CN116444292A - 一种协同利用垃圾焚烧飞灰和废旧玻璃钢制备陶粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种协同利用垃圾焚烧飞灰和废旧玻璃钢制备陶粒的方法。本发明制备方法过程简单,通过协同利用废弃玻璃钢改进垃圾焚烧飞灰陶粒烧结过程,在相同煅烧温度条件下,制备出具有更优性能的高强烧结陶粒。通过本发明方法制备出的高强烧结陶粒堆积密度为600~800kg/m3,而筒压强度均高于4.2MPa。

Description

一种协同利用垃圾焚烧飞灰和废旧玻璃钢制备陶粒的方法
技术领域
本发明属于危险废弃物无害化处置及资源化利用领域,尤其涉及一种协同利用垃圾焚烧飞灰和废旧玻璃钢制备陶粒的方法。
背景技术
垃圾焚烧飞灰是生活垃圾或工业垃圾在焚烧过程所产生的烟气经过炉内脱硝(非催化)、余热利用、急冷、活性炭和消石灰喷射(或旋喷)、布袋捕集所产生的粉末状固体废弃物。垃圾焚烧飞灰中富集有重金属污染物和再生成的二噁英类污染物,具有显著的环境毒害性,被列为危险废物,在列在国家危险废物目录中,需按照危险废弃物进行管理。
除了重金属和二噁英,垃圾焚烧飞灰中还含有大量的可溶氯盐和钙基成分,这不仅增加了垃圾焚烧飞灰解毒的难度,而且限制了垃圾焚烧飞灰资源化途径。目前,针对垃圾焚烧飞灰的处置技术主要包括稳定化+填埋、水洗+水泥窑、水洗+高温熔融、陶粒窑处置等。稳定化+填埋技术不仅没有从本质上解决垃圾焚烧飞灰重金属和二噁英污染问题,而且还将污染源进行了转移,显著增加了填埋区域水体、土壤、空气二次污染的风险。水洗+水泥窑技术会产生大量的重金属污染废盐,而当前废盐的资源化途径很不明朗,同时生料中垃圾焚烧飞灰的掺入也使得水泥品质把控难度加大,水泥窑灰仓重金属污染风险增加。水洗+高温熔融技术不仅无法克服废盐产生问题,同时能耗过大,需要大量优质硅基材料。
废旧玻璃钢(FRP)为玻璃纤维增强塑料,已广泛应用于化工、建筑、交通运输等领域。但玻璃钢是种典型的不可降解的材料,目前对废旧的玻璃钢的处置主要有物理回收法、能量回收法以及化学回收法,每种方法都有着各自的优点与局限性。更加高效、成熟、经济、环保的技术还有待被发现。
因此,若能利用垃圾焚烧飞灰和废旧玻璃钢制备高强烧结陶粒,这不仅为协同处置垃圾焚烧飞灰和废旧玻璃钢提供了可借鉴思路,也为垃圾焚烧飞灰和废旧玻璃钢资源化提供了技术参考。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供了一种协同利用垃圾焚烧飞灰和废旧玻璃钢制备陶粒的方法。
技术方案:本发明的协同利用垃圾焚烧飞灰和废旧玻璃钢制备陶粒的方法,包括以下步骤:
(1)将废旧玻璃钢粉碎成粉,得到废旧玻璃钢粉末;
(2)将煤矸石粉和粉煤灰,混合,搅拌均匀,得到矸灰材料;
(3)将废旧玻璃钢粉末、矸灰材料和垃圾焚烧飞灰搅拌均匀得到改性灰粉;
(4)将污泥和改性灰粉混合,搅拌均匀,滚轴造粒,得到陶粒生料;
(5)将陶粒生料在室温环境下陈化,将陈化后的陶粒生料导入陶粒窑煅烧,冷却,即得高强烧结陶粒。
进一步地,步骤(1)中所述废旧玻璃钢粉末为100~400目。
进一步地,步骤(2)中所述煤矸石粉和粉煤灰的质量比为15~45:100。
进一步地,步骤(3)中所述废旧玻璃钢粉末、矸灰材料和垃圾焚烧飞灰的质量比为10~50:25~75:100。
进一步地,步骤(4)中所述污泥为市政污泥、河道底泥、印染污泥、油泥中任意一种。
进一步地,步骤(4)中所述污泥和改性灰粉的质量比为10~30:100。
进一步地,步骤(5)中所述陈化时间为3~12天。
进一步地,步骤(5)中所述煅烧温度为1050~1250℃。
进一步地,煅烧时间为15~45分钟。
本发明的上述方法制备得到的高强烧结陶粒。
