CN107739219A - 一种以生活垃圾燃烧飞灰制备钾肥原料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以生活垃圾燃烧飞灰制备钾肥原料的方法，属于有害固体废弃物利用技术领域。该方法通过酸解和PH调节的酸解沉淀方法在生活垃圾燃烧飞灰中得到含有K和Cl离子的溶液，并络合去除重金属，再将该溶液进行干燥得到钾肥原料。本发明以生活垃圾燃烧飞灰的主要提取物K和Cl制备钾肥，其化学组成主要为KCl，其中KCl含量为80％‑90％，NaCl含量不超过20％，重金属含量满足排放标准。与传统方法相比，本发明制备的钾肥原料具有较好的溶解能力，而且所用的K、Cl元素均来自生活垃圾燃烧飞灰，从而克服了现有技术单纯依赖一次资源的局限，在降低制备成本的同时，也为生活垃圾燃烧飞灰资源化和无害化利用提供新途径。

Description

一种以生活垃圾燃烧飞灰制备钾肥原料的方法
技术领域
本发明属于有害固体废弃物利用技术领域，具体涉及一种以生活垃圾燃烧飞灰为主要原料制备钾肥原料的方法。
背景技术
我国是一个农业大国，钾肥是农业生产中不可或缺的肥料，钾在增强作物抗旱能力方面的作用很大。当钾元素供应充分时，植物细胞壁增厚、茎秆坚韧、抗寄生菌穿透的机械阻力增加，阻止了病害的发展，故钾在增强作物抗病害方面的作用是很明显的。在我国一些偏施氮肥导致病害严重的地区，配施钾肥后病害大为减轻，故有“钾肥似农药”的说法。此外，钾元素还能增强作物的抗虫害、抗冻害和抗不良土壤环境的能力，从而提高作物的产量和品质。但是我国是一个钾盐资源严重匮乏的国家，国内生产十分有限，钾肥长期依赖国际进口，且我国的钾肥生产集中度较高，主要以盐湖卤水钾盐资源的形式，自给率不足，钾肥缺口较大。故此寻求一种新的钾肥资源，将对我国农业发展以及缓解钾肥资源的短缺有着重要意义。
目前，另外一个严重的问题是生活垃圾的排放量日益增长，目前世界各国城市垃圾的处理方式主要是填埋或焚烧。垃圾焚烧在我国发展已有30年，技术水平不断提升，当初以进口设备为主的小型焚烧厂，如今已发展成为大规模、高标准的焚烧发电厂。数据显示，截至2016年，全国建成运行的垃圾焚烧发电厂近300座，是2006年的5倍，如今垃圾焚烧处理比例占垃圾清运量的35％。然而垃圾燃烧过程中产生大量的飞灰且其成分比较复杂，其中高钾飞灰中含有较高的钾元素和氯元素，根据其化学成分以及常见飞灰的特性，可以初步判断飞灰的主要物相为KCl、NaCl、CaCl2/CaSO4、ZnS/ZnO、Fe2O3、PbS/PbO、CuO，以及铝硅酸盐等，特别是重金属,飞灰中含有,易飞散,挥发性元素如Cl、Pb、Cd、Zn、Sb、Se化合物及单体富集物，若未经处理直接排放，将会污染土壤和地下水，对环境造成严重危害。而且《危险废物污染防治技术政策》规定生活垃圾焚烧飞灰不得在产生地长期储存，不得进行简易处理，不得排放。
因此，针对目前我国钾肥资源紧缺以及垃圾燃烧飞灰重金属污染较为严重的双重难题，从“变废为宝”的角度出发，应用生活垃圾燃烧飞灰中含有较高有价金属钾的特性，制备钾肥原料，把这种生活垃圾燃烧飞灰应用到制备钾肥原料方面的研究还未见报到。而且，生活垃圾燃烧飞灰具备制备钾肥原料的基础。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种以生活垃圾燃烧飞灰为主要原料制备钾肥原料的方法，以期克服制备钾肥的原料来源于一次矿产资源的局限，为生活垃圾燃烧飞灰资源化和无害化利用提供新途径。
为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明提供了一种以生活垃圾燃烧飞灰制备钾肥原料的方法，该方法具体步骤如下：
