CN105294156A

CN105294156A - 一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法

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Publication number: CN105294156A
Application number: CN201510900440.7A
Authority: CN
Inventors: 余广炜; 汪印; 余铖; 王兴栋; 李智伟; 李春星
Original assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Current assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: CN105294156B

Abstract

本发明涉及一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，将生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣通过理细磨处理并利用热烟气进行直接干燥，所获得的炉渣微粉与水泥强制混合，经制浆、制泡、混泡、浇注成型、低温蒸氧、常温养护等工序，制备成泡沫混凝土砌块或保温材料。本发明消除了游离的氧化钙和氧化镁对泡沫混凝土质量的负面影响，提高了泡末混凝土制品的最终强度；通过与水泥的水化产物共同作用，将微量有害重金属固化，使尾渣制品对环境不产生二次污染；本发明炉渣添加比例高，可实现垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用和规模化处理，工艺简单，产品成本低，具有良好的经济效益与环境效益。

Description

一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法

技术领域

本发明涉及属于固体废弃物资源化综合利用领域，尤其涉及一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法。

背景技术

生活垃圾焚烧发电已在我国得到广泛应用，其优点在于：焚烧后使垃圾减容70％以上，可解决目前垃圾填埋土地成本高、无法满足填埋容量要求等问题，垃圾焚烧产生的高温燃气可回收能源并二次利用。焚烧炉渣是垃圾焚烧过程产生的副产品，主要包括炉排上的残留物和从炉排间掉落的颗粒物，其产量约占原生垃圾质量的20％-30％。由于垃圾是社会生活中金属物质的终点，将细粒径炉渣视为选矿原料，采用目前干法或湿法工艺可将其中的金属(如铁、铝、铜、锌、福、铅及金、银)分选出来，这对于降低炉渣的环境影响性、保证金属元素在自然环境中的正常循环流通具有重大意义，也是目前垃圾焚烧尾渣预处理通用的做法。但是，无论是以破碎-磁选-蜗流分选工艺为代表的炉渣干法分选工艺，还是以破碎-磁选-重选浮选工艺为代表的炉渣湿法分选工艺，均存在分选后的剩余尾渣处理问题。多数垃圾焚烧场将分选后的尾渣当作一般固废直接填埋，这不但浪费资源还占用大量土地。因此，如何实现其规模化利用是当前面临的重大难题。

关于垃圾焚烧炉渣的利用，国内有部分研究者进行了研究。发明专利CN1331796A公开了一种利用生活垃圾焚烧炉渣生产砌筑水泥的方法，物理性能均可达到砌筑水泥GB/T3183-2003标准，但是焚烧炉渣的用量不高，小于15％。发明专利CN101386480A公开了一种利用生活垃圾焚烧炉渣生产硅酸盐水泥熟料的方法，在现有新型干法水泥窑炉的基础上对其进行改进，用炉渣替代部分粘土和石灰石来生产硅酸盐水泥熟料，但是焚烧炉渣带入生料中的有害组分(碱、氯等)经过处理后仍然会对熟料煅烧过程造成负面影响。发明专利CN1558030A公开了一种生活垃圾焚烧炉渣制作土建工程结构层的方法，将焚烧炉渣作为集料用于市政道路的路基层或替代土源作为生活垃圾填埋场覆盖材料，炉渣含有的部分重金属极易造成二次污染，对环境存在潜在的影响，而且这些重金属物质以及其中含量不稳定的游离氧化钙与游离氧化镁，从物理化学方面又会影响到道路建筑材料的强度，耐久性差。

目前，我国正处于墙体材料改革时期，泡沫混凝土制品以其轻质、保温(隔热)、节能等优良特性成为可以替代粘土砖的材料之一。绝大多数泡沫混凝土胶凝材料采用的是水泥和粉煤灰为主料来生产，水泥完全水化后砌块制品干缩大，制备成本较高。充分发挥垃圾焚烧尾渣的活性，将垃圾焚烧分选尾渣细粉与水泥混合，再配合外加剂，制备多孔材料泡沫混凝土，这可以为生产高质量低成本泡沫混凝土提供新途径，也充分实现垃圾炉渣分选的尾渣规模化利用，且不易产生二次污染，可谓一举多得。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，提供一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法。