反应机理:在陶粒生料煅烧初期,废旧玻璃钢粉末中的固性树脂发生熔融,生成树脂熔融体。树脂熔融体可将矸灰材料、垃圾焚烧飞灰、污泥中的矿物颗粒包裹,从而有利于物料间的快速升温及熔化反应。随着温度提升,垃圾焚烧飞灰中的无机氯盐渗透到树脂熔融体及其它各物料中。在无机盐催化作用下,树脂熔融体发生裂解,生成水蒸气、二氧化碳及其它碳氢可燃气体,碳氢可燃气体可进一步提升陶粒料温度,同时生成的水蒸气可活化物料活性,强化硅、铝、钙基物料熔融过程。随着温度持续提升,无机氯盐及其它可溶盐发生熔融,熔融盐体渗透到各物料中,其不仅可活化废旧玻璃钢中的玻璃纤维,加速玻璃纤维向不定型化转化,而且可促进不定型态玻璃纤维与矸灰材料和垃圾焚烧飞灰中的硅铝基矿物及氢氧化钙反应,生成密实的熔融体结构。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下显著优点:本发明制备方法过程简单,通过协同利用废弃玻璃钢改进垃圾焚烧飞灰陶粒烧结过程,在相同煅烧温度条件下,制备出具有更优性能的高强烧结陶粒。通过本发明方法制备出的高强烧结陶粒堆积密度为600~800kg/m3,而筒压强度均高于4.2MPa。
附图说明
图1为本发明快速烧结陶粒的方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
废旧玻璃钢:废旧玻璃钢来自江阴新江玻璃钢有限公司,具体为废旧酚醛树脂玻璃钢,主要由32.48%酚醛树脂和67.52%玻璃纤维组成;
垃圾焚烧飞灰:垃圾焚烧飞灰由江苏常熟某垃圾焚烧发电厂公司提供,主要包括36.2%CaO、23.9%Cl、11.0%SO3、11.6%Na2O、6.33%K2O、4.38%SiO2、1.40%Fe2O3、1.25%Al2O3及其它成分(烧失量及其它不可避免的杂质);
油泥:油泥取自陕西延长某石油炼化工厂,包含34.51%萃取油、21.73%重质油、27.44%渣及16.32%水;
粉煤灰:粉煤灰来自华能太仓电厂,主要包括43.21%SiO2、27.08%Al2O3、15.62%Fe2O3、6.58%CaO、3.42%TiO2、1.43%SO3、1.04%K2O、0.63% Na2O及其它成分(不可避免的杂质及烧失量);
煤矸石:煤矸石来自山西西山煤电股份有限公司,主要包括46.87%SiO2、33.51%Al2O3、12.04%Fe2O3、2.72%CaO、2.36%K2O、1.37%TiO2及其它成分(不可避免的杂质及烧失量);
市政污泥:市政污泥来自常熟市滨江污水处理厂,主要包括:49.15%SiO2、15.17%Al2O3、9.83%Fe2O3、6.37%CaO、6.21%P2O5、2.83%MgO、1.46%SO3、1.21%K2O及其它成分(不可避免的杂质及烧失量);
河道底泥:河道底泥来自常熟市渭塘清淤底泥,主要包括:44.31%SiO2、14.82%Al2O3、11.53%Fe2O3、9.54%CaO、7.15%P2O5、3.28%SO3、1.17%K2O及其它成分(不可避免的杂质及烧失量);
印染污泥:印染污泥来自绍兴某印染企业,主要包括:25.72%SiO2、8.02%Al2O3、16.93%Fe2O3、10.68%CaO、2.39%MgO、0.05%K2O、0.02%Na及其它成分(不可避免的杂质及烧失量)。
实施例1 煤矸石粉和粉煤灰质量比对所制备高强烧结陶粒性能的影响
将废旧玻璃钢粉碎成粉,过100目筛,得到废旧玻璃钢粉末。按照质量比7.5:100、10:100、12.5:100、15:100、30:100、45:100、50:100、55:100、60:100分别称取煤矸石粉和粉煤灰,混合,搅拌均匀,得到矸灰材料。按照质量比10:25:100称取废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰,搅拌均匀得到改性灰粉。按照10:100分别称取污泥与改性灰粉,搅拌均匀,滚轴造粒,得到陶粒生料。将陶粒生料在室温环境下陈化3天,然后将陈化后陶粒生料导入陶粒窑煅烧,陶粒料冷却获得高强烧结陶粒,其中煅烧温度为1050℃,窑体物料停留时间15分钟,污泥为市政污泥。
