一種降低生活垃圾焚燒廠飛灰量及飛灰毒性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及固體廢物的處理，具體涉及一種降低生活垃圾焚燒廠飛灰量及飛灰毒 性的方法，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國生活垃圾量的急劇增加，生活垃圾焚燒技術(shù)在我國得到了長(zhǎng)足發(fā)展，截 止2013年，我國生活垃圾的焚燒量達(dá)到了生活垃圾總量的23%以上。在大幅度降低生活 垃圾質(zhì)量和容量的同時(shí)，焚燒也產(chǎn)生出了小于垃圾焚燒量5%左右的飛灰，而由于飛灰中含 有Pb、Cr、CcUAs等有害重金屬元素，據(jù)統(tǒng)計(jì)，垃圾中大約有33 %的Pb、92 %的Cd和45 %的 Sb遷移到飛灰中，同時(shí)飛灰還含有部分二噁英等劇毒物質(zhì)，因此使得飛灰在我國歸類為危 險(xiǎn)廢物HW18焚燒處置殘?jiān)械?02-002-18,需要進(jìn)入危廢填埋場(chǎng)進(jìn)行處置。
[0003] 進(jìn)入填埋場(chǎng)前，飛灰一般通過固化/穩(wěn)定化技術(shù)和高溫處理等進(jìn)行預(yù)處理，前者 包括水泥固化、浙青固化、化學(xué)藥劑穩(wěn)定化等，后者包括燒結(jié)與熔融/玻璃化等。固化處理 過程是利用具有膠凝作用的材料改變飛灰工程特性的一種穩(wěn)定化方法，最常見的是水泥基 材料固化方法，其特點(diǎn)是工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、材料來源廣、成本低、固化產(chǎn)物強(qiáng)度高， 但同時(shí)固化/穩(wěn)定化處理會(huì)使廢物最終處置體積增大，譬如一般固化產(chǎn)物的體積要比處理 前廢物的體積增加〇. 5~1倍，并且固化產(chǎn)物的機(jī)械強(qiáng)度較差，固化/穩(wěn)定后的固化體在外 力或不適當(dāng)?shù)奶幚磉^程中可能會(huì)破碎，從而導(dǎo)致重金屬浸出，對(duì)環(huán)境造成潛在危害；此外， 固化/穩(wěn)定化技術(shù)雖然能夠在一定的時(shí)間內(nèi)將重金屬穩(wěn)定固化，但它不能消除二惡英的污 染。熔融分離是將飛灰加熱到熔融溫度（1200~1400°C)，熔融后低沸點(diǎn)的重金屬及鹽類將 蒸發(fā)至氣相，由排氣集塵系統(tǒng)收集，難揮發(fā)類的重金屬因密度大，一部分沉在熔爐的底部而 分離回收利用；另一部分則殘留于熔渣中。單純的飛灰熔融技術(shù)具有一定的減容固化效果， 但由于玻璃態(tài)材料的硬度、熱性能等較差，限制了其在建筑材料等領(lǐng)域的應(yīng)用，因此通常只 能用于路基材料、水泥混凝土的混合材料或再次送入填埋場(chǎng)填埋，其附加值較低。熔融過程 中會(huì)產(chǎn)生少量高濃度熔融爐飛灰（其Cd和Pb的濃度是熔融前的5-10倍），飛灰熔融的費(fèi) 用也非常高。
[0004] 總的來說，上述處理方法都需要額外添加藥劑，并需要通過外加高溫等處理方式， 在經(jīng)濟(jì)成本上不具有競(jìng)爭(zhēng)力，因此如何在焚燒過程中降低焚燒廠飛灰的產(chǎn)量，或者改變飛 灰本身的組分，降低其重金屬含量，成為生活垃圾焚燒過程控制的一個(gè)重要關(guān)鍵點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種降低生活垃圾焚燒廠飛灰量及 飛灰毒性的方法，使得焚燒廠飛灰的產(chǎn)出量降低到原有處理方法的產(chǎn)出量的40%左右，并 減少飛灰中的重金屬含量，降低毒性。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種降低生活垃圾焚燒廠飛灰量及飛灰毒性的方法，其包括以下步驟：
[0008] 步驟一，以米黃泥和已有的生活垃圾焚燒廠飛灰為原料，粉碎到一定粒度，按照一 定比例進(jìn)行混合，再以一定配比與細(xì)磨介質(zhì)和水混合，用攪拌球磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨；
