CN1160608A - 灰的稳定和再利用方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于稳定和再利用被如重金属等有害物质污染的焚烧炉灰和/或飞灰的方法和装置。该装置(1)包括一用于焚烧炉灰以形成焚烧灰的焚烧炉(4)，焚烧灰被送入酸水贮箱(7a，7b)，在酸水贮箱内使重金属与酸水反应并形成重金属溶液和灰浆。溶液由一重金属溶液焚烧炉(9)焚烧以收集重金属。灰浆由一脱水机(11)脱水而形成低湿灰。然后低湿灰由一烧结炉(14)烧结成烧结体并研磨成颗粒。

Description

灰的稳定和再利用方法和装置

本发明涉及一种从焚烧炉灰、飞灰及类似物中有效地提取重金属以及利用得到的不含重金属的灰浆生产混凝土结构所需的填料的方法和装置。焚烧炉灰是通过燃烧废物产生的，这些废物包括汽车和家用器械的废料，以及诸如各个工厂废弃的胶片、印刷品等其它工业废物，还有污泥、污液、废液、污水、生物废料和宾馆及商业饮食业的湿废弃物。飞灰是由热电厂及类似部门产生的。

随着工业生产和需求增长，包括拆卸工业中汽车和家用器具的废料、来自工厂的胶片、印刷品及其它工业废料、还有污泥、污液、废液、污水、生物废料和宾馆及商业饮食业的湿废弃物的废物量以及热电厂产生的飞灰量增加，因而处理量也增加。

相反，处理和处置设施的性能和能力还没有很大提高。因此，废物量以达到这样的程度以致增长的废物可能会将城市埋葬。

因而废物处理是公众关心的目标。虽然那些造成这些废物的部门缺乏认识可能是造成最近的快速增加的一个原因，但考虑到国民经济发展和生活方便，这个问题就不能不认为是认识问题。

不断努力减少工业废物量是重要的。但是，人们所做的这种努力是有限的。因此，需要废物处置和处理工业来研制高性能的废物处理和处置设施，以便处理不断增加的工业废物，这对它们是迫切需要的。

工业废物可被运到自治体指定的废物处理场，在那里将废物填埋。这只是将废物从源地运到一指定场所，不是处理废物的有力措施。

尤其是，当被如重金属等有害物质污染的废物扔在或埋在土地中时，存在土地污染的潜在环境危险。这种有害废物一般用一专门层覆盖来防止重金属从废物渗出进入土地。但是，这种包覆层可能随时间推移劣化或由于例如地壳运动而破坏。结果，当包覆的重金属渗入土地时会出现另外的问题，对人类健康、动物和植物或环境造成危害。

在这方面，主管机关制定了关于处理和处置这种属于专门控制的工业废物例如那些被重金属污染的废物的法律。主管机关还提倡有害废物的隔离处理并确立了明确的处理要求。这些措施旨在提高收集的废物的处理性能和效率以保护人类和环境。

但是，目前的状况如下：有关工业废物处理的主管机关延期给予公司用来研究和开发改进的废物处理装置的财政资助和帮助。因而废物处理的大部分责任落在作为废物源的公司和工厂身上。

在这种情况下，与制造产品的制造业相比，废物处理业往往被认为是消极事业。而且，与工业领域无数制造厂相反，只有小部分公司关心工业废物处理和处置。只有少数公司在进行废物处置措施的研究和技术工发，而这也受到不同观点的限制。

例如，众所周知，用于废物处理的装置依赖按照不变的传统方法操作的传统焚烧炉。在多数公司和工厂中，单一一只焚烧炉在不同温度下用于未经分隔的不同种类的工业废物。这与适当的废物处理大相径庭。

尤其是，在处理诸如汽车和家用器械废料、胶片、印刷品、工业废物、污泥、污液、废液、污水、生物废料以及宾馆和商业饮食业的湿废弃物等废物时焚化效率极低。而且，由于各种不同的工业废物在同一炉内焚烧，产生的灰可能会被诸如重金属等有害物质污染。虽然在焚烧前将各种废物分隔，但考虑到燃烧的结果，这种分隔毫无意义。因此，这种限制不会产生满意的结果，烧后的灰在被重金属污染的情况下被埋入土地。