桶压强度和堆积密度:烧结陶粒的桶压强度和堆积密度按照《轻集料及其试验方法第1部分轻集料》(GB-T17431.1-2010)执行测定。
本发明实施例试验结果见表1。
表1 煤矸石粉和粉煤灰质量比对所制备高强烧结陶粒性能的影响
煤矸石粉和粉煤灰质量比 堆积密度(kg/m3 桶压强度(MPa)
7.5:100 542.57 3.69
10:100 568.93 3.75
12.5:100 602.19 3.92
15:100 654.38 4.23
30:100 665.82 4.67
45:100 674.15 5.04
50:100 646.75 4.38
55:100 621.08 4.17
60:100 594.02 3.98
由表1可看出,当煤矸石粉和粉煤灰质量比小于15:100时(如表1中,煤矸石粉和粉煤灰质量比=12.5:100、10:100、7.5:100以及表1中未列举的更低比值),煤矸石粉添加较少,所制备矸灰材料物料不均衡,在高温环境中与废旧玻璃钢粉末、垃圾焚烧飞灰和污泥等反应不充分,导致所制备烧结陶粒堆积密度和桶压强度均显著下降,已低于高强陶粒范畴(强度标号25)。当煤矸石粉和粉煤灰质量比等于15~45:100时(如表1中,煤矸石粉和粉煤灰质量比=15:100、30:100、45:100时),矸灰材料成分合适,其在高温环境中与废旧玻璃钢粉末、垃圾焚烧飞灰和污泥等反应充分。最终,所制备烧结陶粒强度等级均达到强度标号25范围。当煤矸石粉和粉煤灰质量比大于45:100时(如表1中,煤矸石粉和粉煤灰质量比=50:100、55:100、60:100以及表1中未列举的更高比值),煤矸石粉添加过量,所制备矸灰材料物料不均衡,在高温环境中与废旧玻璃钢粉末、垃圾焚烧飞灰和污泥等反应不充分,导致所制备烧结陶粒堆积密度和桶压强度均显著下降。因此,总体而言,结合效益与成本,当煤矸石粉和粉煤灰质量比等于15~45:100时,最有利于提高烧结陶粒性能。
实施例2 废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰质量比对所制备高强烧结陶粒性能的影响
将废旧玻璃钢粉碎成粉,过250目筛,得到废旧玻璃钢粉末。按照质量比45:100分别称取煤矸石粉和粉煤灰,混合,搅拌均匀,得到矸灰材料。按照质量比5:25:100、6:25:100、8:25:100、10:10:100、10:15:100、10:20:100、10:25:100、30:25:100、50:25:100、10:50:100、30:50:100、50:50:100、10:75:100、30:75:100、50:75:100、50:80:100、50:85:100、50:90:100、55:75:100、60:75:100、65:75:100称取废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰,搅拌均匀得到改性灰粉。按照20:100分别称取污泥与改性灰粉,搅拌均匀,滚轴造粒,得到陶粒生料。将陶粒生料在室温环境下陈化7.5天,然后将陈化后陶粒生料导入陶粒窑煅烧,陶粒料冷却获得高强陶粒,其中煅烧温度为1150℃,窑体物料停留时间30分钟,污泥为市政污泥。
桶压强度和堆积密度同实施例1,本发明实施例试验结果见表2。
表2 废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰质量比对所制备高强烧结陶粒性能的影响
煤矸石粉和粉煤灰质量比 堆积密度(kg/m3 桶压强度(MPa)
5:25:100 542.89 3.47
6:25:100 576.35 3.65
8:25:100 623.94 4.04
10:10:100 553.61 3.58
10:15:100 589.45 3.86
10:20:100 634.72 4.22
10:25:100 716.34 5.13
