CN107337834B - 一种垃圾焚烧飞灰填充母料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰填充母料，包括以下原料：垃圾焚烧飞灰、磷酸盐络合剂、埃洛石纳米管、硬脂酸、硅油、聚乙烯和润滑剂。经络合、吸附、改性和造粒工艺制备得到垃圾焚烧飞灰填充母料，该垃圾焚烧飞灰填充母料可以用作地下管道、压滤机板、垃圾袋等塑料制品的填充母料，改善塑料制品的耐磨性、耐折性和耐热性，而且还可以实现焚烧飞灰的无害化和资源化的环保利用。本发明垃圾焚烧飞灰填充母料制备工艺过程无废水、废气产生，工艺流程简单，能耗低，易于实现产业化。

Description

一种垃圾焚烧飞灰填充母料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及填充母料生产技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰填充母料及其制备方法和应用。
背景技术
垃圾集中焚烧是实现垃圾的资源化、减量化和回收热量用于发电的重要途径，而垃圾焚烧过程中产生的垃圾焚烧飞灰一种含有致病性成分如二噁英、重金属如Pb、Cr、Cu和Cd等的危险固体废弃物，若不能有效安全处理，垃圾焚烧飞灰会侵占土地、污染土壤和水体，带来巨大的环境压力和人体危害。因此寻找垃圾焚烧飞灰稳定化和资源化处理技术至关重要。
目前，垃圾焚烧飞灰的处理方式有地下填埋、稳定化和资源化利用等等。由于垃圾焚烧飞灰中成分复杂、有害物质较多，地下填埋方式处理不当会造成土壤和地下水的污染。对垃圾焚烧飞灰中的重金属稳定化处理并实现飞灰的资源化利用是近年来研究的新思路，垃圾焚烧飞灰的稳定化和资源化利用可以制备烧结砖、轻质填料和水泥等等，但这些垃圾焚烧飞灰的利用大多需要1000℃以上高温热处理，存在耗能大和生产设备要求高的不足，见以下参考文献：
①中国发明专利名称为“生活垃圾焚烧飞灰水洗后制成的飞灰烧结砖及其制备方法”，申请号为：201010206551.5，该专利公开了一种采用25～35％的水洗垃圾焚烧飞灰、45～70％的粘土和5～20％的长石为原料，经过粉碎、陈化、成型、干燥等步骤，然后在1000～1100℃烧结制得飞灰烧结砖。该发明需要经过1000℃以上的高温烧结过程，耗能较大、不利于节能减排。
②中国发明专利名称为“一种垃圾焚烧飞灰制备超轻填料的工艺”，申请号为：201610530312.2，该专利公开了一种采用垃圾焚烧飞灰作原料，页岩或粉煤灰作辅料，木屑、秸秆或稻壳作为造孔剂，掺加少量的复合重金属稳定剂，经过搅拌、水浴反应、造粒、干燥后，在1100～1200℃箱式电炉中烧结制成重金属浸出率小的超轻填料。该发明需要经过1100℃以上的高温烧结过程，耗能较大、对设备要求高，成本高且不利于节能减排和实际应用。
填充母料一般指由载体树脂、填料和各种助剂组成，可用作吹塑制品、注塑制品、塑料薄膜、编织袋等高分子制品的原料。目前制备填充母料的方法主要是采用天然矿物粉体(如碳酸钙、高岭土和滑石粉等)与高分子PE或PP混合、挤出，见以下参考文献：③中国发明专利名称为“一种高性能高填充碳酸钙母料及其制备方法”，申请号为：201510548892.3；④中国发明专利名称为“聚丙烯-凹凸棒土填充母料的湿法制备方法”，申请号为：201610571912.3。由于天然矿物粉体为非可再生资源，大量开采还容易造成生态环境的破坏，开发其他填料减少或代替天然矿物粉体具有重要意义。
对比以上处理方法和研究现状，从环境和经济的角度出发，为了减少聚合物填料的成本，可用含有垃圾焚烧飞灰作填料进而制备填充母料，是实现垃圾焚烧飞灰资源化利用的有效途径。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术和研究现状中存在的不足，提供一种以垃圾焚烧飞灰为主要原料的填充母料，垃圾焚烧飞灰经重金属固化、表面改性和造粒处理后，制得填充母料产品粒度均匀、可加工性好。
本发明通过以下技术方案实现：
一种垃圾焚烧飞灰填充母料，包括以下重量份原料：
Figure BDA0001349238880000021
Figure BDA0001349238880000031
所述磷酸盐络合剂为六偏磷酸钠、三偏磷酸钠、Na3PO4和三聚磷酸钠的至少一种，所述磷酸盐络合剂能有效降低污染体系中重金属类污染物的毒性及生物危害性，与重金属形成络合物，生成稳定的重金属矿物盐。
