CN112876188A - 一种磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法及应用 - Google Patents

一种磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法，其特征在于：所用原材料为磷石膏、垃圾焚烧飞灰和添加剂，所述添加剂为伊利石、绿沸石粉、白云母、蒙脱石、高岭土、海泡石、三氧化二铁中的至少一种与凹凸棒粉的混合。本发明以“废”治“废”，达到飞灰和磷石膏的减量化、无害化、以及资源化处理。既是对飞灰的处理提供了一种新的途径，又是一种新型绿色建材填料。符合我国绿色发展的政策号召，是一种经济节约型，环境友好型的环保新技术。

Description

一种磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法及应用
技术领域
本发明涉及固废处理技术领域，具体涉及一种磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法及应用。
背景技术
随着我国城镇化的快速发展和人民生活水平的日益提高，城镇生活垃圾产量随之迅速增长。生活垃圾的处理问题备受关注。焚烧是实现固体废物减量化、无害化和资源化的有效方法，主要适合于不宜循环利用或无法安全填埋的危险废物处理。但在生活垃圾焚烧过程中产生了危险废物飞灰。
飞灰中含有苯并芘、苯并蒽、二噁英等有机污染物和Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni等金属，是高度危险的固体废物。我国目前对飞灰的主要技术处理手段为固化填埋，但随着我国对环境保护标准的提高，现有的处理技术并不能满足国家的政策要求。我国每年飞灰产生量将高达1000万吨。飞灰数量如此之大，目前的处理技术利用率又很低，飞灰的处理问题亟待解决。
目前飞灰主要的处理方法有以下三种：(1)常温固化法(2)水温固化法(3)高温固化法。填埋是飞灰处置的一种传统手段，而伴随着近年来科学技术的高速发展，资源化已然成为飞灰处置的新方式。然而不论是以飞灰填埋还是资源化利用来处理飞灰，处置前均需对飞灰进行适当的预处理。目前飞灰的预处理技术主要包括水洗、固化/稳定化、高温烧结、高温熔融、低温热解等。具体操作如下：
(1)固化/稳定化-填埋技术是指将飞灰中有毒有害组分包容覆盖起来，或者使其呈现化学惰性，然后进入填埋场进行填埋；
(2)水泥窑协同处置技术是将飞灰进行水洗处理(氯盐去除)后作为水泥原料，通过水泥窑高温烧成彻底分解二恶英，将重金属固化稳定化在水泥熟料中，而水洗废水通过处理后全部回用。高温烧结制陶粒技术是将飞灰或与工业固体废物或粘土等原料的混合物，加入助熔剂、粘结剂等添加剂后，加热至飞灰的熔点，形成可作为陶粒使用的轻质致密固体；
(3)等离子体熔融技术是将飞灰或与固体废物等原料的混合物，加入添加剂后，利用等离子炬产生的热源，加热飞灰完全熔融后，冷却形成致密玻璃体；
(4)低温热解技术是指在低温条件下将飞灰中二恶英类去除后作为替代原料用于建材产品生产。这些新技术为高效处理飞灰提供了新的思路，比如等离子体技术：等离子体熔融作为飞灰高温熔融的一种重要方式近年来已进行了中等规模试验，又比如低温热解技术。
相对于现存的所有飞灰处置技术而言,水泥固化已经相对成熟,且成本较低，但是除去重金属的稳定性不佳，还有待改进才能大面积推广。与水泥固化正好相反的是，超临界流体萃取、浸提法技术可回收飞灰中的大部分重金属，但是其他物质处置效果不佳且对工艺要求过高，操作难度大。烧结、熔融处理飞灰之后无害化程度高,但是成本高。机械力化学方法处理飞灰正在大力研究发展,具有极大潜力。纳米改性飞灰虽然目前研究尚少,但是也可以增加飞灰活性、是提供飞灰资源化提供一个新的思路。
磷石膏是磷化工产业重要的副产物，有数据表明每生产1t磷酸就会产生5t磷石膏。磷石膏除了数量巨大，利用率低，同时还会造成严重的环境污染。
磷石膏中含量高达90％以上的二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)，是一种重要的可再生资源，但磷石膏中的磷和氟等有机物阻碍了磷石膏的二次利用，我国对磷石膏的利用率只有10％，使得磷石膏被大量的堆置处理，既占用大量的土地，又污染环境。磷石膏作为建筑材料有很多的优点，但其中含有的重金属物质一旦流入环境中具有持久性和稳定性，造成的环境富集将很难被去除。并且磷石膏进入水体会造成严重的水体富营养化，对水体和水中动植物都将是很大的威胁。
