专利名称：一种利用垃圾焚烧飞灰烧制轻质骨料的方法
技术领域：
本发明涉及一种可以将含重金属和二恶英的垃圾焚烧飞灰进行无害化处理并实现资源化利用的技术，尤其是涉及一种利用垃圾焚烧飞灰烧制轻质骨料的方法。属于危险废物处理处置技术领域。
背景技术：
随着焚烧处理在城市垃圾、医疗废物、危险废物等固体废物处理领域的推广应用，垃圾焚烧飞灰产生量日益增加。实践证明，垃圾焚烧过程中，挥发态的重金属(包括Hg、Cd、Pb等)及二恶英类污染物等容易富集在飞灰等亚微米颗粒上，导致焚烧飞灰含有高浸出毒性的重金属和较高毒性当量的二恶英类污染物，其中飞灰中的二恶英占焚烧炉产生的二恶英总量的60％以上，通常焚烧飞灰被视为属于危险废物而必须特殊处理方可进入生态环境。
目前垃圾焚烧飞灰处理主要包括以下几种方法水泥固化法、药剂处理法和高温处理法。
水泥固化法是将水泥和飞灰用水均匀混合，在发射管内进行水合反应，逐渐硬化，从而封闭重金属等有害成分。水泥固化费用低、操作简单，尤其适于含低熔点化合物较多的灰渣。但水泥固化法由于加入水泥导致最终处置量增加。而且固化后其所含盐类大部分可被雨水溶出。而且对于难以利用氢氧化物的难溶特性处理的汞、铅以及需要还原处理的六价铬等无法实现稳定化处理。药剂处理法是向灰中添加重金属固定剂和水，均匀混合成不溶性化合物，从而实现固定重金属的目的。药剂处理法具有处理过程简单、设备投资低、最终处理量不大等优点。但药剂处理法的高分子螯合剂价格很高，而且雨水会溶出大部分盐类，在pH值较低时还会产生有害气体。
高温处理包括熔融固化法和烧结技术。熔融是利用燃料的燃烧热及电热两种方式，在高温(通常1300℃以上)的状况下使飞灰熔融，冷却后成为稳定的玻璃态熔渣，并破坏二恶英等有机成分，将大部分重金属固化在玻璃态熔渣中。熔融减容显著、熔渣中重金属不会溶出，熔渣还可以作为路基材料。然而熔融需要的能耗很高，通常每吨的处理成本在1000元以上，在我国实行有一定难度。而且高温下重金属挥发严重，导致对重金属的控制效果不十分理想。
烧结的温度明显低于飞灰的熔点，需要的能耗较熔融法低、重金属挥发比较弱。可以彻底分解二恶英，同样烧结产物可以作为建筑用骨料。因此，烧结是一种更有竞争力的飞灰处理技术。
由于生活水平和饮食习惯的特点，我国废物焚烧飞灰碱金属氯化物含量很高，这大大不利于烧结等高温处理方法。氯化物含量高一方面会促进尾气中二恶英再合成，导致二恶英的控制困难；同时氯化物还促进重金属的高温挥发，同样影响二次污染控制效果。此外，烧结过程容易因为水分析出使烧结产品质量下降，无法实现资源化应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够改善焚烧飞灰的热处理效果，降低高温过程中重金属类污染物的二次挥发，提高焚烧飞灰煅烧产物的力学性能的利用垃圾焚烧飞灰烧制轻质骨料的方法。
本发明提出的一种利用垃圾焚烧飞灰烧制轻质骨料的方法，其特征在于所述方法通过萃取分离技术去除大量可溶性氯盐；通过控制萃取过程的萃取剂用量和萃取液的酸碱值，降低飞灰中重金属类物质向萃取液相的迁移；通过添加粘结剂、造粒、烧结工艺获得轻质骨料，该方法包括以下步骤(1)首先对氯化物含量高的垃圾焚烧飞灰进行萃取除氯，同时通过添加剂控制重金属的浸出；(2)萃取分离后的飞灰水分含量为30-50％，通过输送装置输送到造粒成型设备，添加配置的添加剂后，利用成型设备造粒，粒度在5-20mm之间；(3)在干燥箱内养护，除去大部分水分，水分＜5％；(4)对养护后的颗粒在烧结炉内进行烧结，烧结温度范围900-1150℃；(5)冷却后即获得轻质骨料。
在上述烧制轻质骨料的方法中，所述萃取剂为水或其它废碱液，萃取剂用量为液固比15～25。
在上述烧制轻质骨料的方法中，所述萃取液酸碱值PH＞9。
在上述烧制轻质骨料的方法中，所述添加剂为粘土，添加量为15-30％。
