CN113387715A - 一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法 - Google Patents

一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法。该飞灰陶粒制备方法的步骤如下：一、将垃圾焚烧得到的飞灰、硅藻土、泥土和复合助熔剂分别烘干并粉碎。二、对飞灰进行水洗。三、将硅藻土与飞灰混合并进行水热反应。四、将步骤三所得的飞灰混合物与泥土、复合助熔剂混合，搓圆造粒并在900℃～1000℃温度下烧结。本发明在对飞灰混合物进行造粒烧结之前，会对掺有硅藻土的飞灰进行水热预处理，这一操作降低了飞灰混合物中氧化钙的含量，从而降低飞灰熔融的温度，使得飞灰陶粒能够在900～1000℃的低温下完成烧结。同时，水热预处理过程将生成含水硅酸钙，其在飞灰陶粒烧结过程中可以生成硅灰石，硅灰石能够提高轻集料陶粒的机械强度。

Description

一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理及处置技术领域，具体而言涉及一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法。
背景技术
随着我国城市化和人民生活水平的不断提高，城市垃圾产生量与日俱增。生活垃圾中存在有害微生物、有机无机污染物和放射性污染物等，垃圾堆放不仅侵占土地资源且垃圾在储存过程中还会发酵产生硫化氢和氨气等臭气，垃圾渗滤液还会对地表水造成污染。当前，我国的垃圾无害化处置方法主要有焚烧、卫生填埋和堆肥三种方式。
垃圾焚烧可以有效地做到固体废物的减量化、无害化，虽然具有对土地资源友好、对大气和地下水的威胁较少等优势，但垃圾在焚烧过程中不可避免产生飞灰，这些飞灰在烟道中富集了二噁英和重金属等有机无机污染物，飞灰的氯盐质量分数约为20％左右，如不进行安全处置将对环境造成二次污染。目前，稳定化和固化是我国最常用的飞灰处理技术，但都需运送至填埋场进行填埋处置。随着现有填埋场库容量的减少以及新建选址困难等难题的凸显，高温熔融已逐渐成为焚烧飞灰的重要处置方法之一，该技术可分解焚烧飞灰中的二噁英，同时熔渣在冷却过程中能形成致密的Si-O三维网状结构，可以充分包裹重金属并固化。
虽然焚烧飞灰高温熔融技术可以有效固化重金属，且其体积仅约为原始焚烧飞灰的1/3，减容效果显著，极大降低了焚烧飞灰固化填埋的库容压力，但是高温熔融的温度需要达到1200℃以上，这对设备和工艺的要求很高，增加了设备的投资成本，且能耗大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，该方法不仅可以有效的去除飞灰中的二噁英和重金属，还能降低飞灰烧结陶粒的熔融温度，降低对烧结设备和工艺的要求，大幅度的节省能耗。
一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，具体步骤如下：
步骤一、将垃圾焚烧得到的飞灰、硅藻土、泥土和复合助熔剂分别烘干并粉碎。
步骤二、对经步骤一处理后的飞灰进行水洗脱盐后烘干。
步骤三、将硅藻土与步骤二处理后的飞灰混合并进行水热反应后烘干，得到飞灰混合物。水热反应过程中，硅藻土与飞灰中的氧化钙反应产生含水硅酸钙。
步骤四、将步骤三所得的飞灰混合物与泥土、复合助熔剂混合，并向所得混合物中加入去离子水后进行搓圆造粒，形成颗粒物，并将其烘干。在900℃～1000℃的条件下对颗粒物进行烧结，得到飞灰陶粒。烧结过程中，颗粒物中的含水硅酸盐转化为硅灰石。
作为优选，步骤四中，颗粒物在900℃～1000℃温度下的烧结时长为15～25min。
作为优选，步骤四中，对颗粒物进行烧结的具体过程如下：将烘干的颗粒物放入马弗炉中升温至350℃，保温20min，再升温至900～1000℃烧结，得到飞灰陶粒。
作为优选，步骤一中，飞灰、硅藻土、泥土和复合助熔剂均在烘箱中加热烘干至恒重；并用粉碎机分别粉碎后过100目筛。
作为优选，步骤二的具体过程如下：将飞灰投加到密封式水洗罐，飞灰在密封式水洗罐中进行多次水洗脱盐处理；水洗脱盐的过程中，飞灰与水的质量比为1:2～1:3。将水洗后的飞灰放到烘箱中加热烘干至恒重。
作为优选，步骤三中硅藻土与飞灰的质量比为1:4～2:3。
作为优选，步骤三中，水热反应的条件如下：固液比为1:4；水热反应温度为160℃；水热反应时长为12h。水热反应产物用去离子水洗涤至中性后烘干，得到飞灰混合物。
作为优选，所述的飞灰、硅藻土、泥土、复合助熔剂用量中，飞灰的质量分数为30-40％，硅藻土的质量分数为10-20％，泥土的质量分数为50-60％，复合助熔剂的质量分数为5％-6％。
作为优选，所述的复合助熔剂包括莹石、Al2O3和MgO；其中，莹石的质量分数为70-80％，Al2O的质量分数为10-20％，MgO的质量分数为5-10％。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比其优势在于：