具体方案如下：

一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，包括以下步骤：

细磨：将垃圾焚烧厂炉渣经分选铁、铝、铜、锌、金、银金属后剩余的尾渣进行磨细，利用热烟气进行直接干燥，得到分选尾渣微粉；

混合料制备：将分选尾渣微粉与水泥、早强剂在混合机中进行干式混合；

泡沫制备：用水稀释发泡剂，用发泡机制备泡沫以备用；

水泥浆体制备：将纤维、减水剂和水在搅拌器中分散均匀，加入制备好的混合料，得到水泥浆体；

泡沫浆体制备及成型：将制备好的泡沫加入到水泥浆体中，搅拌，得到泡沫浆体，将其注入模具中成型，泡沫浆体自流平；

低温蒸养：将注有泡沫浆体的模具放置在蒸养箱中，蒸养后降至室温，坯体凝固后将模具拆除；

常温养护：将模具拆除后的胚体放置在常温养护箱静置养护，即可获得泡沫混凝土砌块或保温材料。

其进一步的技术方案是，所述尾渣进行磨细，粒度范围为比表面积400-700cm²/g；

任选的，分选尾渣微粉含水率≤1％，游离态CaO和MgO的总含量<1％。

其进一步的技术方案是，所述的水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥；

任选的，水泥与分选尾渣微粉的质量比为3:2-19:1；

任选的，所述的早强剂为硅酸钠、硫酸钠、氯化钙、三乙醇胺、甲酸钙、尿素中的一种或一种以上；

任选的，早强剂添加比例为分选尾渣微粉与水泥干基质量总量的1％-3％；

任选的，所述的混合料制备过程中，混合时间为5-10min。

其进一步的技术方案是，所述的发泡剂用水稀释至30-50倍。

其进一步的技术方案是，所述的水泥浆体制备过程中，水灰比为0.35-0.55，搅拌时间为3-10min，搅拌机转速为300-800r/min。

其进一步的技术方案是，所述的减水剂为萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中一种或两种混合；

任选的，减水剂的添加量为分选尾渣微粉与水泥干基质量总量的0.1％-0.2％。

其进一步的技术方案是，所述的纤维为聚丙烯纤维、耐碱玻璃纤维、聚乙烯醇纤维中一种或一种以上；

任选的，纤维的添加量为分选尾渣微粉与水泥干基质量总量的0.5％-1.5％。

其进一步的技术方案是，泡沫添加比例为水泥浆体总质量的5％-15％。

其进一步的技术方案是，所述的低温蒸养温度为40℃-55℃，湿度≥65％，蒸养8-15个小时；

任选的，低温蒸养结束后按照降温速率≤15℃/h的速度降至室温。

其进一步的技术方案是，所述常温养护温度为20℃-27℃，湿度≥65％，养护时间为8-20天；

任选的，将材料按照要求尺寸提前进行切割后，再放入常温养护箱中养护。

尾渣进行磨细，最优范围为比表面积400-700cm²/g。这是因为比表面积<400cm²/g时不利于尾渣中(f-CaO+f-MgO)消减，也不利于尾渣的水化作用；若比表面积>700cm²/g，对尾渣水化和(f-CaO+f-MgO)消减增强作用不再明显增加且浪费能源。

对磨细后的尾渣粉利用热烟气进行干燥，实现其中游离氧化钙与游离氧化镁稳定化，得到分选尾渣微粉，其含水率≤1％，(f-CaO+f-MgO)含量<1％。

垃圾焚烧尾渣微粉与水泥、早强剂干式混合时间为5-10min，可达到较好的混合效果。

水泥：分选尾渣微粉的比例为3:2-19:1，其中水泥占大部分是为了保证产品的强度，水泥含量越高，产品强度越大。

早强剂为硅酸钠、硫酸钠、氯化钙、三乙醇胺、甲酸钙、尿素中的一种或二种以上任意比例复合，主要是用于提高混凝土的强度，添加比例为水泥与垃圾焚烧尾渣微粉干基质量总量的1-3％，即可达到早强效果。

发泡剂用水稀释为30-50倍，发泡剂为市面上普通发泡混凝土化学发泡剂或物理发泡剂。

水泥浆混合器中的水灰比是0.35-0.55，搅拌3-10min，搅拌机转速>300r/min，得到流动状态良好的水泥浆体，转速过高浪费能源。

有益效果：(1)将垃圾焚烧炉渣分选后的尾渣进行磨细处理并利用热烟气干燥的，利用烟气中CO₂实现焚烧炉渣微粉中游离氧化钙(f-CaO)与游离氧化镁(f-MgO)的稳定，减弱f-CaO与f-MgO的膨胀效应，消除其对泡沫混凝土质量的负面影响。

(2)生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣经磨细后，其火山灰特性得到激发，提高了泡末混凝土制品的最终强度。

(3)利用泡沫混凝土制备过程添加的外加剂调节生活垃圾焚烧炉渣的酸碱度，增强物料之间的附着力，激发生活垃圾焚烧炉渣的内在活性，再通过与水泥的水化产物共同作用，将微量有害重金属固化，使尾渣制品对环境不产生二次污染。

