CN1244414C - 城市生活垃圾焚烧飞灰的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及城市生活垃圾焚烧飞灰的处理方法，属环境保护及粉体表面改性化学工艺技术领域。本发明的一种城市生活垃圾焚烧飞灰的处理方法，采用具有螯合功能的、具有8个以上长碳链结构的阴离子表面活性剂；飞灰的湿法改性工艺步骤如下：先称取一定量的飞灰，加入水溶液中，放入搅拌机中，水浴加热升温至25-80℃，并搅拌10分钟；然后加入2-5%的特定螯合型阴离子表面活性剂，主要为月桂酸单磷酸钾盐C12H25OPO3K2；然后在一定温度和转速下继续搅拌15-25分钟，然后固液分离，将改性后的飞灰在105℃下烘干24小时，最后进行筛分并密封保存。
Description
技术领域
本发明涉及城市生活垃圾焚烧飞灰的处理方法，属环境保护及粉体表面改性化学工艺技术领域。
背景技术
危险有害废物的管理是全球环境问题的一个组成部分，也是我国环境保护的一个突出问题，城市垃圾焚烧是城市生活垃圾处置的一个重要手段，焚烧过程将产生大量的飞灰。垃圾焚烧飞灰中含有许多有害的铅、镉、锌等重金属，更重要的是，焚烧飞灰将同时富集对人体有致癌作用的二噁英和呋喃等毒性组分，国内外现有的环境法规已将它归类为危险废物，强调必须予以安全处置。
根据上海市政府批准的上海固体废弃物处置规划，到2010年，上海将形成中心城区生活垃圾以焚烧处理为主体的发展格局，目前，上海60万吨垃圾焚烧每年将产生近2万吨MSW飞灰，2010年上海焚烧飞灰产生量将达到7~8万吨/年。
目前上海采用安全填埋法来处置飞灰，不但填埋处置费用很高，同时安全填埋法占用了大量的土地资源，显然，这与现有的上海土地资源、财政资源相矛盾的。同时安全填埋法与了循环经济和能源可持续发展的观点相背离。
另一方面，我国塑料制品的总产量猛增，已超过1500万吨，其中用于填充改性的无机非金属矿物粉体材料，年消费量已超过200万吨。如果将改性后的飞灰作高分子聚合物的填料。不但可以降低塑料制品的生产成本，而且具有重大的环境保护意义。
一般说来，飞灰改性作塑料的填料是目前安全处理和资源化利用最佳的方法之一，国内外飞灰资源化利用主要集中在以下几个方面：(1)在日本，飞灰和底渣混合使用作生态水泥；(2)美国及其他欧美发达国家用混合灰渣作水泥混凝土和沥青的替代骨料；(3)飞灰熔融作微晶玻璃的原料。但是这些资源化的处理未能解决实际工程问题：(1)资源化后飞灰中的重金属离子浸出问题始终令人担忧；(2)飞灰资源化成本过高，不适合批量生产；(3)飞灰资源化产品的附加值低。
发明内容
本发明的目的是利用城市垃圾焚烧飞灰，通过表面活性剂的改性处理，形成非金属矿物填料，为飞灰的资源化提供了一个崭新的出路。
本发明的目的是通过以下技术方案和措施来达到的。
本发明的一种城市生活垃圾焚烧飞灰的处理方法，其特征在于采用阴离子表面活性剂，具体地说是采用具有螯合功能的、具有8个以上长碳链结构的阴离子表面活性剂；飞灰的改性工艺步骤如下：先称取一定量的飞灰，经泰勒标准筛过筛，将飞灰加入水溶液中，制成水灰比为2-20∶1的悬乳液，然后放入搅拌机中，水浴加热升温至25-80℃，并搅拌10分钟；然后加入飞灰重量的2-5％的所述螯合型阴离子表面活性剂，主要为月桂酸单磷酸钾盐C12H25OPO3K2；然后在温度不变情况下，转速保持在1000RPM下继续搅拌15-25分钟，使飞灰颗粒和月桂酸单磷酸钾盐充分反应；然后固液分离，将改性后的飞灰在105℃下烘干24小时，最后进行筛分并密封保存。
本发明所采用的螯合型阴离子表面活性剂有多种，凡具有螯合功能并具有8个以上碳原子长碳链结构的阴离子表面活性剂都可以使用，而且工艺步骤可以同样方式进行。该种阴离子表面活性剂可以为：柠檬酸硬脂酸甘油酯；N-月桂酰基乙二胺三乙酸或其盐类；1-硬脂胺基-1-甲基丙磷酸钠。
本发明方法中使用了特定的螯合型阴离子表面活性剂，改性后的飞灰，其表面覆盖了一层阴离子表面活性剂，形成了飞灰和塑料或橡胶之间的连接桥梁，而且填充在高分子聚合物中，对飞灰中的重金属离子具有较强的固化作用；另外，改性后的飞灰表现为强烈的疏水性，而未改性的飞灰其亲水性很强。
由于飞灰颗粒中的重金属离子和具有螯合型阴离子表面活性剂之间发生了螯合反应，形成了螯合物，被飞灰颗粒吸收，从而降低了飞灰中重金属离子的浸出率；另外由于飞灰颗粒表面嫁接了一层阴离子表面活性剂，而该表面活性剂结构中含有8个碳原子以上的长碳链疏水基团，使得飞灰颗粒得到了活化。改性后的飞灰其活化率高达95％以上，完全符合作为高分子聚合物材料填料的要求。
城市生活垃圾焚烧飞灰含有钙硅元素成分，其矿物组成与硅灰石的成分相类似，目前硅灰石改性后主要用在塑料/橡胶中作填料。飞灰改性后可以用来替代硅灰石来作塑料/橡胶的填料。这样可有效处理大量的城市生活垃圾焚烧飞灰、有利于环境保护及节约有限的土地资源。同时飞灰代替硅灰石，可以解决国内矿物填料短缺的问题。