磷石膏的利用途径主要集中在充填采矿领域，建材领域可用生产建筑石膏粉料等建筑材料，农业领域中主要用作土壤改良剂等利用现状。但是目前磷石膏的利用率很低。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法。第二目的在于提供利用该种固化方法得到的材料作为建筑材料的应用。以“废”治“废”，达到飞灰和磷石膏的减量化、无害化、以及资源化处理。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法，其特征在于：所用原材料为磷石膏、垃圾焚烧飞灰和添加剂，所述添加剂为伊利石粉、绿沸石粉、白云母粉、蒙脱石粉、高岭土粉、海泡石粉、三氧化二铁中的至少一种与凹凸棒粉的混合。
伊利石粉，伊利石色白，具有光滑、明亮、细腻、耐热等优越的物理性能，能够吸附重金属和有毒气体。
绿沸石粉可以去除水体中的氨氮，净化水质，沸石表面粗糙和具有的多孔结构，有很强的携载能力。
天然白云母化学成分为KAl2(AlSi3O10)(OH)2，具有很高的电绝缘性，耐热性、隔热性和良好的机械性，能抗酸、抗碱、抗压。经过加工的白云母粉末具有较强的附着力。
蒙脱石粉具有很强的吸附力及阳离子交换性能。具有膨胀性，吸收水分后体积膨胀至原体积的几倍。
活性高岭土纯度高的高岭土色白，质感细腻，有很好的耐火性和可塑性。可以从周围介质中吸附各种离子及杂质，并且在溶液中具较弱的离子交换性质，在水中具有悬浮性，不溶于水。
三氧化二铁在空间中具有一定稳定性，纳米级三氧化铁对铬离子具有吸附性，其吸附时间短，吸附效率高。
海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁，具有较大的比表面积，有很强的吸附能力，耐高温，可以增稠。凹凸棒粉。拥有三维空间链式结构，以及棒、针状晶体结构，这样的结构使它具有较强的胶体和吸附性能，同时还具有增稠性。
上述方案中：所述磷石膏与垃圾焚烧飞灰的质量比为2-4:1。重金属浸出最低，固化效果好。
上述方案中：所述凹凸棒粉的添加量与垃圾焚烧飞灰的质量比为3-4:10。
上述方案中：所述添加剂中含有伊利石粉、绿沸石粉、白云母粉、蒙脱石粉、高岭土粉、海泡石粉、三氧化二铁中的至少两种。
上述方案中：所述伊利石粉、绿沸石粉、白云母粉、蒙脱石粉、高岭土粉、海泡石粉、三氧化二铁的添加量与垃圾焚烧飞灰的质量比依次为2-3:10、1-2:10、1-3:10、1-4:10、1-5:10、1-3:10、2-3:10。
上述方案中：按照如下步骤处理：
(1)将磷石膏与垃圾焚烧飞灰混合均匀，然后充分研磨混合；
(2)加水，搅拌，并加入添加剂制成胶浆；
(3)将胶浆加入模具中，静置养护。
所述磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法得到的材料作为建筑材料的应用。
有益效果：本发明选用磷石膏固化处理飞灰，利用磷石膏对飞灰中的有害物质(如Cr)进行固化，再加入活性吸附调理剂对飞灰的有毒有害物质的固化进行巩固加强。处理后的产物可以作为一种新型填料，运用到建材行业中。本发明以“废”治“废”，达到飞灰和磷石膏的减量化、无害化、以及资源化处理。既是对飞灰的处理提供了一种新的途径，又是一种新型绿色建材填料。符合我国绿色发展的政策号召，是一种经济节约型，环境友好型的环保新技术。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
飞灰为垃圾焚烧后产生的飞灰，是高危有毒废弃物，其主要成分参见表1：
表1飞灰主要成分
Figure BDA0002924114060000041
磷石膏
磷石膏的感官颜色为灰白色或灰黑色细粉状固体，主要成分为CaSO4·2H2O，质量分数在80％以上，为酸性物质(pH1.5～4.5)，含水率在20％～25％，拥有多种晶体结构(针状、板状、密实、多晶核)，具有一定的胶凝性。
实施例1
以磷石膏与飞灰为原料的初步试验
磷石膏与模拟飞灰的比例为1:1，1.5:1,2:1,3:1,4：1，称取10克飞灰，按照比例称取磷石膏10克、15克、20克、30克、40克。
表2各组材料用量及编号(单位：g)
Figure BDA0002924114060000042
将磷石膏与垃圾焚烧飞灰混合均匀，然后充分研磨混合过100目筛，加水料水比为1：2，搅拌，制成胶浆。将胶浆加入模具中(在制模过程中胶浆倒入模具后，进行震动10s，将内部气泡赶出，用钢尺将表面锯平，静置)，静置养护，养护时间7天，。然后根据GB/T30810-2014水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法进行浸出检测。
将磷石膏和飞灰按照不同比例混合，通过浸泡其混合体，来测量不同比例与不同时间下铬含量的变化，从而计算出铬的浸出率，从而推算出磷石膏与飞灰混合的最佳比例，即磷石膏的包裹效果好坏。
