CN104402403A - 一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，将垃圾灰、盐渍土5、玻璃粉、碳酸钙、碳酸钠按一定重量比例混合，水料比为0.25～0.40，制成球形颗粒，再经干燥、烧结工艺制成；为垃圾的资源化利用开辟了更为广阔的用途渠道；本发明以危险废弃物--垃圾焚烧飞灰作为陶粒原料，通过特定工艺制备成高强陶粒，即便在恶劣环境下也有着极其显著的重金属固化性能，具有极高的稳定性和安全性。本发明既实现了固废的无害化处理、资源化利用，又避免了二次污染。

Description

一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料和危险废物处理处置技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法。 

背景技术

目前，我国经济建设取得令人瞩目的成果，同时出现的问题也越来越多。如，迅速增长的生活垃圾，已经成为制约城市可持续发展的绊脚石。统计数据表明：2013年中国城市的年生活垃圾量已超过2亿吨，而绿色化处理占的比例不到百分之十五。堆积的垃圾总量已多达100亿吨，占用的土地达80万亩，这对自然环境造成了极其恶劣的危害。垃圾焚烧可以大大降低垃圾的体积，一般可以减少到原体积的5％～30％，并减少有机毒性物质，焚烧产生的余热还可用来发电等用途。垃圾焚烧后仍会有大量的灰渣，其大部分在垃圾焚烧炉的炉排下，在烟气除尘器、余热锅炉等也都会存有灰渣。垃圾焚烧后，底灰大约占总渣量的80％～90％；而飞灰仅占总渣量10％～20％。底灰的有害物质含量较少，当成一般固体废弃物处置即可；但飞灰的毒性较高不应轻易随便处置。造成飞灰毒性较高的原因有两个，第一，重金属在垃圾焚烧时高温挥发，在净化***中粘附在飞灰上；另外，垃圾焚烧会产生二噁英，二噁英也会在焚烧时黏在飞灰上。因此，垃圾焚烧飞灰中含有浓度较高的重金属，如铅、镉。还含有高浓度的二恶英，在对它们进行最终处置之前一般需先经过固化、稳定化处理。 

当前，飞灰处置的主要技术主要有：熔融固化技术、水泥固化、化学药剂固化稳定化等，经过安全处理后的产物，如满足浸出毒性标准或是符合资源化利用标准，可以进入普通填埋场进行填埋处置或进行资源化利用。由于利用上述技术处置垃圾飞灰成本很高，所以目前对于大多数的焚烧飞灰仍是进行简单的填埋。而国内的实际情况是：一方面，填埋场地紧张，建设投入资金惊人，而飞灰先经固化再进行填埋的费用过高(1500元/吨～2500元/吨)；另一方面，焚烧飞灰处置方式若为简单的填埋，其重金属将会溶出，对人体健康及生态环境的造成严重的危害。因此，如何采取适当的技术处理焚烧飞灰，并达到稳定化、资源化和无害化的目标，已成为当前许多学者研究的重点。 

环境保护部华南环境科学研究所的彭晓春和吴彦瑜的201210127664.5号“一种利用垃圾焚烧飞灰和玻璃粉制备陶粒的方法”和天津泰达环保有限公司的高亮等的200610013336.7号“利用垃圾焚烧飞灰为原料的陶粒及其制备方法”，其利用垃圾焚烧飞 灰制备陶粒，为建材行业处置焚烧飞灰提供了新的渠道。但两者在陶粒强度、吸水率和重金属固化方面均有一定的局限性，还有很大的改进和提升空间。 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明人经过大量试验，开发出了一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法。 

本发明目的是提供一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，步骤包括： 

1)将盐渍土、垃圾灰和废玻璃，分别经干燥、破碎、球磨后过0.6mm方孔筛，备用。 

2)烧制陶粒的混合料，由以下重量百分比的组分组成：垃圾灰60％～80％；盐渍土5％～20％；玻璃粉5％～10％；碳酸钙3％～6％；碳酸钠3％～6％；水料的重量比为0.25～0.40。 

3)取各组分充分搅拌均匀后，放入制粒机中制成球形料球颗粒。 

4)将步骤3)所得料球颗粒放入干燥箱中干燥，然后放入马弗炉中，按照以下工艺过程烧结： 

预热：以6～10℃/分的升温速率，由室温升到400℃～600℃，保温30～50分钟； 

焙烧：在1050℃～1150℃保温5-25分钟，升温速率10～15℃/分； 

降温退火：600℃以上时，以20℃/分的速率快速降温；温度降至600℃后，将球粒从马弗炉中取出，放在室温下自然冷却，即得。 

步骤1)中的废玻璃，可以是普通玻璃板、玻璃瓶、白玻璃等。 

作为进一步优化技术方案，步骤3)中的料球颗粒的粒径选择为0.6～1.2cm。 

作为进一步优化技术方案，步骤2)中的发泡剂碳酸钙与碳酸钠之比为1:1.5。 

作为进一步优化技术方案，在干燥箱中干燥时，选择干燥温度为105℃，干燥时间为12小时。 

本发明的优点和特点： 

1.本发明为垃圾的资源化利用开辟了更为广阔的用途渠道。本发明将危险废弃物-垃圾焚烧飞灰作为原料制备出垃圾灰高强陶粒，既实现了固废的无害化处理、资源化利用，又避免了二次污染。 