[0009] 步驟二，將磨細(xì)后的飛灰與米黃泥在一定壓力下壓制成圓柱形試樣；
[0010] 步驟三，在生活垃圾的焚燒過程中，將制得的試樣按一定速率投入到焚燒爐膛中， 充分利用焚燒產(chǎn)生的余熱，進(jìn)行快速的莫來石反應(yīng)，使生成的含莫來石物質(zhì)沉降到爐渣系 統(tǒng)，最終使焚燒過程的飛灰量降低到原有情況的40%，并減少產(chǎn)生飛灰中的重金屬含量。
[0011] 進(jìn)一步地，所述的步驟一中，所述的飛灰為生活垃圾正常焚燒所產(chǎn)生的飛灰；所述 的米黃泥為一種米黃色的陶土，其主要的礦物成分為石英、伊利石和高嶺石。
[0012] 進(jìn)一步地，所述的步驟一中，所述的粉碎到一定粒度是指，將飛灰和米黃泥的混合 物粉碎到〇?I-Imm粒度。
[0013] 進(jìn)一步地，所述的步驟一中，飛灰與米黃泥的質(zhì)量混合比例為，飛灰：米黃泥= 40-60:60-40。
[0014] 進(jìn)一步地，所述的步驟一中，細(xì)磨介質(zhì)和飛灰和米黃泥的混合物與水的質(zhì)量配比 范圍為：細(xì)磨介質(zhì)：混合后的飛灰/米黃泥：水=5~8:0. 5~2:1。
[0015] 進(jìn)一步地，所述的步驟一中，細(xì)磨后物料中，粒度<IOOym的顆粒的質(zhì)量占比為 50%以上。
[0016] 進(jìn)一步地，所述的步驟一中，所述細(xì)磨介質(zhì)為剛玉質(zhì)小球。
[0017] 進(jìn)一步地，所述的步驟二中，壓制所述試樣的壓力范圍為20-100MPa。
[0018] 進(jìn)一步地，所述的步驟三中，所述的將制得的試樣按一定速率投入到焚燒爐膛中 是指，所述試樣的投入量彡垃圾處理量的〇. 5%，以不影響爐膛溫度為宜。
[0019] 本發(fā)明充分利用飛灰及米黃泥的特性，飛灰組分中高含量的CaO、Si02、Al2O3以及 少量Fe、Mg、K、Na等金屬氧化物對(duì)莫來石反應(yīng)具有良好的促進(jìn)作用，而米黃泥主要的礦物 成分為石英（SiO2)、伊利石（K(Al,Fe,Mg) (Si,AD4Oltl (OH)2)和商嶺石（Al2Si2O5 (OH)4)，因含 有高嶺石與伊利石而具有較強(qiáng)的可塑性，塑性指數(shù)>7,屬中等可塑性原料，它的加入可以很 大程度地改善配料的可塑性。兩者在不同的溫度范圍內(nèi)將發(fā)生如下的分解與氧化階段以及 化學(xué)合成反應(yīng)，其中在300°C-(850~900°C)范圍內(nèi)，發(fā)生如下反應(yīng)：
[0020] Al2O3 ? 2Si02 ? 2H20 (高嶺石）-Al2O3 ? 2Si02 (偏高嶺石）+2H20 (500 ~60(TC)…?（1)
[0021] gC03-MgCHCO2 丨（500 ~860°C) (2)
[0022] MgCO3 ?CaC03-Mg0+Ca0+C0 2t(730 ~95(TC) (3)
[0023] CaC03-CaCHCO2t(大于 825°C) (4)
[0024] 4FeC03-2Fe203+3C02 丨（80(TC~1，00(TC) (5)
[0025] MgC03-MgO+SO3t(大于 900°C) (6)
[0026] 而在850~900°C之間，則主要發(fā)生如下的化合反應(yīng)、氧化與分解反應(yīng)，伴隨著化 合反應(yīng)的進(jìn)行新晶相出現(xiàn)并出現(xiàn)玻璃化現(xiàn)象，隨著溫度繼續(xù)升高，Al-Si尖晶石轉(zhuǎn)化為莫來 石。主要化學(xué)反應(yīng)如下：
[0027] 2 (Al2O3 ? 2Si02) - 2A1203 ? 3Si02 (硅鋁尖晶石）+SiO2 (7)
[0028] 2A1203 ? 3Si02- 2(Al203 ?SiO2)(過渡的莫來石）+SiO2 (方石英）（8)
[0029] 3Al203+2Si02- 3A1 203 ? 2Si02 (莫來石）（9)
[0030]3 (Al2032Si02) - 3A1203 ? 2Si02 (吳來石）+SiO2 (方石英）（10)