具体实施方法
现将本发明的实施例叙述于后。
实施例一：按一定量的飞灰烘干，用泰勒标准筛过，使通过125μm筛孔，然后称取100克飞灰，加入0.5立升水溶液，制成水灰比为5∶1的悬浮液，然后放入搅拌机中搅拌。水浴升温至45℃，并搅拌10分钟，然后加入螯合型阴离子表面活性剂月桂醇单磷酸酯钾盐，它具有十二个碳原子长链和螯合剂磷酸的结构，其加入量为5.0毫升，在温度不变情况下，转速保持在1000rpm下继续搅拌15分钟，使飞灰颗粒和月桂醇单磷酸酯钾盐充分反应；然后固液分离，将改性后的飞灰在105℃下烘24小时，最后进行筛分，并密封保存。
实施例二：按一定量的飞灰烘干，用泰勒标准筛过，使通过125μm筛孔，然后称取100克飞灰，加入1立升水溶液，制成水灰比为10∶1的悬浮液，然后放入搅拌机中搅拌。水浴升温至75℃，并搅拌10分钟，然后加入螯合型阴离子表面活性剂柠檬酸硬脂酸甘油酯，它具有十八个碳原子长链和螯合剂柠檬酸的结构，其加入量为3.0毫升，在温度不变情况下，转速保持在1000rpm下继续搅拌25分钟，使飞灰颗粒和柠檬酸硬脂酸甘油酯充分反应；然后固液分离，将改性后的飞灰在105℃下烘24小时，最后进行筛分，并密封保存。
实施例三：按一定量的飞灰烘干，用泰勒标准筛过，使通过125μm筛孔，然后称取100克飞灰，加入2立升水溶液，制成水灰比为20∶1的悬浮液，然后放入搅拌机中搅拌。水浴升温至30℃，并搅拌10分钟，然后加入螯合型阴离子表面活性剂N-月桂酰基乙二胺三乙酸，它具有十二个碳原子长链和螯合剂EDTA的结构，其加入量为2.0毫升，在温度不变情况下，转速保持在1000rpm下继续搅拌20分钟，使飞灰颗粒和N-月桂酰基乙二胺三乙酸充分反应；然后固液分离，将改性后的飞灰在105℃下烘24小时，最后进行筛分，并密封保存。
实施例四：按一定量的飞灰烘干，用泰勒标准筛过，使通过125μm筛孔，然后称取100克飞灰，加入1立升水溶液，制成水灰比为10∶1的悬浮液，然后放入搅拌机中搅拌。水浴升温至50℃，并搅拌10分钟，然后加入螯合型阴离子表面活性剂1-硬脂胺基-1-甲基丙磷酸钠，它具有十八个碳原子长链和螯合剂磷酸盐的结构，其加入量为2.5克，在温度不变情况下，转速保持在1000rpm下继续搅拌25分钟，使飞灰颗粒和1-硬脂胺基-1-甲基丙磷酸钠充分反应；然后固液分离，将改性后的飞灰在105℃下烘24小时，最后进行筛分，并密封保存。
通过上述实施例各试样的测试，得知改性后的飞灰其活化率可高达95％以上，对改性飞灰和原始飞灰的红外线光谱特征峰对比，改性飞灰中出现了新的特征吸收峰，证明了飞灰颗粒表面包覆有一定量的阴离子表面活性剂。经美国环保局制定的TCLP法测试，飞灰中的Pb2+、Zn2+以及Cd2+重金属离子的浸出溶度都远低于国家标准。
本发明与其他非金属矿物改性相比：
与其他非金属矿物填料相比，飞灰的粒径分布均匀，95wt％在200μm以下，而且飞灰来源广，成本低；改性后的飞灰活化率高，耐酸碱的范围广。
本发明与其他飞灰资源化方法相比：
飞灰改性处理的成本低，产品的附加值高。经美国环保局TCLP法测试后，飞灰中Pb2+、Zn2+以及Cd2+(由于经费有限，本发明仅测定上述3种重金属离子的浸出溶度)的浸出溶度都远低于国家标准。
Claims (4)
1.一种城市生活垃圾焚烧飞灰的处理方法，其特征在于采用阴离子表面活性剂，具体地说是采用具有螯合功能的、具有8个以上长碳链结构的阴离子表面活性剂；飞灰的改性工艺步骤如下：先称取一定量的飞灰，经泰勒标准筛过筛，将飞灰加入水溶液中，制成水灰比为2-20∶1的悬乳液，然后放入搅拌机中，水浴加热升温至25-80℃，并搅拌10分钟；然后加入飞灰重量的2-5％的所述螯合型阴离子表面活性剂，主要为月桂酸单磷酸钾盐C12H25OPO3K2；然后在温度不变情况下，转速保持在1000RPM下继续搅拌15-25分钟，使飞灰颗粒和月桂酸单磷酸钾盐充分反应；然后固液分离，将改性后的飞灰在105℃下烘干24小时，最后进行筛分并密封保存。
2.根据权利要求1所述的一种城市生活垃圾焚烧飞灰的处理方法，其特征在于所述的螯合型阴离子表面活性剂可以采用柠檬酸硬脂酸甘油酯。
3.根据权利要求1所述的一种城市生活垃圾焚烧飞灰的处理方法，其特征在于所述的螯合型阴离子表面活性剂可以采用N-月桂酰基乙二胺三乙酸或其盐类。
4.根据权利要求1所述的一种城市生活垃圾焚烧飞灰的处理方法，其特征在于所述的螯合型阴离子表面活性剂可以采用1-硬脂胺基-1-甲基丙磷酸钠。
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