本發(fā)明涉及固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域，尤其涉及一種協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法及其產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、電解錳渣是在電解錳生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢物。錳礦粉經(jīng)過(guò)硫酸浸取和加氨中和，制備硫酸錳溶液后經(jīng)壓濾，產(chǎn)生的含有硫酸鹽和銨鹽等水溶性鹽的工業(yè)廢渣即為電解錳渣。我國(guó)錳礦平均品位只有12％左右，因此在生產(chǎn)1噸金屬錳的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生8～10噸的錳渣。目前，我國(guó)已堆存的電解錳渣量已超過(guò)1億噸，并且每年還新增超過(guò)1000萬(wàn)噸。錳渣中的重金屬和可溶性鹽類(lèi)化合物含量較高，如果處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。電解錳渣中含有較高濃度的錳、鉻、鎳等重金屬，這些重金屬在環(huán)境中不易降解，可通過(guò)食物鏈累積，對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)系統(tǒng)造成長(zhǎng)期影響。錳渣中的重金屬可通過(guò)地表徑流或滲透進(jìn)入土壤，影響土壤肥力，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受阻，甚至死亡。長(zhǎng)期受錳渣污染的環(huán)境，生物多樣性會(huì)顯著下降，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自我修復(fù)能力減弱。

2、電解錳渣的環(huán)境危害性不容忽視，通過(guò)資源化不僅可以減少環(huán)境污染，還可以實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)電解錳渣中的重金屬回收技術(shù)，目前主要包括化學(xué)無(wú)害化技術(shù)、火法處理技術(shù)、濕法無(wú)害化與資源化處理技術(shù)、生物無(wú)害化技術(shù)、外加電場(chǎng)無(wú)害化技術(shù)、制備吸附材料技術(shù)等。這些技術(shù)的效果各有特點(diǎn)，選擇合適的技術(shù)需要考慮電解錳渣的具體成分、處理成本、環(huán)境影響以及資源回收的可行性。總體而言，目前電解錳渣的處理和資源化利用仍面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)以實(shí)現(xiàn)更高效和環(huán)保的處理方法。

3、垃圾焚燒飛灰是在生活垃圾焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的一種危險(xiǎn)廢物。隨著城市生活垃圾量的迅猛增加，飛灰的產(chǎn)生量也日益增長(zhǎng)。飛灰中含有較高濃度的重金屬和二噁英等有毒有害物質(zhì)，如果不進(jìn)行妥善處理，會(huì)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成嚴(yán)重威脅。開(kāi)展電解錳渣和垃圾焚燒飛灰的協(xié)同利用研究，可以推動(dòng)固體廢物處理技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的建設(shè)，符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展的戰(zhàn)略要求。通過(guò)深入研究這兩種廢料的資源化利用途徑，可以為解決類(lèi)似工業(yè)固廢的環(huán)境和資源問(wèn)題提供借鑒和參考。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供了一種協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法及其產(chǎn)品。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法，包括以下步驟：

3、(1)將磷石膏和電解錳渣混合，攪拌均勻，得到石膏錳渣；

4、(2)對(duì)石膏錳渣進(jìn)行煅燒，得到活化渣料；

5、(3)將活化渣料、市政污泥、垃圾焚燒飛灰混合，攪拌均勻，得到初始焙燒料；

6、(4)對(duì)初始焙燒料進(jìn)行連續(xù)熱解碳化，第一次熱解過(guò)程回收的熱解煙氣粉塵為粗鐵粉，第二次熱解過(guò)程回收的熱解煙氣粉塵為粗錳粉，第二次熱解得到的固體渣為膠凝活化渣，將膠凝膠凝活化渣研磨成粉，即得到膠凝材料。