最近几年，即使工业废物被在分隔时不能分离的重金属污染，也不经任何处理而焚烧以提高焚烧效率。被重金属污染的灰被封在一个例如没有被填埋的具有高耐久性的高强度混凝土内。或者，在灰被填埋以将其安全处理成低于政府法规规定的重金属洗脱程序前与一重金属螯合剂混合。但是，上述高强度混凝土可能随时间推移而劣化或由于例如地壳运动而损坏。结果，灌封的重金属可能渗入土地。因而这种方法不足以处理有害废物。另一方面，后一种方法利用重金属螯合剂来固定有害化合物。但是，还是存在有有害重金属脱离固定的可能性。在两种方法中，昂贵的重金属被埋入地下不能回收利用，因此这些方法从经济方面考虑都不是很有效的。

为了克服上述难题，本受让人或申请人已提出一日本专利申请(S/N H8-781)，该申请尚未公开，涉及一种稳定焚烧炉灰的方法，包括下列步骤：焚烧一焚烧炉灰，将焚烧后的灰送入一分离机以从灰浆中分离出杂质和铁屑；将分离后的灰浆送至一螯合反应容器中，其中装有作为重金属螯合剂的预定量的表面活性剂和乙二胺四乙酸(EDTA)，并搅拌该混合物一预定时间以使灰浆中含有的重金属或金属由EDTA固定，从而萃取重金属；随后将已固定的重金属送入螯合物分离反应容器，并搅拌一预定时间以将pH调到适当水平；将混合物保持至少一预定时间以从EDTA分离出重金属；随后将螯合物分离反应容器中分离出的重金属溶液送入一重金属溶液排放容器以收集溶液；对从重金属分离的EDTA进行碱处理以将酸性乙二胺四乙酸转变成乙二胺四乙酸四钠盐；溶解乙二胺四乙酸四钠盐，并将溶解的乙二胺四乙酸四钠盐返回螯合剂容器以循环使用。

本申请还涉及包括以下步骤的方法：通过一脱水装置将螯合反应容器内存留的灰浆收集入灰浆块料斗；随后将收集的灰浆送入一搅拌装置；利用搅拌装置将灰浆与一定量的粉末玻璃混合在一起；将混合物送入一熔化炉熔化混合物；将熔化的混合物送入一水冷固化装置以使混合物凝固；将凝固的混合物送入一磨碎装置，以将混合物研磨成预定颗粒尺寸的颗粒；收集这些颗粒作为焚烧灰填料。

根据该申请还提供了一种利用焚烧炉灰产生填料的装置，包括：一用于焚烧任何废弃物的焚烧装置；用于从焚烧装置得到的焚烧灰中分离出金属以外的杂质和诸如铁屑等金属的分离装置；分离后从灰浆中萃取重金属的萃取装置；用于收集没被萃取装置萃取的灰浆的灰浆收集装置；用于使由灰浆收集装置收集的灰浆与粉末玻璃混合的搅拌装置；用于熔化灰浆和粉末玻璃的混合物以将该混合物模制成一预定形状的熔炉；用于用水冷却熔化混合物以使其固化的水冷固化装置；用于将凝固的混合物研磨成预定颗粒尺寸的颗粒的磨碎装置。

根据本申请的早期技术，可以从焚烧炉灰和/或飞灰中有效提取重金属。另外，用作螯合剂的EDTA可循环使用很多次。而且，不含重金属的灰浆可用于生产混凝土结构的填料。

但是，该申请描述的方法和装置还有些问题有待解决。例如，成本较高，准备螯合剂需要较长时间。另外，由于要将分离的酸性乙二胺四乙酸转换成乙二胺四乙酸四钠盐，使装置本身庞大。

就此而言，本发明旨在解决上述问题，其目的是提供一种从废物焚烧产生的焚烧炉灰以及热电厂产生的飞灰中有效地提取重金属以便再利用不含重金属的淤渣生产混凝土结构所需的填料的装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种稳定被重金属污染的灰的方法，包括以下步骤：在一焚烧炉内焚烧灰；通过将焚烧炉产生的焚烧灰送入一分离器而分离出干灰；将分离的干灰送入一酸水贮箱并将其搅拌一预定时间使成淤浆以使重金属与酸水反应并从干灰中洗脱出重金属；提取重金属溶液并通过一重金属溶液焚烧炉对重金属溶液进行焚烧处理以提取重金属。