30:25:100 721.12 5.28
50:25:100 725.63 5.39
10:50:100 722.95 5.26
30:50:100 728.61 5.45
50:50:100 734.56 5.51
10:75:100 731.85 5.47
30:75:100 736.42 5.64
50:75:100 739.38 5.75
50:80:100 683.58 4.63
50:85:100 665.14 4.43
50:90:100 594.37 3.85
55:75:100 675.69 4.59
60:75:100 634.83 4.26
65:75:100 582.75 3.78
由表2可看出,当废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰质量比小于10:25:100时(如表2中,废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰质量比=8:25:100、6:25:100、5:25:100、10:20:100、10:15:100、10:10:100以及表2中未列举的更低比值),废旧玻璃钢粉末和矸灰材料添加较少,在高温环境中物料间反应不充分,导致所制备烧结陶粒堆积密度和桶压强度均显著下降。当废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰质量比等于10~50:25~75:100时(如表2中,废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰质量比=10:25:100、30:25:100、50:25:100、10:50:100、30:50:100、50:50:100、10:75:100、30:75:100、50:75:100时),在陶粒生料煅烧初期,废旧玻璃钢粉末中的固性树脂发生熔融,生成树脂熔融体。树脂熔融体可将矸灰材料、垃圾焚烧飞灰、污泥中的矿物颗粒包裹,从而有利于物料间的快速升温及熔化反应。随着温度提升,垃圾焚烧飞灰中的无机氯盐渗透到树脂熔融体及其它各物料中。在无机盐催化作用下,树脂熔融体发生裂解,生成水蒸气、二氧化碳及其它碳氢可燃气体,碳氢可燃气体可进一步提升陶粒料温度,同时生成的水蒸气可活化物料活性,强化硅、铝、钙基物料熔融过程。随着温度持续提升,无机氯盐及其它可溶盐发生熔融,熔融盐体渗透到各物料中,其不仅可活化废旧玻璃钢中的玻璃纤维,加速玻璃纤维向不定型化转化,而且可促进不定型态玻璃纤维与矸灰材料和垃圾焚烧飞灰中的硅铝基矿物及氢氧化钙反应,生成密实的熔融体结构。最终,所制备烧结陶粒强度等级均达到强度标号25范围。当废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰质量比大于10:25:100时(如表2中,废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰质量比=50:80:100、50:85:100、50:90:100、55:75:100、60:75:100、65:75:100以及表2中未列举的更高比值),废旧玻璃钢粉末和矸灰材料添加过量,在高温环境中与废旧玻璃钢粉末、垃圾焚烧飞灰和污泥等反应不充分,导致所制备烧结陶粒堆积密度和桶压强度均显著下降。因此,总体而言,结合效益与成本,当废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰质量比等于10~50:25~75:100时,最有利于提高烧结陶粒性能。
实施例3 污泥与改性灰粉质量比对所制备高强烧结陶粒性能的影响