7、進(jìn)一步地，步驟(1)中所述是磷石膏和電解錳渣的質(zhì)量比為20～60:100。

8、進(jìn)一步地，步驟(2)中的煅燒時(shí)間為0.5～1.5小時(shí)，煅燒溫度為450～850℃。

9、進(jìn)一步地，步驟(3)中所述活化渣料、市政污泥、垃圾焚燒飛灰的質(zhì)量比為20～50:30～60:100。

10、進(jìn)一步地，步驟(4)中所述的第一次熱解的溫度為350～550℃，時(shí)間為0.25～1.25小時(shí)。

11、進(jìn)一步地，步驟(4)中所述的第二次熱解的溫度為1150～1250℃，時(shí)間為0.25～1.25小時(shí)。

12、本發(fā)明還提供了根據(jù)上述方法制備得到的粗鐵粉。

13、本發(fā)明還提供了根據(jù)上述方法制備得到的粗錳粉。

14、本發(fā)明還提供了根據(jù)上述方法制備得到的凝膠材料。

15、進(jìn)一步地，所述凝膠材料的單軸抗壓強(qiáng)度為26～35mpa。

16、反應(yīng)機(jī)理：混合磷石膏和電解錳渣，攪拌過(guò)程中磷石膏中可溶態(tài)的氟、磷及硫酸鹽物質(zhì)吸附在電解錳渣顆粒礦物中，并發(fā)生穩(wěn)定化轉(zhuǎn)化，形成穩(wěn)定的氟化物、磷酸鹽和硫酸鹽礦物。在煅燒過(guò)程中，磷石膏中的二水硫酸鈣發(fā)生分解，釋放水蒸氣并形成無(wú)水硫酸鈣。釋放的水汽不僅可通過(guò)熱激發(fā)促進(jìn)無(wú)水硫酸鈣與解錳渣顆粒中的硅鋁酸鹽礦物及其它無(wú)機(jī)鹽反應(yīng)形成穩(wěn)定的硅鋁酸鈣鹽礦物和磷酸鹽礦物互摻混合物，同時(shí)還可以促進(jìn)硫酸鈣的熱解釋放酸性氣體，從而進(jìn)一步加速電解錳渣中鐵、錳物質(zhì)的釋放。混合活化渣料、市政污泥、垃圾焚燒飛灰，攪拌過(guò)程中市政污泥中的有機(jī)質(zhì)及其它無(wú)機(jī)鹽物質(zhì)和垃圾焚燒飛灰中的無(wú)機(jī)氯鹽及氫氧根擴(kuò)散至活化渣料中，與釋放的鐵錳物質(zhì)相結(jié)合并與活化渣料中硅鋁鈣基礦物反應(yīng)。對(duì)初始焙燒料進(jìn)行連續(xù)熱解碳化，在一次熱解過(guò)程中，市政污泥中的有機(jī)質(zhì)發(fā)生熱解形成碳基材料并釋放活性碳?xì)錃怏w?；钚蕴?xì)錃怏w可誘發(fā)垃圾焚燒飛灰中的氯鹽與活化渣料中的鐵結(jié)合，發(fā)生碳熱氯化反應(yīng)，形成氯化鐵物質(zhì)揮發(fā)至煙氣中，并通過(guò)煙氣回收形成粗鐵粉，而磷石膏中和市政污泥中所引入的磷酸鹽和石膏物質(zhì)可抑制鋁與氯的反應(yīng)與結(jié)合。在二次熱解過(guò)程中，活化渣料中錳與氯鹽結(jié)合，并在碳基表面發(fā)生揮發(fā)，通過(guò)煙氣回收形成粗錳粉。二次解熱活化后的渣體，在熱分解過(guò)程，硅鋁鈣基材料與其它無(wú)機(jī)鹽礦物充分反應(yīng)及彼此互補(bǔ)活化，形成高活性膠凝材料。

17、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明制備過(guò)程簡(jiǎn)單，所需原料僅為電解錳渣、垃圾焚燒飛灰和一般工業(yè)固體廢棄物，通過(guò)預(yù)配料、煅燒活化、二次配料及熱解炭化工藝實(shí)現(xiàn)從電解錳渣中回收鐵、錳資源，并制備高活性膠凝材料。所制備的粗鐵粉氯化鐵含量最高達(dá)94％以上，所制備的粗錳粉氯化錳含量最高達(dá)85％以上，所制備的高活性膠凝材料最高單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)35mpa。

技術(shù)特征：

1.一種協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法，其特征在于，步驟(1)中所述是磷石膏和電解錳渣的質(zhì)量比為20～60:100。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法，其特征在于，步驟(2)中的煅燒時(shí)間為0.5～1.5小時(shí)，煅燒溫度為450～850℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法，其特征在于，步驟(3)中所述活化渣料、市政污泥、垃圾焚燒飛灰的質(zhì)量比為20～50:30～60:100。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法，其特征在于，步驟(4)中所述的第一次熱解的溫度為350～550℃，時(shí)間為0.25～1.25小時(shí)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法，其特征在于，步驟(4)中所述的第二次熱解的溫度為1150～1250℃，時(shí)間為0.25～1.25小時(shí)。

7.權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法制備得到的粗鐵粉。

8.權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法制備得到的粗錳粉。

9.權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法制備得到的凝膠材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的凝膠材料，其特征在于，所述凝膠材料的單軸抗壓強(qiáng)度為26～35mpa。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種協(xié)同利用電解錳渣和垃圾焚燒飛灰回收鐵、錳并制備膠凝材料的方法及其產(chǎn)品，所述方法包括以下步驟：將磷石膏和電解錳渣混合，攪拌均勻，得到石膏錳渣；對(duì)石膏錳渣進(jìn)行煅燒，得到活化渣料；將活化渣料、市政污泥、垃圾焚燒飛灰混合，攪拌均勻，得到初始焙燒料；對(duì)初始焙燒料進(jìn)行連續(xù)熱解碳化，第一次熱解過(guò)程回收的熱解煙氣粉塵為粗鐵粉，第二次熱解過(guò)程回收的熱解煙氣粉塵為粗錳粉，第二次熱解得到的固體渣為膠凝活化渣，將膠凝膠凝活化渣研磨成粉，即得到膠凝材料。本發(fā)明制備過(guò)程簡(jiǎn)單，所需原料僅為電解錳渣、垃圾焚燒飛灰和一般工業(yè)固體廢棄物。

技術(shù)研發(fā)人員：黃濤,宋東平,孫小龍,夏運(yùn),崔嘉霖,王鑫鑫,羅沖,陳凱,馮玉軒,張洋,陳強(qiáng),狄洋陽(yáng),李?lèi)?ài)英,王百軍,石建東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常熟理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2