2.本发明制备的产品高强陶粒具有质轻、高强、经久耐用，和重金属固化效果好的优点，可以作为保温材料；目前我国基础建设推进较快，所需的建筑材料也大大增加，本陶粒也可以代替砂石作为轻质混凝土中的骨料，能大大缓解自然骨料的压力。 

3.本发明实现了有效双重固化垃圾焚烧飞灰中有毒重金属，实现了垃圾飞灰中的铅、铜等 重金属的双重固化。陶粒的浸出毒性均远远低于国家标准，并且该陶粒针对恶劣环境(酸/碱性条件下)也有着极其显著的重金属固化性能，具有极高的稳定性和安全性。因此，即便使用垃圾焚烧飞灰制备，本陶粒仍可放心的用于建筑及其他行业。 

附图说明

图1为本方法的制备流程图。 

其中：1.垃圾焚烧灰渣；2.烘干；3.球磨粉碎；4.玻璃粉；5.盐渍土；6.发泡剂；7.称量；8.搅拌；9.造粒；10.料球干燥；11.焙烧；12.冷却；13.性能检测。 

具体实施方式

为了便于对本发明的理解，下面做进一步详细说明，但并不限制本发明。 

在实施本发明时，可根据不同用途，调节料球颗粒的粒径。 

尽管对本发明进行了具体说明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离如所附的权利要求中所定义本发明的精髓和范围内，可以在形式和细节上进行多种变化。 

实施例1 

将盐渍土、垃圾灰和废玻璃经干燥、破碎、球磨后过0.6mm方孔筛；按重量取垃圾灰60％、盐渍土18％、玻璃粉10％、碳酸钙6％和碳酸钠6％，混合搅拌均匀，水料比0.3，得混合料；将所得混合料放入制粒机中造成粒径为0.6～1.2cm的球形料球颗粒；将料球颗粒放入干燥箱中于105℃下干燥12小时；然后将干燥后的生料球放入马弗炉中，按照以下工艺进行烧结： 

预热温度：以6℃/分的升温速率，由室温升到400℃，保温30分钟； 

焙烧阶段：1150℃保温15分钟，升温速率15℃/分； 

降温退火阶段：600℃以上时，以20℃/分的速率快速降温，至600℃时，将陶粒从马弗炉中取出放在室温下急速冷却，即得垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒。 

所得陶粒的容重为800kg/m³，筒压强度为10.52Mp，吸水率为6.94％。其机械强度和重金属污染指标均满足国家建筑高强轻集料的要求。 

根据国家标准GB5085.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法—水平震荡法》，对飞灰和本产品陶粒浸出毒性进行试验，陶粒浸出浓度Cu为0.0718mg/L、Zn为0.4199 mg/L、Pb为0.0900 mg/L、Cr为0.0422 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准及危险废物填埋标准》 的要求。 

实施例2 

按重量百分比取垃圾灰70％；盐渍土10％；玻璃粉8％；碳酸钙6％和碳酸钠6％，混合搅拌均匀；按水料比0.26，得混合料；将所得混合料放入制粒机中造成粒径为0.6～1.2cm的球形料球颗粒；将料球颗粒放入干燥箱中于105℃下干燥12小时；然后将干燥后的生料球放入马弗炉中，按照以下工艺进行烧结： 

预热温度：以8℃/分的升温速率，由室温升到400℃，保温40分钟； 

焙烧阶段：1100℃保温25分钟，升温速率10℃/分； 

降温退火阶段：600℃以上时，以20℃/分的速率快速降温，至600℃时，将陶粒从马弗炉中取出放在室温下急速冷却，即得垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒。 

所得陶粒的容重为742kg/m³，筒压强度为6.48Mp，吸水率为2.94％，其机械强度和重金属污染指标均满足国家建筑高强轻集料的要求。 

按照国家标准GB5085.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法—水平震荡法》，对飞灰和陶粒浸出毒性进行试验，陶粒浸出浓度Cu为0.0769mg/L、Zn为0.4384 mg/L、Pb为0.1005mg/L、Cr为0.0411 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准及危险废物填埋标准》的要求。 