将比例为0.5:1、1:1、1.5:1、2:1、3:1、4:1的磷石膏与飞灰混合样养护后浸泡到500mL水中，每隔两天测一次不同比例下的经过过滤的混合溶液吸光度，再根据标准曲线计算出铬含量。实验中，测量到比例为0.5:1、1:1的磷石膏与飞灰混合样吸光度过大，超出了标准曲线的吸光度，故铬含量过高，磷石膏包裹效果差。比例为2:1、3:1、4:1的磷石膏与飞灰混合样浸泡后得到的实验数据如表3
表3重金属浸出浓度时间表
Figure BDA0002924114060000051
根据实验数据可以看出，比例为2:1、3:1、4:1的磷石膏与飞灰混合样浸泡后都能有效减少重金属的浸出率，其中，4:1的磷石膏与飞灰效果最好。
实施例2-8加入添加剂的磷石膏与飞灰试验
磷石膏与灰飞按照4：1的比例添加，然后按照表4添加添加剂
表4添加剂的比例表(单位：g)
Figure BDA0002924114060000052
将磷石膏与垃圾焚烧飞灰混合均匀，然后充分研磨混合，过100目筛，加水，料水比为1：2，搅拌30-60s，加入添加剂(添加剂在加入之前需进行研磨混合)，继续搅拌混合均匀制成胶浆。将胶浆加入模具中(在制模过程中胶浆倒入模具后，进行震动10s，将内部气泡赶出，用钢尺将表面锯平，静置)，静置养护，养护时间7天，。然后根据GB/T30810-2014水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法进行浸出检测。
实验结果如表5所示：
表5重金属浸出浓度时间表
Figure BDA0002924114060000061
从表5可以看出，第一天时实施例5配方得出的数值最低，随着添加剂的使用，重金属的浸出值有明显减小的趋势。在后期的实验监测中发现实例6的浸出数值最小，对重金属的包裹性效果最好。
实施例9-10加入添加剂的磷石膏与飞灰试验
磷石膏与灰飞按照2:1和3：1的比例添加，然后按照表6添加添加剂
表6添加剂的比例表(单位：g)
Figure BDA0002924114060000062
将磷石膏与垃圾焚烧飞灰混合均匀，然后充分研磨混合，过100目筛，，加水，料水比为1：2，搅拌30s～60s，加入添加剂(添加剂在加入之前需进行研磨混合)，继续搅拌混合均匀制成胶浆。将胶浆加入模具中(在制模过程中胶浆倒入模具后，进行震动10s，将内部气泡赶出，用钢尺将表面锯平，静置)，静置养护7天。然后根据GB/T 30810-2014水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法进行浸出检测。
实验结果如表7所示：
表7重金属浸出浓度时间表
Figure BDA0002924114060000063
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法，其特征在于：所用原材料为磷石膏、垃圾焚烧飞灰和添加剂，所述添加剂为伊利石粉、绿沸石粉、白云母粉、蒙脱石粉、高岭土粉、海泡石粉、三氧化二铁中的至少一种与凹凸棒粉的混合。
2.根据权利要求1所述磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法，其特征在于：所述磷石膏与垃圾焚烧飞灰的质量比为2-4:1。
3.根据权利要求1或2所述磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法，其特征在于：所述凹凸棒粉的添加量与垃圾焚烧飞灰的质量比为3-4:10。
4.根据权利要求3所述磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法，其特征在于：所述添加剂中含有伊利石粉、绿沸石粉、白云母粉、蒙脱石粉、高岭土粉、海泡石粉、三氧化二铁中的至少两种。
5.根据权利要求4所述磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法，其特征在于：所述伊利石粉、绿沸石粉、白云母粉、蒙脱石粉、高岭土粉、海泡石粉、三氧化二铁的添加量与垃圾焚烧飞灰的质量比依次为2-3:10、1-2:10、1-3:10、1-4:10、1-5:10、1-3:10、2-3:10。
6.根据权利要求5所述磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法，其特征在于，按照如下步骤处理：
(1)将磷石膏与垃圾焚烧飞灰混合均匀，然后充分研磨混合；
(2)加水，搅拌，并加入添加剂制成胶浆；
(3)将胶浆加入模具中，静置养护。
7.权利要求1-6所述磷石膏和垃圾焚烧飞灰协同固化方法得到的材料作为建筑材料的应用。
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Application publication date: 20210601

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