另外，还提供了一种稳定和再利用被重金属污染的灰的装置，包括：一用于焚烧灰的焚烧炉；用于使焚烧产生的干灰成淤浆状以便洗脱出重金属的酸水贮箱；用于焚烧酸水贮箱中洗脱出的重金属溶液的重金属溶液焚烧炉；一用于在重金属于酸水贮器中洗脱后对余下的灰浆进行脱水的脱水器；对由脱水器脱水后的低湿灰进行烧结的烧结炉；对在烧结炉中通过烧结产生的烧结体进行研磨的磨碎装置。

本发明的前述和其它目的、特点和优点通过结合附图对优选实施例的详细说明会变得更明显，其中

图1是表示本发明焚烧炉灰稳定和再利用装置的方框图；

图2是用来说明本发明焚烧炉灰稳定和再利用装置的视图；

图3至图5是表示图2装置的主要部分的视图。

下面将参照附图1至5说明本发明焚烧炉灰稳定和再利用装置的实施例。

图1是表示本发明焚烧炉灰稳定和再利用装置的总体结构的方框图。图2是用于说明本发明焚烧炉灰稳定和再利用装置总体结构的视图。图3至图5是表示本装置主要部分的视图。

本发明针对重金属洗脱进入酸水中的性质。这种方法称为酸萃取。酸萃取包括两个步骤：即混合反应和脱水。混合步骤包括将例如一般废物和工业废物(特别是工厂中的诸如重金属等有害废物)的干灰送入酸水贮箱中的酸水中。搅动干灰以形成淤浆。在这种情况下，干灰中所含的重金属与酸水反应并洗脱进入酸水中。然后将灰浆脱水，并通过一淤渣传送器从贮箱中排出。

为利于金属洗脱，将贮箱中酸水调整得pH值为4.0左右，以与干灰中所含的各种重金属(如Al、Ag、Ba、Ca、Cd、Co、Cu、Fe、Hg、In、La、Li、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Ti、Vo、Zn和Zr)反应。

然后将在淤渣传送带运输过程中从灰浆中去除的水返回到酸水贮箱，并在下一步与重金属洗脱进入其中的重金属溶液一起在一溶液焚烧炉内焚烧。

参照附图更详细地说明本发明焚烧炉灰稳定和再利用装置。本发明装置1包括一一般焚烧炉灰料斗2、一斗式输送机3、一焚烧炉4、一分离站5、一输送装置6、一重金属萃取站7、一重金属溶液箱8、一重金属溶液焚烧炉9、一重金属收集装置10、一脱水机11、一低湿灰贮存料斗12、一斗式输送机13、一烧结炉14、一磨碎机15、一贮料箱16。料斗2存贮焚烧炉灰(尤其是被重金属污染的焚烧炉灰)和/或飞灰。斗式输送机3与料斗2连接，用于将焚烧炉灰从料斗2传送至焚烧炉4。本实施例中，焚烧炉4是窑式旋转焚烧炉(rotating kiln incinerator)，它工作在例如800-960℃的温度。送到焚烧炉4的焚烧炉灰在其中焚烧以形成焚烧灰。分离站5由一磁力分离器5a和一滤网5b组成，用于分离从焚烧炉4送来的焚烧灰中所含的如玻璃片或瓷片或铁屑等杂质。在分离站5处，焚烧灰分离成杂质和干灰。输送装置6与分离站5连接，以把干灰运送至重金属萃取站7。重金属萃取站7用来萃取干灰中所含的重金属。更具体地说，在重金属萃取站7重金属与酸水反应并洗脱进入酸水中。该反应生成一灰浆和重金属溶液。例如，当干灰中含有氧化铅(Pbo)时，氧化铅与pH值约为4.0的酸水反应。作为这种处理的结果，PbCl₂通过下面反应式表示的洗脱而被洗脱：

重金属溶液被送入重金属溶液箱8。重金属溶液箱8与重金属溶液焚烧炉9相连。溶液被送入重金属溶液焚烧炉9并由其焚烧。焚烧过程中水气蒸发，留下重金属。然后由重金属收集装10收集重金属。

另一方面，灰浆被送至脱水机11。更具体地说，重金属萃取站7包括灰浆输送机7c和7d，通过它们将灰浆运送至脱水机11。脱水机11用来除去灰浆中的水分以形成低湿灰。低湿灰贮料斗12用来存贮低湿灰。斗式输送机13用来从低湿灰贮料斗12传送低湿灰。这里所用名词“低湿灰”指的是没有完全干透还含少量的水分的灰。然后通过斗式输送机13将低湿灰送入烧结炉14并被烧结成烧结体。烧结炉14与磨碎机15连接，磨碎机15用来将烧结体研磨成具有预定颗粒尺寸的颗粒。这些颗粒作为填料或精细填料并贮存在贮料箱16中。