(1)取100g垃圾燃烧飞灰，成分见表1，置于1000毫升烧杯中，加入去离子水到1000毫升进行溶解，搅拌1～2小时，根据表1.中Ca2+，Pb2+的百分含量转化为摩尔量共为0.5092mol，从而确定添加硫酸的摩尔量为0.5092mol，调节PH值至2～4，加热使溶液温度升高至60～100℃，并搅拌反应0.5～2小时，使溶液中的Ca离子以CaSO4沉淀的形式析出，溶液中的Pb离子以PbSO4沉淀的形式析出，并抽滤除去溶液中的CaSO4和PbSO4沉淀。
(2)对步骤(1)的滤液进行PH测试，在滤液中滴加氨水，调节PH值至5～7，反应0.5～2小时。
(3)将步骤(2)反应后的滤液加去离子水到1000毫升，由表1.中Zn2+，Pb2+,Cu2+和Cd2+的离子摩尔总量为0.031mol，根据反应方程：Zn2++S2-＝ZnS，Pb2++S2-＝PbS，Cu2++S2-＝CuS和Cd2++S2-＝CdS，确定溶液中加入0.02～0.04mol的Na2S重金属络合剂，搅拌静置1～3小时，等沉淀充分后，再次抽滤去除垃圾飞灰中的重金属，最后对溶液进行蒸发干燥得到钾肥原料。
作为一种优化，所述步骤(1)中：加硫酸调节PH值至1，加热使溶液升高到90℃，反应2h；所述步骤(2)中：将溶液PH调制7，反应1小时；所述
步骤(3)中：重金属络合剂Na2S的添加量为0.031mol，静置沉淀3小时。
上述硫酸溶液和Na2S均为分析纯试剂，上述垃圾燃烧飞灰是生活垃圾焚烧发电厂的除尘灰。
本发明以生活垃圾燃烧飞灰为主要原料制备钾肥的方法，其技术关键是通过酸解沉淀的方法除去Ca2+，Pb2+，其化学反应原理为：Ca2++SO4 2-＝CaSO4和Pb2++SO4 2-＝PbSO4。垃圾燃烧飞灰中K和Cl以离子形式存在于溶液中，作为制备钾肥的元素源，最后采用Na2S络合的方法去除重金属，其化学反应原理为：Zn2++S2-＝ZnS，Pb2++S2-＝PbS，Cu2++S2-＝CuS和Cd2++S2-＝CdS。该方法的特征是以生活垃圾燃烧飞灰的主要提取物K和Cl制备钾肥，其化学组成主要为KCl，其中KCl含量为80％-90％，NaCl含量不超过20％，重金属含量满足排放标准，其余微量组分为制备过程中尘泥中混入的微量元素，对钾肥不产生明显影响。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、突破传统使用一次资源制备钾肥的理念，而以生活垃圾燃烧飞灰为研究对象，利用垃圾燃烧飞灰中主要组分K和Cl元素，采用酸解共沉淀法，制备得到钾肥原料，从而克服了制备钾肥的原料单纯依赖一次资源的局限，在降低制备钾肥成本的同时，为垃圾燃烧飞灰的资源化和无害化处理提供了新途径；
2、与传统使用一次资源制备钾肥的质量相比，本发明所述新方法制备的钾肥原料有较好的可溶性和较高的钾元素含量，可满足农业钾肥的标准要求。
附图说明
图1为本发明实施例2制备的钾肥原料的XRD图谱；
由图1可见，钾肥原料主要成分是KCl主要以分子形式存在，此次含有少量NaCl，其它杂质组分较少。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明，但实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
(1)取100g生活垃圾燃烧飞灰，成分见表1，置于1000毫升烧杯中，加入去离子水到1000毫升进行溶解，搅拌1小时，根据表1.中Ca2+，Pb2+的百分含量转化为摩尔量共为0.5092mol，从而确定添加硫酸的摩尔量为0.5092mol，调节PH值至2，加热使溶液温度升高到60℃，并搅拌反应0.5小时，使溶液中的Ca和Pb离子，并抽滤除去溶液中的CaSO4和PbSO4，之后在滤液中滴加氨水，调节PH值至5，反应0.5小时，并把滤液加去离子水到1000毫升，在溶液中加入0.02mol的Na2S重金属络合剂，搅拌静置1小时，等沉淀充分后，再次抽滤去除垃圾飞灰中的重金属，最后对溶液进行蒸发干燥得到钾肥原料，准确称量其重量，装袋备用。