[0031] 飛灰中的Al2O3與SiO2在高溫下，它們可以發(fā)生化合反應(yīng)形成莫來石 (3A1203 ? 2Si02)，與未熔的殘存5102構(gòu)成瓷坯的骨架，使制品具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。此外， 部分SiO2熔入液相之中，還會(huì)使液相粘度升高，增加制品抵抗變形的能力；Al203熔入液相 也能夠改善制品的物理性能，它還可以擴(kuò)大坯體的燒成區(qū)間。
[0032]CaO在飛灰中的含量高達(dá)35. 8 %，其存在形式主要是CaCO3Xa(OH) 2、CaS04以及少 量的CaO。0&0)3乂&(011) 2乂&504在500°C以上可以分解產(chǎn)生Ca0，Ca0在燒結(jié)過程中能夠與 SiO2反應(yīng)生成強(qiáng)度很大的Ca3Si207或CaSiO4，從而增強(qiáng)制品的抗壓強(qiáng)度。此外存在于飛灰 中的CaCl2W及其它鹽中的Ca2+還是網(wǎng)絡(luò)改良離子，它能夠破壞牢固的Si- 0與Al- 0鍵， 并最終形成穩(wěn)定、高強(qiáng)的硅酸鹽或鈣鋁硅酸鹽，從而降低了制品的燒結(jié)溫度。
[0033] 飛灰中的Fe2O3在燒成中起著降低熔點(diǎn)的作用，它可以降低制品在燒結(jié)過程中出 現(xiàn)液體的溫度，使粒子在較低的溫度下就緊密的粘結(jié)在一起，改善了低溫下燒成品的機(jī)械 強(qiáng)度。
[0034] MgO能與方石英反應(yīng)形成頑火輝石（MgSiO3)，從而促進(jìn)莫來石的形成，大量MgSiO3 的形成也可以提高制品的機(jī)械強(qiáng)度。但飛灰中Mg主要存在于MgCl2以及硅酸鹽中，在陶瓷 燒結(jié)過程中發(fā)揮作用的主要是Mg2+，它與Ca2+相似也是一種網(wǎng)絡(luò)活化離子，能夠破壞Si-0鍵，最終形成Mg的硅酸鹽。因此飛灰的加入不僅不會(huì)因?yàn)橐肷倭縈gO而改變制品的外 觀，反而會(huì)幫助降低制品的燒結(jié)溫度。
[0035] 飛灰中的Na、K主要以NaCl、KCl以及長(zhǎng)石的形式存在，它們是非?；钴S的堿金屬 離子，在燒結(jié)過程中能夠取代方石英晶體中的Si形成玻璃相，從而降低莫來石的形成溫 度。
[0036] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明利用的是垃圾焚燒爐爐膛本身的溫度實(shí)現(xiàn)飛灰的再次 熔融，通過飛灰與米黃泥的莫來石反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)飛灰去毒、重金屬的固定和飛灰的沉降，從而 達(dá)到飛灰減量和降毒的要求。
[0037] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要有：
[0038] (1)本發(fā)明利用的原料為生活垃圾焚燒廠的飛灰，屬于危險(xiǎn)廢物，對(duì)這些難處理的 固體廢物的循環(huán)利用不僅大大改善了焚燒廠的生態(tài)環(huán)境，還回收利用了其中的有用成分， 變廢為寶，有著良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。
[0039] (2)本發(fā)明通過加入米黃泥，使之在焚燒爐爐膛中反應(yīng)生成莫來石反應(yīng)，充分利用 了焚燒廠爐膛溫度，與傳統(tǒng)莫來石生產(chǎn)工藝相比，大大降低了莫來石反應(yīng)所需溫度，本工藝 流程簡(jiǎn)單，容易控制，設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用少。
[0040] (3)本發(fā)明的工藝對(duì)原料的變化不敏感，對(duì)飛灰和米黃泥配比要求較為寬泛，絕大 部分焚燒廠的飛灰都能被處理。
[0041] (4)本發(fā)明生成的莫來石反應(yīng)過程中，將會(huì)捕集垃圾過程揮發(fā)的重金屬，從而有效 減少了后續(xù)生成的飛灰量。
[0042] 與公開號(hào)為CN1259525C的