1、本发明在对飞灰混合物进行造粒烧结之前，会对掺有硅藻土的飞灰进行水热预处理，这一操作降低了飞灰混合物中氧化钙的含量，从而降低飞灰熔融的温度，使得飞灰陶粒能够在900～1000℃的低温下完成烧结。同时，水热预处理过程将生成含水硅酸钙，其在飞灰陶粒烧结过程中可以生成硅灰石，硅灰石能够提高轻集料陶粒的机械强度。
2、本发明以垃圾焚烧飞灰和建筑泥土为主要原料，同时添加硅藻土和复合助熔剂，采用900～1000℃的低温烧结方式为垃圾焚烧飞灰无害化、资源化、减量化处理提供了一种新的解决方法，节省能耗，降低了陶粒的生产成本，实现了资源的再利用。
具体实施方式
以下对本发明进行详细说明。
实施例1
一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，具体步骤如下：
步骤一、将垃圾焚烧得到的飞灰、硅藻土(化学成分以SiO2为主)、建筑泥土和复合助熔剂分别置于105℃的烘箱中，进行加热烘干至恒重；然后用粉碎机分别对垃圾焚烧飞灰、硅藻土、建筑泥土和复合助熔剂进行粉碎，并分别过100目筛，取筛下物进行保存备用。
步骤二、将研磨、过筛处理后的飞灰投加到密封式水洗罐，然后向密封式水洗罐中加水进行水洗搅拌，飞灰在密封式水洗罐中进行多次水洗脱盐处理，飞灰和水的比重为1∶2～3。水洗完成后，将水洗后的飞灰放到105℃的烘箱中加热烘干至恒重。
步骤三、将硅藻土与步骤二处理后的飞灰混合置入反应釜中并加水，固液比为1:4；混合体系在160℃下水热反应12h；待其自然冷却至室温后取出固相的水热反应产物，然后对取出的水热反应产物用去离子水洗涤至中性，并在105℃烘箱中进行加热烘干至恒重，得到飞灰混合物，留样备用。在水热反应的过程中，硅藻土与飞灰中的氧化钙反应，产生含水硅酸钙；由于氧化钙含量的降低，后续烧结飞灰所需的温度能够显著降低，从而达到降低能耗以及提升设备寿命的作用。
步骤四、将水热处理得到的飞灰混合物与建筑泥土、复合助熔剂混合，并向所得混合物中加入少量的去离子水；然后进行搓圆造粒，形成圆形或椭圆形颗粒物，并将其置于105℃的烘箱中进行加热烘干至恒重；将烘干的圆形或椭圆形颗粒物放入马弗炉中升温至350℃，保温20min，再升温至900℃，保温25min后制备得到飞灰陶粒。在飞灰烧结的过程中，步骤三产生的含水硅酸盐能够进一步转化为硅灰石(Ca3Si3O9)其能够显著提高所得的轻集料飞灰陶粒的机械强度。
飞灰、硅藻土、建筑泥土、复合助熔剂用量中，飞灰的质量分数为30-40％，硅藻土的质量分数为10-20％，建筑泥土的质量分数为50-60％，复合助熔剂的质量分数为5％-6％。
复合助熔剂包括莹石、Al2O3和MgO；其中，莹石的质量分数为70-80％，Al2O的质量分数为10-20％，MgO的质量分数为5-10％。
实施例2
本实施例与实施例1区别在于：
步骤四中，将烘干的圆形或椭圆形颗粒物在马弗炉的温度变化情况为：升温至350℃，保温20min，在升温至950℃，保温20min后制备得到飞灰陶粒。
实施例3
本实施例与实施例1区别在于：
步骤四中，将烘干的圆形或椭圆形颗粒物在马弗炉的温度变化情况为：升温至350℃，保温20min，在升温至1000℃，保温15min后制备得到飞灰陶粒。
分别取实施例1至3制得的飞灰陶粒，进行密度、强度和重金属浸出情况测试，具体如表1和2所示。
表1陶粒密度和强度检测
项目名称 实施案例1 实施案例2 实施案例3 轻集料标准
堆积密度 800 800 800 800
筒压强度 4.8 5 5.1 4Mpa
表2陶粒重金属浸出检测
Figure BDA0003173319660000041
Figure BDA0003173319660000051
结合表1和2的实验数据可以得出，采用本发明对生活垃圾焚烧的飞灰进行制陶处理，烧制出的陶粒符合轻集料陶粒的标准，同时陶粒的重金属浸出也符合GB 8978标准。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，其特征在于：步骤一、将垃圾焚烧得到的飞灰、硅藻土、泥土和复合助熔剂分别烘干并粉碎；
步骤二、对经步骤一处理后的飞灰进行水洗脱盐后烘干；
步骤三、将硅藻土与步骤二处理后的飞灰混合并进行水热反应后烘干，得到飞灰混合物；水热反应过程中，硅藻土与飞灰中的氧化钙反应产生含水硅酸钙；
步骤四、将步骤三所得的飞灰混合物与泥土、复合助熔剂混合，并向所得混合物中加入去离子水后进行搓圆造粒，形成颗粒物，并将其烘干；在900℃～1000℃的条件下对颗粒物进行烧结，得到飞灰陶粒；烧结过程中，颗粒物中的含水硅酸盐转化为硅灰石。
2.根据权利要求1所述的一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，其特征在于：步骤四中，颗粒物在900℃～1000℃温度下的烧结时长为15～25min。