实施例2
(1)取100g生活垃圾燃烧飞灰，成分见表1，置于1000毫升烧杯中，加入去离子水到1000毫升进行溶解，搅拌1.5小时，根据表1.中Ca2+，Pb2+的百分含量转化为摩尔量共为0.5092mol，从而确定添加硫酸的摩尔量为0.5092mol，调节PH值至3，加热使溶液温度升高到80℃，并搅拌反应1小时，使溶液中的Ca和Pb离子，并抽滤除去溶液中的CaSO4和PbSO4，之后在滤液中滴加氨水，调节PH值至6，反应1小时，并把滤液加去离子水到1000毫升，在溶液中加入0.03mol的Na2S重金属络合剂，搅拌静置2小时，等沉淀充分后，再次抽滤去除垃圾燃烧飞灰中的重金属，最后对溶液进行蒸发干燥得到钾肥原料，准确称量其重量，装袋备用。
实施例3
(1)取100g生活垃圾燃烧飞灰，成分见表1，置于1000毫升烧杯中，加入去离子水到1000毫升进行溶解，搅拌2小时，根据表1.中Ca2+，Pb2+的百分含量转化为摩尔量共为0.5092mol，从而确定添加硫酸的摩尔量为0.5092mol，调节PH值至4，加热使溶液温度升高到100℃，并搅拌反应2小时，使溶液中的Ca和Pb离子，并抽滤除去溶液中的CaSO4和PbSO4，之后在滤液中滴加氨水，调节PH值至7，反应2小时，并把滤液加去离子水到1000毫升，在溶液中加入0.04mol的Na2S重金属络合剂，搅拌静置3小时，等沉淀充分后，再次抽滤去除垃圾飞灰中的重金属，最后对溶液进行蒸发干燥得到钾肥原料，准确称量其重量，装袋备用。
表1生活垃圾燃烧飞灰化学成分分析(wt％)
成分 Cl Ca K Na S Si Zn Fe Al Mg Pb Cu Cd 其它
含量 29.68 20.28 9.66 7.08 2.42 2.40 1.69 1.25 0.85 0.67 0.46 0.16 0.04 23.36

Claims (3)

1.一种以生活垃圾燃烧飞灰制备钾肥原料的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
(1)取100g垃圾燃烧飞灰，于1000毫升烧杯中，加入去离子水到1000毫升进行溶解，搅拌1～2小时，添加0.5092mol硫酸，调节PH值至2～4，加热使溶液温度升高至60～100℃，并搅拌反应0.5～2小时，使溶液中的Ca离子以CaSO4沉淀的形式析出，溶液中的Pb离子以PbSO4沉淀的形式析出，并抽滤除去溶液中的CaSO4和PbSO4沉淀；
(2)对步骤(1)的滤液进行PH测试，在其中滴加氨水，调节PH值至5～7，反应0.5～2小时；
(3)将步骤(2)反应后的滤液加去离子水至1000毫升，再向其中加入0.02～0.04mol的Na2S重金属络合剂，搅拌静置1～3小时后抽滤去除沉淀，最后对溶液进行蒸发干燥得到钾肥原料。
2.如权利要求1所述的以生活垃圾燃烧飞灰制备钾肥原料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中：加硫酸调节PH值至1，加热使溶液温度升高到90℃，反应2h；所述步骤(2)中：将溶液PH值调节至7，反应1小时；所述步骤(3)中：重金属络合剂Na2S的添加量为0.03mol，搅拌静置3小时。
3.如权利要求1或2所述的以生活垃圾燃烧飞灰制备钾肥原料的方法，其特征在于，所述生活垃圾燃烧飞灰是生活垃圾焚烧发电厂的除尘灰。
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