重金属萃取站7具有多个酸水贮箱，用于贮存pH值约为4.0的酸水。在所示实施例中，重金属萃取站7有两个酸水贮箱7a和7b。酸水贮箱7a和7b分别与灰浆输送机7c和7d相关联。酸水贮箱7a中的灰浆通过灰浆输送机7c运送入酸水贮箱7b。酸水贮箱7b中的灰浆在一搅拌装置(未示出)中进行搅拌一预定时间以象在前述酸水贮箱7a中那样形成悬浮液(淤浆)。然后没被贮箱7a洗脱且留在灰浆中的重金属与贮箱7b中的酸水反应。于是重金属被洗脱并沉积在贮箱底部。然后产生的灰浆通过灰浆输送机7d从贮箱7b运送入前述的脱水机11。

带有酸水的灰浆的处理是按照例如氢氧化物处理方法或硫化来进行的。酸水通过pH调节箱7e和酸性调节箱7f以一预定量送入酸水贮箱7a和7b。

虽然前面没有说明，但焚烧炉4、重金属溶液焚烧炉9和烧结炉14各具有一个(多个)第二或后燃烧室，该燃烧室装备有一集尘器、一冷却塔、一气体清洁塔、袋式滤器和排气风扇。

如上所述，焚烧炉4是一窑式旋转焚烧炉。该焚烧炉能直接焚烧一般废物和工业废物。而且，该焚烧炉能处理被重金属污染的焚烧炉灰，否则这些灰在另外的焚烧炉中焚烧后需就地处理。收集的焚烧炉灰被焚烧炉4再次焚烧。这意味着本发明的装置可用于处理在没有焚烧炉灰稳定施施的焚烧现场产生的焚烧炉灰。

按照本发明，焚烧炉灰、飞灰及类似物中所含的重金属可以容易地萃取并稳定地处理。此外，除去重金属后经脱水和传送的灰浆可以成为满足主管机关制定的标准的无害灰浆，可以利用灰浆生产混凝土结构所需的填料。另外，用于酸萃取方法(氢氧化物处理方法或硫化方法)的化学品不贵，由此导致低初始成本和运行成本以及其它显著优点。

虽然这里结合优选实施例说明了本发明，但这种说明仅是举例。本领域技术人员应当理解，在不背离所附权利要求的范围和精神的情况下，可以做出各种变化和修改。

Claims (7)

1、一种用于稳定被重金属污染的灰的方法，包括以下步骤：

在一焚烧炉中焚烧灰；

通过将焚烧炉产生的焚烧灰送入一分离器而分离出干灰；

将分离出的干灰送入一酸水贮箱中并搅拌一预定时间使成淤浆状以使重金属与酸水反应并从干灰中洗脱出重金属；

获取重金属溶液并通过一重金属溶液焚烧炉对重金属溶液进行焚烧处理以收集重金属。

2、如权利要求1所述的方法，还包括下列步骤：

使存留在酸水贮箱中的灰浆脱水；

使脱水的灰浆相继通过一烧结炉和磨碎机以形成填料。

3、如权利要求1所述的方法，其中，酸水pH值为4.0。

4、如权利要求1所述的方法，其中，焚烧炉灰在从800℃到960℃的温度下在焚烧炉内焚烧。

5、如权利要求1所述的方法，其中，多个酸水贮箱以这样一种方式连接，使得前一级酸水贮箱中的灰浆被送入后一级酸水贮箱以进一步洗脱重金属。

6、一种用于稳定被重金属污染的灰的方法，包括以下步骤：

在一焚烧炉内焚烧灰；

通过将焚烧炉产生的焚烧灰送入一分离器而分离出干灰；

将分离出的干灰送入一酸水贮箱使重金属与酸水反应并从干灰中洗脱出重金属；

7、一种用于稳定和再利用被重金属污染的灰的装置，包括：

一用于焚烧灰的焚烧炉；

一用于使焚烧产生的干灰成淤浆状以洗脱出重金属的酸水贮箱；

一用于焚烧酸水贮箱中洗脱出的重金属溶液的重金属溶液焚烧炉；

一用于在重金属于酸水贮箱中洗脱后对余下的灰浆进行脱水的脱水机；

一用于在脱水机进行脱水后烧结低湿灰的烧结炉；

用于对烧结炉中烧结得到的烧结体进行研磨的磨碎装置。

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