3.根据权利要求1或2所述的一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，其特征在于：步骤四中，对颗粒物进行烧结的具体过程如下：将烘干的颗粒物放入马弗炉中升温至350℃，保温20min，再升温至900～1000℃烧结，得到飞灰陶粒。
4.根据权利要求1所述的一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，其特征在于：步骤一中，飞灰、硅藻土、泥土和复合助熔剂均在烘箱中加热烘干至恒重；并用粉碎机分别粉碎后过100目筛。
5.根据权利要求1所述的一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，其特征在于：步骤二的具体过程如下：将飞灰投加到密封式水洗罐，飞灰在密封式水洗罐中进行多次水洗脱盐处理；水洗脱盐的过程中，飞灰与水的质量比为1:2～1:3；将水洗后的飞灰放到烘箱中加热烘干至恒重。
6.根据权利要求1所述的一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，其特征在于：步骤三中硅藻土与飞灰的质量比为1:4～2:3。
7.根据权利要求1所述的一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，其特征在于：步骤三中，水热反应的条件如下：固液比为1:4；水热反应温度为160℃；水热反应时长为12h；水热反应产物用去离子水洗涤至中性后烘干，得到飞灰混合物。
8.根据权利要求1所述的一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，其特征在于：所述的飞灰、硅藻土、泥土、复合助熔剂用量中，飞灰的质量分数为30-40％，硅藻土的质量分数为10-20％，泥土的质量分数为50-60％，复合助熔剂的质量分数为5％-6％。
9.根据权利要求1所述的一种低烧结温度的飞灰陶粒制备方法，其特征在于：所述的复合助熔剂包括莹石、Al2O3和MgO；其中，莹石的质量分数为70-80％，Al2O的质量分数为10-20％，MgO的质量分数为5-10％。
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Denomination of invention: A kind of preparation method of fly ash ceramsite with low sintering temperature

Effective date of registration: 20220829

Granted publication date: 20220503

Pledgee: Bank of Jiangsu Limited by Share Ltd. Hangzhou branch

Pledgor: Hangzhou Huihong Environmental Protection Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2022330001939

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Date of cancellation: 20230720

Granted publication date: 20220503

Pledgee: Bank of Jiangsu Limited by Share Ltd. Hangzhou branch

Pledgor: Hangzhou Huihong Environmental Protection Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2022330001939

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Denomination of invention: A Method for Preparing Fly Ash Ceramsite with Low Sintering Temperature

Effective date of registration: 20230726

Granted publication date: 20220503

Pledgee: Bank of Jiangsu Limited by Share Ltd. Hangzhou branch

Pledgor: Hangzhou Huihong Environmental Protection Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023330001585