本发明所用埃洛石纳米管的管长为500～1000nm；管内径为15～100nm，加入埃洛石纳米管能提高垃圾焚烧飞灰填充母料的机械性能。
作为优选，所述垃圾焚烧飞灰填充母料，包括以下重量份原料：
Figure BDA0001349238880000032
所述润滑剂为液体石蜡、石蜡和氯化石蜡中的至少一种。
本发明还提供了一种上述垃圾焚烧飞灰填充母料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取垃圾焚烧飞灰、磷酸盐络合剂和埃洛石纳米管，置于高速混合机进行高速混合、粉碎得到混合粉碎料A；
(2)将步骤(1)所得的混合粉碎料A与硬脂酸、硅油置于高速混合机进行高速混合改性，得到改性飞灰粉体B；
(3)将步骤(2)中所得的改性飞灰粉体B与聚乙烯(PE)、润滑剂置于高速混合机进行高速混合，混合均匀后通过挤出造粒，即得到垃圾焚烧飞灰填充母料。
步骤(1)中，高速混合的时间为30～60min，转速为600～800转/分钟，混合粉碎料A的粒径为800～1000目。
步骤(2)中，高速混合改性的时间为30～60min，高速混合改性的温度为120～150℃，转速为600～800转/分钟，改性飞灰粉体B的粒径为500～1000目。
步骤(3)中，高速混合的时间为30～60min，高速混合改性的温度为130～160℃，转速为300～800转/分钟，挤出造粒是在单螺杆挤出机或双螺杆挤出机中进行的，挤出温度为100～160℃。
本发明还提供了一种上述垃圾焚烧飞灰填充母料在制备塑料制品中的应用。在应用时，垃圾焚烧飞灰填充母料的添加量占所述塑料制品原料的20～50％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的垃圾焚烧飞灰填充母料可溶性重金属浸出量低，可实现垃圾焚烧飞灰的环保、资源化利用。
2、本发明的垃圾焚烧飞灰填充母料，可用于各类塑料制品的制备如地下管道、压滤机板、垃圾袋等。
3、与现有技术相比，本发明不需要1000℃高温反应，具有工艺简单、能耗低、设备投资小的优点。
附图说明
图1为本发明垃圾焚烧飞灰填充母料的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
本发明垃圾焚烧飞灰填充母料的制备工艺流程如图1所示。
实施例1
(1)分别称取垃圾焚烧飞灰90份、三聚磷酸钠络合剂5份和埃洛石纳米管30份，将称取的原料在机械高速混合机进行高速混合，高速混合的时间为40min，转速为600转/分钟，粉碎得到800目左右的混合粉碎料A；
(2)将步骤(1)所得的混合粉碎料A与5份硬脂酸、2份硅油在机械高速混合机中进行高速混合、改性，高速混合改性的时间为40min，高速混合改性的温度为120℃，转速为600转/分钟，得到600目左右的改性飞灰粉体B；
(3)将步骤(2)中所得的改性飞灰粉体B与30份PE和3份液体石蜡在机械高速混合机中进行高速混合，高速混合的时间为30min，高速混合改性的温度为130℃，转速为800转/分钟，混合均匀后通过单螺杆挤出造粒，挤出温度为150℃，即得到垃圾焚烧飞灰填充母料。
实施例2
(1)分别称取垃圾焚烧飞灰60份、六偏磷酸钠络合剂1份和埃洛石纳米管10份，将称取的原料在机械高速混合机进行高速混合，高速混合的时间为30min，转速为800转/分钟，粉碎得到900目左右的混合粉碎料A；
(2)将步骤(1)所得的混合粉碎料A与2份硬脂酸、0.2份硅油在机械高速混合机中进行高速混合、改性，高速混合改性的时间为50min，高速混合改性的温度为130℃，转速为600转/分钟，得到800目左右的改性飞灰粉体B；
(3)将步骤(2)中所得的改性飞灰粉体B与8份PE和0.1份固体石蜡在机械高速混合机中进行高速混合，高速混合的时间为50min，高速混合改性的温度为150℃，转速为600转/分钟，混合均匀后通过双螺杆挤出造粒，挤出温度为140℃，即得到垃圾焚烧飞灰填充母料。
实施例3
(1)分别称取垃圾焚烧飞灰40份、三偏磷酸钠络合剂0.3份、三聚磷酸钠络合剂0.3份和埃洛石纳米管5份，将称取的原料在机械高速混合机进行高速混合，高速混合的时间为50min，转速为700转/分钟，粉碎得到1000目左右的混合粉碎料A；