实施例3 

按重量百分比取垃圾灰75％、盐渍土5％、玻璃粉10％、碳酸钙4％和碳酸钠混合搅拌均匀；按水料比0.26，得混合料。将所得混合料放入制粒机中造成粒径为0.6～1.2cm的球形料球颗粒；将料球颗粒放入干燥箱中于105℃下干燥12小时；然后将干燥后的生料球放入马弗炉中，按照以下工艺进行烧结： 

预热温度：以10℃/分的升温速率，由室温升到500℃，保温40分钟； 

焙烧阶段：1100℃保温20分钟，升温速率12℃/分； 

降温退火阶段：600℃以上时，以20℃/分的速率快速降温，至600℃时，将陶粒从马弗炉中取出放在室温下急速冷却，即得垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒。 

所得陶粒的容重为663kg/m³，筒压强度为5.35Mp，吸水率为7.6％，其机械强度和重金属污染指标均满足国家建筑高强轻集料的要求。 

根据国家标准GB5085.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法—水平震荡法》，对飞灰和 陶粒浸出毒性进行试验，陶粒浸出浓度Cu为0.0611mg/L、Zn为0.4164mg/L、Pb为0.0736mg/L、Cr为0.0427 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准及危险废物填埋标准》的要求。 

实施例4 

按重量百分比取垃圾灰65％、盐渍土15％、玻璃粉8％、碳酸钙6％和碳酸钠6％混合搅拌均匀；按水料比0.26，得混合料。将所得混合料放入制粒机中造成粒径为0.6～1.2cm的球形料球颗粒；将料球颗粒放入干燥箱中于105℃下干燥12小时；然后将干燥后的生料球放入马弗炉中，按照以下工艺进行烧结： 

预热温度：以10℃/分的升温速率，由室温升到600℃，保温50分钟； 

焙烧阶段：1140℃保温20分钟，升温速率15℃/分； 

降温退火阶段：600℃以上时，以20℃/分的速率快速降温，至600℃时，将陶粒从马弗炉中取出放在室温下急速冷却，即得垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒。 

所得陶粒的容重为776kg/m³，筒压强度为9.97Mp，吸水率为7.2％，其机械强度和重金属污染指标均满足国家建筑高强轻集料的要求。 

根据国家标准GB5085.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法—水平震荡法》，对飞灰和陶粒浸出毒性进行试验，陶粒浸出浓度Cu为0.0787mg/L、Zn为0.3812mg/L、Pb为0.0986mg/L、Cr为0.0363 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准及危险废物填埋标准》的要求。 

对比试验1 

采用国家标准GB5085.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法—水平震荡法》，对飞灰浸出毒性进行试验，并对浸出液中的Cu、Zn、Pb、Cr的含量用火焰原子吸收光谱仪测定，结果见表1。 

表1 垃圾飞灰浸出毒性实验结果(mg/L) 

按本发明方法制成陶粒后，在恶劣环境(酸/碱性条件)下，Cu、Zn、Pb、Cr的浸出检测结果显示，其浸出毒性均远远低于国家标准，表明该陶粒具有极高的稳定性和安全性。 结果见表2. 

表2 陶粒在恶劣环境下(酸/碱性条件)Cu、Zn、Pb、Cr的浸出检测结果 

Claims (4)

1.一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于包括步骤： 

1)将盐渍土、垃圾灰和废玻璃，分别经干燥、破碎、球磨后过0.6mm方孔筛，备用。 

2)烧制陶粒的混合料，由以下重量百分比的组分组成：垃圾灰60％～80％；盐渍土5％～20％；玻璃粉5％～10％；碳酸钙3％～6％；碳酸钠3％～6％；水料的重量比为0.25～0.40。 

3)取各组分充分搅拌均匀后，放入制粒机中制成球形料球颗粒。 

4)将步骤3)所得料球颗粒放入干燥箱中干燥，然后放入马弗炉中，按照以下工艺过程烧结： 

预热：以6～10℃/分的升温速率，由室温升到400℃～600℃，保温30～50分钟； 

焙烧：在1050℃～1150℃保温5-25分钟，升温速率10～15℃/分； 

降温退火：600℃以上时，以20℃/分的速率快速降温；温度降至600℃后，将球粒从马弗炉中取出，放在室温下自然冷却，即得。 

2.一种如权利要求1所述垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于料球颗粒的粒径为0.6～1.2cm。 

3.一种如权利要求1所述垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于步骤2)中的发泡剂碳酸钙与碳酸钠之比为1:1.5。 

4.一种如权利要求1所述垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于在干燥箱中干燥时，干燥温度为105℃，干燥时间为12小时。