将废旧玻璃钢粉碎成粉,过400目筛,得到废旧玻璃钢粉末。按照质量比45:100分别称取煤矸石粉和粉煤灰,混合,搅拌均匀,得到矸灰材料。按照质量比50:75:100称取废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰,搅拌均匀得到改性灰粉。按照5:100、6:100、8:100、10:100、20:100、30:100、35:100、40:100、45:100分别称取污泥与改性灰粉,搅拌均匀,滚轴造粒,得到陶粒生料。将陶粒生料在室温环境下陈化12天,然后将陈化后陶粒生料导入陶粒窑煅烧,陶粒料冷却获得高强陶粒,其中煅烧温度为1250℃,窑体物料停留时间45分钟,污泥为市政污泥。
桶压强度和堆积密度同实施例1,本发明实施例试验结果见表3。
表3 污泥与改性灰粉质量比对所制备高强烧结陶粒性能的影响
污泥与改性灰粉质量比 堆积密度(kg/m3 桶压强度(MPa)
5:100 687.32 4.65
6:100 704.65 5.04
8:100 721.03 5.32
10:100 753.25 5.79
20:100 767.49 5.87
30:100 772.28 5.93
35:100 745.87 5.56
40:100 732.15 5.43
45:100 715.56 5.12
由表3可看出,当污泥与改性灰粉质量比小于10:100时(如表3中,污泥与改性灰粉质量比=8:100、6:100、5:100以及表3中未列举的更低比值),污泥添加较少,物料间反应不充分,导致所制备烧结陶粒堆积密度和桶压强度均显著下降。当污泥与改性灰粉质量比等于10~30:100时(如表3中,污泥与改性灰粉质量比=10:100、20:100、30:100),不定型态玻璃纤维与矸灰材料和垃圾焚烧飞灰中的硅铝基矿物及氢氧化钙反应,生成密实的熔融体结构。最终,所制备烧结陶粒强度等级均达到强度标号25范围。当污泥与改性灰粉质量比等于10~30:100时(如表3中,污泥与改性灰粉质量比=35:100、40:100、45:100以及表3中未列举的更高比值),污泥添加过多,物料间反应不充分,导致所制备烧结陶粒堆积密度和桶压强度均显著下降。因此,总体而言,结合效益与成本,当污泥与改性灰粉质量比等于10~30:100时,最有利于提高烧结陶粒性能。
实施例4 污泥种类对所制备高强烧结陶粒性能的影响
将废旧玻璃钢粉碎成粉,过400目筛,得到废旧玻璃钢粉末。按照质量比45:100分别称取煤矸石粉和粉煤灰,混合,搅拌均匀,得到矸灰材料。按照质量比50:75:100称取废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰,搅拌均匀得到改性灰粉。按照30:100分别称取污泥与改性灰粉,搅拌均匀,滚轴造粒,得到陶粒生料。将陶粒生料在室温环境下陈化12天,然后将陈化后陶粒生料导入陶粒窑煅烧,陶粒料冷却获得高强陶粒,其中煅烧温度为1250℃,窑体物料停留时间45分钟,污泥为市政污泥、河道底泥、印染污泥、油泥中任意一种。
桶压强度和堆积密度同实施例1,本发明实施例试验结果见表4。
表4 污泥种类对所制备高强烧结陶粒性能的影响
污泥种类 堆积密度(kg/m3 桶压强度(MPa)
市政污泥 753.25 5.79
河道底泥 750.19 5.76
印染污泥 757.32 5.82
油泥 755.43 5.81
由表4可看出,当污泥为市政污泥、河道底泥、印染污泥、油泥中任意一种时,所制备的烧结陶粒性能接近。
对比例 不同对比工艺对所制备高强烧结陶粒性能的影响
本发明工艺:将废旧玻璃钢粉碎成粉,过400目筛,得到废旧玻璃钢粉末。按照质量比45:100分别称取煤矸石粉和粉煤灰,混合,搅拌均匀,得到矸灰材料。按照质量比50:75:100称取废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰,搅拌均匀得到改性灰粉。按照30:100分别称取污泥与改性灰粉,搅拌均匀,滚轴造粒,得到陶粒生料。将陶粒生料在室温环境下陈化12天,然后将陈化后陶粒生料导入陶粒窑煅烧,陶粒料冷却获得高强陶粒,其中煅烧温度为1250℃,窑体物料停留时间45分钟,污泥为市政污泥。