(4)利用生活垃圾焚烧炉渣分选后的尾渣制备泡沫混凝土，炉渣添加比例高，可实现垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用和规模化处理，工艺简单，产品成本低，具有良好的经济效益与环境效益。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种城市生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步阐述。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

图1所示的是一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法的工艺流程图，通过细磨、混合、制浆、制泡、混泡、浇注成型、低温蒸养与成型、常温养护等工序，将生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣制成泡沫混凝土砌块或者保温材料。

实施例1

按如下步骤制备泡沫混凝土砌块：

1)细磨：将垃圾焚烧厂炉渣经分选出铁、铝、铜、锌、金、银等金属后剩余的尾渣进行磨细，粒度为比表面积700cm²/g；对磨细后的尾渣粉利用热烟气进行直接干燥，得到分选尾渣微粉，含水率为1％，游离态CaO和MgO含量<1％。

2)混合料制备：将分选尾渣微粉按比例与水泥、早强剂进行干式混合，混合时间为10min。水泥采用普通硅酸盐水泥；分选尾渣微粉：水泥的比例为3:7；早强剂为硅酸钠与三乙醇胺按1：1复合，添加比例为水泥与分选尾渣微粉干基总量的1％。

3)泡沫制备：将发泡剂用水稀释50倍并轻微搅拌均匀，然后将发泡剂稀释液采用水泥发泡机通过压缩空气方法制备泡沫，发泡剂为双氧水。

4)水泥浆体制备：水灰比0.35，将水、纤维和减水剂搅拌使之分散，加入按比例混合好的混合料，搅拌3min，搅拌机转速300r/min，得到流动状态良好的泡沫浆体。其中，减水剂为聚羧酸系减水剂，添加量为水泥与垃圾焚烧尾渣干基总量的0.2％；纤维为耐碱玻璃纤维，添加量为水泥与垃圾焚烧尾渣干基总量的0.5％。

5)泡沫浆体制备及成型：将制备的泡沫按水泥浆体总质量的5％的比例，加入到水泥浆体中并持续搅拌均匀，然后将泡沫浆体注入模具中成型，泡沫浆体自流平。

6)低温蒸养：连同模具放置在蒸养箱中，温度40℃，湿度≥65％的环境下蒸养8个小时；蒸养后按照15℃/h的降温速率降至室温，坯体凝固成固体后将泡沫混凝土砌块模具拆除。

7)常温养护：模具拆除后放置在常温养护箱(温度20℃，湿度≥65％)静置8天，获得泡沫混凝土砌块。

对所获得的泡沫混凝土砌块进行检测，制作过程中，炉渣添加比例达30％，生产的泡沫混凝土砌块表观密度680kg/m³，强度符合建材行业《JC/T1062-2007泡沫混凝土砌块标准》要求；而且泡沫混凝土重金属极限溶出及表面浸渍溶出极限符合《GB/T14848-93地下水质量标准》，对环境不产生二次污染。

实施例2

按如下步骤制备泡沫混凝土砌块：

1)细磨：将垃圾焚烧厂炉渣经分选出铁、铝、铜、锌、金、银等金属后剩余的尾渣进行磨细，粒度为比表面积400cm²/g；对磨细后的尾渣粉利用热烟气进行直接干燥，得到分选尾渣微粉，含水率为0.5％，游离态CaO和MgO含量<1％。

2)混合料制备：将分选尾渣微粉按比例与水泥、早强剂进行干式混合，混合时间为5min。水泥采用普通硅酸盐水泥；分选尾渣微粉：水泥的比例为4:6；早强剂为氯化钙，添加比例为水泥与分选尾渣微粉干基总量的3％。

3)泡沫制备：将发泡剂用水稀释30倍并轻微搅拌均匀，然后将发泡剂稀释液采用水泥发泡机通过压缩空气方法制备泡沫，发泡剂为羟丙基甲基纤维素醚。

4)水泥浆体制备：水灰比0.55，将水、纤维和减水剂搅拌使之分散，加入按比例混合好的混合料，搅拌10min，搅拌机转速800r/min，得到流动状态良好的泡沫浆体。其中，减水剂为聚羧酸系减水剂，添加量为水泥与垃圾焚烧尾渣干基总量的0.1％；纤维为聚乙烯醇纤维，添加量为水泥与垃圾焚烧尾渣干基总量的1.5％。

5)泡沫浆体制备及成型：将制备的泡沫按水泥浆体总质量的15％的比例，加入到水泥浆体中并持续搅拌均匀，然后将泡沫浆体注入模具中成型，泡沫浆体自流平。

6)低温蒸养：连同模具放置在蒸养箱中，温度55℃，湿度≥65％的环境下蒸养15个小时；蒸养后按照10℃/h的降温速率降至室温，坯体凝固成固体后将泡沫混凝土砌块模具拆除。