(2)将步骤(1)所得的混合粉碎料A与0.1份硬脂酸、1份硅油在机械高速混合机中进行高速混合、改性，高速混合改性的时间为60min，高速混合改性的温度为140℃，转速为600转/分钟，得到800目左右的改性飞灰粉体B；
(3)将步骤(2)中所得的改性飞灰粉体B与3份PE和6份氯化石蜡在机械高速混合机中进行高速混合，高速混合的时间为60min，高速混合改性的温度为130℃，转速为400转/分钟，混合均匀后通过双螺杆挤出造粒，挤出温度为120℃，即得到垃圾焚烧飞灰填充母料。
实施例4
(1)分别称取垃圾焚烧飞灰80份、Na3PO4 3份和埃洛石纳米管5份，将称取的原料在机械高速混合机进行高速混合，高速混合的时间为60min，转速为800转/分钟，粉碎得到1000目左右的混合粉碎料A；
(2)将步骤(1)所得的混合粉碎料A与3份硬脂酸、3份硅油在机械高速混合机中进行高速混合、改性，高速混合改性的时间为30min，高速混合改性的温度为140℃，转速为700转/分钟，得到700目左右的改性飞灰粉体B；
(3)将步骤(2)中所得的改性飞灰粉体B与20份PE和0.5份氯化石蜡在机械高速混合机中进行高速混合，高速混合的时间为50min，高速混合改性的温度为160℃，转速为500转/分钟，混合均匀后通过双螺杆挤出造粒，挤出温度为160℃，即得到垃圾焚烧飞灰填充母料。
浸出测试实验
重金属浸出实验以《固体废弃物浸出毒性浸出方法——水平震荡法》(HJ557-2009)为基准。具体步骤：称取干基重量为100g的试样，置于2L提取瓶中，加入1L水后盖紧瓶盖，然后垂直固定在水平振荡装置上，在室温下振荡8h后取下提取瓶，静置16h，取浸出液体经微孔滤膜过滤后测试。实验结果如表1所示。
表1实施例样品的检测分析结果
Figure BDA0001349238880000061
Figure BDA0001349238880000071
通过表1中实施例1～4的检测分析结果可知，实施例1～4样品在水溶液中震荡浸出8h、静置16h后，实施例1～4中重金属Cr、Cu、Cd、Pb等浸出率都很低，说明实施例1～4样品都具有良好的对重金属的固化能力。

Claims (6)

1.一种垃圾焚烧飞灰填充母料，其特征在于，包括以下重量份原料：
Figure FDA0002131883130000011
所述磷酸盐络合剂为六偏磷酸钠、三偏磷酸钠、Na3PO4和三聚磷酸钠的至少一种；
所述的垃圾焚烧飞灰填充母料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取垃圾焚烧飞灰、磷酸盐络合剂和埃洛石纳米管，置于高速混合机进行高速混合、粉碎得到混合粉碎料A；
(2)将步骤(1)所得的混合粉碎料A与硬脂酸、硅油置于高速混合机进行高速混合改性，得到改性飞灰粉体B；
(3)将步骤(2)中所得的改性飞灰粉体B与聚乙烯、润滑剂置于高速混合机进行高速混合，混合均匀后通过挤出造粒，即得到垃圾焚烧飞灰填充母料。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰填充母料，其特征在于，步骤(1)中，高速混合的时间为30～60min，转速为600～800转/分钟，混合粉碎料A的粒径为800～1000目。
3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰填充母料，其特征在于，步骤(2)中，高速混合改性的时间为30～60min，高速混合改性的温度为120～150℃，转速为600～800转/分钟，改性飞灰粉体B的粒径为500～1000目。
4.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰填充母料，其特征在于，步骤(3)中，高速混合的时间为30～60min，高速混合改性的温度为130～160℃，转速为300～800转/分钟。
5.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰填充母料，其特征在于，步骤(3)中，挤出造粒是在单螺杆挤出机或双螺杆挤出机中进行的，挤出温度为100～160℃。
6.一种根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰填充母料在制备塑料制品中的应用。
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