，混合后的配料的鈣/(硅+鋁)的摩爾比為0.80～0.85，鋁/(硅+鋁)的摩爾比為0.001～0.22；步驟2，強(qiáng)堿溶液混合攪拌：加入強(qiáng)堿溶液混合好后轉(zhuǎn)移至容器中攪拌混合后密封；步驟3，水熱反應(yīng)；步驟4，固液分離得到水熱固體產(chǎn)物和水熱液體產(chǎn)物，所述水熱固體產(chǎn)物包括托貝莫來石。本發(fā)明中通過鈣硅鋁比例調(diào)控，對(duì)垃圾焚燒飛灰中的鈣、硅、鋁進(jìn)行了充分的資源化利用，也增加了合成出的托貝莫來石的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：何宏平,陳信龍,林金源,杜磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/20