对比工艺1:将废旧玻璃钢粉碎成粉,过400目筛,得到废旧玻璃钢粉末。按照质量比50:100称取废旧玻璃钢粉末和垃圾焚烧飞灰,搅拌均匀得到玻璃飞灰粉。按照30:100分别称取污泥与玻璃飞灰粉,搅拌均匀,滚轴造粒,得到陶粒生料。将陶粒生料在室温环境下陈化12天,然后将陈化后陶粒生料导入陶粒窑煅烧,陶粒料冷却获得高强陶粒,其中煅烧温度为1250℃,窑体物料停留时间45分钟,污泥为市政污泥。
对比工艺2:将废旧玻璃钢粉碎成粉,过400目筛,得到废旧玻璃钢粉末。按照质量比45:100分别称取煤矸石粉和粉煤灰,混合,搅拌均匀,得到矸灰材料。按照质量比50:75:100称取废旧玻璃钢粉末、矸灰材料、垃圾焚烧飞灰,搅拌均匀,滚轴造粒,得到陶粒生料。将陶粒生料在室温环境下陈化12天,然后将陈化后陶粒生料导入陶粒窑煅烧,陶粒料冷却获得高强陶粒,其中煅烧温度为1250℃,窑体物料停留时间45分钟。
桶压强度和堆积密度同实施例1,本发明实施例试验结果见表5。
表5 不同对比工艺对所制备高强烧结陶粒性能的影响
工艺类型 堆积密度(kg/m3 桶压强度(MPa)
本发明工艺 753.25 5.79
对比工艺1 328.94 1.53
对比工艺2 406.27 2.36
由表5可知,本发明工艺制备的烧结陶粒堆积密度和筒压强度均显著高于对比工艺1和对比工艺2。相比于本发明工艺,对比工艺1缺乏矸灰材料,使得在陶粒煅烧过程中玻璃飞灰粉与污泥反应不充分,导致所制备陶粒的堆积密度和筒压强度均显著下降。相比于本发明工艺,对比工艺2缺乏污泥,使得在陶粒煅烧过程中改性灰粉缺乏硅基熔融体,反应不充分,导致所制备陶粒的堆积密度和筒压强度均显著下降。

Claims (10)

1.一种协同利用垃圾焚烧飞灰和废旧玻璃钢制备陶粒的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将废旧玻璃钢粉碎成粉,得到废旧玻璃钢粉末;
(2)将煤矸石粉和粉煤灰,混合,搅拌均匀,得到矸灰材料;
(3)将废旧玻璃钢粉末、矸灰材料和垃圾焚烧飞灰搅拌均匀得到改性灰粉;
(4)将污泥和改性灰粉混合,搅拌均匀,滚轴造粒,得到陶粒生料;
(5)将陶粒生料在室温环境下陈化,将陈化后的陶粒生料导入陶粒窑煅烧,冷却,即得高强烧结陶粒。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述废旧玻璃钢粉末为100~400目。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中所述煤矸石粉和粉煤灰的质量比为15~45:100。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)中所述废旧玻璃钢粉末、矸灰材料和垃圾焚烧飞灰的质量比为10~50:25~75:100。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(4)中所述污泥为市政污泥、河道底泥、印染污泥、油泥中任意一种。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(4)中所述污泥和改性灰粉的质量比为10~30:100。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(5)中所述陈化时间为3~12天。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(5)中所述煅烧温度为1050~1250℃。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(5)中所述煅烧时间为15~45分钟。
10.一种权利要求1~9任一项方法制备得到的高强烧结陶粒。
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