7)常温养护：模具拆除后按尺寸进行切割，然后放置在常温养护箱(温度26℃，湿度≥65％)静置10天，获得泡沫混凝土砌块。

对所获得的泡沫混凝土砌块进行检测，制作过程中，炉渣添加比例达40％，生产的泡沫混凝土砌块表观密度580kg/m³，强度符合建材行业《JC/T1062-2007泡沫混凝土砌块标准》要求；而且泡沫混凝土重金属极限溶出及表面浸渍溶出极限符合《GB/T14848-93地下水质量标准》，对环境不产生二次污染。

实施例3

按如下步骤制备保温材料：

1)细磨：将垃圾焚烧厂炉渣经分选出铁、铝、铜、锌、金、银等金属后剩余的尾渣进行磨细，粒度为比表面积500cm²/g；对磨细后的尾渣粉利用热烟气进行直接干燥，得到分选尾渣微粉，含水率为0.3％，游离态CaO和MgO含量<1％。

2)混合料制备：将分选尾渣微粉按比例与水泥、早强剂进行干式混合，混合时间为7min。水泥采用普通硅酸盐水泥；分选尾渣微粉：水泥的比例为1:19；早强剂为硫酸钠与尿素按1：1复合，添加比例为水泥与分选尾渣微粉干基总量的2％。

3)泡沫制备：将发泡剂用水稀释40倍并轻微搅拌均匀，然后将发泡剂稀释液采用水泥发泡机通过压缩空气方法制备泡沫，发泡剂为茶皂素。

4)水泥浆体制备：水灰比0.45，将水、纤维和减水剂搅拌使之分散，加入按比例混合好的混合料，搅拌7min，搅拌机转速500r/min，得到流动状态良好的泡沫浆体。其中，减水剂为聚羧酸系减水剂，添加量为水泥与垃圾焚烧尾渣干基总量的0.15％；纤维为聚丙烯纤维，添加量为水泥与垃圾焚烧尾渣干基总量的1％。

5)泡沫浆体制备及成型：将制备的泡沫按水泥浆体总质量的10％的比例，加入到水泥浆体中并持续搅拌均匀，然后将泡沫浆体注入模具中成型，泡沫浆体自流平。

6)低温蒸养：连同模具放置在蒸养箱中，温度50℃，湿度≥65％的环境下蒸养12个小时；蒸养后按照5℃/h的降温速率降至室温，坯体凝固成固体后将模具拆除。

7)常温养护：模具拆除后放置在常温养护箱(温度27℃，湿度≥65％)静置20天，获得保温材料。

对所获得的保温材料进行检测，其抗压强度0.4MPa，导热系数为0.05w/(m.K)，防火性能为A级不燃，性能满足《民用建筑外保温***及外墙装饰防火暂行规定》的要求，用于墙体保温防火隔离带。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，其特征在于：包括以下步骤：

泡沫制备：用水稀释发泡剂，用发泡机制备泡沫以备用；

2.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，其特征在于：所述尾渣进行磨细，粒度范围为比表面积400-700cm²/g；

3.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，其特征在于：所述的水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥；

任选的，水泥与分选尾渣微粉的质量比为3:2-19:1；

任选的，所述的混合料制备过程中，混合时间为5-10min。

4.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，其特征在于：所述的发泡剂用水稀释至30-50倍。

5.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，其特征在于：所述的水泥浆体制备过程中，水灰比为0.35-0.55，搅拌时间为3-10min，搅拌机转速为300-800r/min。

6.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，其特征在于：所述的减水剂为萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中一种或两种混合；

任选的，所述的减水剂的添加量为分选尾渣微粉与水泥干基质量总量的0.1％-0.2％。

7.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，其特征在于：所述的纤维为聚丙烯纤维、耐碱玻璃纤维、聚乙烯醇纤维中一种或一种以上；

任选的，所述的纤维的添加量为分选尾渣微粉与水泥干基质量总量的0.5％-1.5％。

8.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，其特征在于：所述的泡沫添加比例为水泥浆体总质量的5％-15％。

9.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，其特征在于：所述的低温蒸养温度为40℃-55℃，湿度≥65％，蒸养8-15个小时；任选的，低温蒸养结束后按照降温速率≤15℃/h的速度降至室温。

10.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧炉渣分选尾渣的资源化利用方法，其特征在于：所述常温养护温度为20℃-27℃，湿度≥65％，养护时间为8-20天；任选的，将材料按照要求尺寸提前进行切割后，再放入常温养护箱中养护。