本发明克服了目前烧结技术不适于处理我国氯化物含量高的焚烧飞灰的缺点，解决氯化物导致污染控制效果差的问题，提供了一种结合萃取除盐的烧结工艺。同时还克服了由于烧结过程中物料含水分大使物料裂开，强度下降的缺点。本发明非常适合中国垃圾焚烧飞灰的无害化和资源化处理技术。同时，本发明可分解破坏原料中的二恶英类污染物，将重金属固化在烧结产品中，并满足我国的毒性浸出标准，产品满足建筑轻骨料的要求。处理成本低于500元/吨。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明本发明的工作原理为通过萃取分离技术在去除大量可溶性氯盐，同时能够改善焚烧飞灰的热处理效果，降低高温过程中重金属类污染物的二次挥发，提高焚烧飞灰煅烧产物的力学性能；通过控制萃取过程的萃取剂用量和萃取液的酸碱值，降低飞灰中重金属类物质向萃取液相的迁移；通过粘结剂的添加和造粒成型设备，提供烧制轻骨料所需的必要组成和强度要求；通过一体式电热烧结炉装置将烘干与烧结功能融为一体，设置在两个区间不同的停留时间，最终将垃圾焚烧飞灰烧结成轻质骨料；通过尾气处理装置，将一体式电热烧结炉所产生的少量烟气进行净化处理，最终达标排放。
垃圾焚烧飞灰煅烧处理技术方法，包括以下步骤(1)对氯化物含量高的垃圾焚烧飞灰进行萃取除氯，避免氯促进重金属的挥发以及尾气中二恶英类污染物的再合成，同时通过添加剂控制重金属的浸出；(2)萃取分离后的飞灰水分含量为30-50％，通过输送装置输送到造粒成型设备。添加配置的添加剂后，利用成型设备造粒，粒度在10-20mm之间；(3)在一体式电热烧结炉内低温部分先养护2-5h，除去大部分水分；(4)对养护后的颗粒在一体式电热烧结炉内进行煅烧，温度范围900-1150度；(5)一体式电热烧结炉产生的烟气通过尾气处理装置进行净化处理。
(6)尾气处理采用急冷处理，严格控制二恶英的再合成，冷却废水作为萃取液的一部分进行回用。
实例一上海某炉排式垃圾焚烧炉布袋除尘器收集的飞灰，用15倍水萃取60分钟，萃取液酸碱值PH＝12，期间不断搅拌，向萃取后的飞灰中添加15％粘土，在捏合成型设备制出直径20mm、长度约20mm的圆柱状颗粒，进入一体式电热烧结炉中养护烧结8小时左右，烧结区温度1100℃，从烧结炉中出来的物料即为轻骨料，容重880kg/m3，抗压强度15.5Mpa，机械强度和重金属等污染物指标均满足建筑轻骨料的要求。飞灰中的二恶英分解率达到98％，产品的浸出实验表明重金属满足相关标准，整个过程排放废水和废气满足相关法规要求。
实例二上海某炉排式垃圾焚烧炉布袋除尘器收集的飞灰，用25倍水萃取45分钟，萃取液酸碱值PH＞9，期间不断搅拌，向萃取后的飞灰中添加30％粘土，在捏合成型设备制出直径10mm、长度约10mm的圆柱状颗粒，进入一体式电热烧结炉中养护烧结7小时左右，烧结区温度1080℃，从烧结炉中出来的物料即为轻骨料，容重900kg/m3，抗压强度14.6Mpa，机械强度和重金属等污染物指标均满足建筑轻骨料的要求。飞灰中的二恶英分解率达到98％，产品的浸出实验表明重金属满足相关标准，整个过程排放废水和废气满足相关法规要求。
实例三上海某炉排式垃圾焚烧炉布袋除尘器收集的飞灰，用25倍水萃取45分钟，萃取液酸碱值PH＝9，期间不断搅拌，向萃取后的飞灰中添加20％粘土，在捏合成型设备制出直径10mm、长度约10mm的圆柱状颗粒，进入一体式电热烧结炉中养护烧结9小时左右，烧结区温度1000℃，从烧结炉中出来的物料即为轻骨料，容重880kg/m3，抗压强度14.0Mpa，机械强度和重金属等污染物指标均满足建筑轻骨料的要求。飞灰中的二恶英分解率达到98％，产品的浸出实验表明重金属满足相关标准，整个过程排放废水和废气满足相关法规要求。
本发明与现有垃圾焚烧飞灰处理方法相比，具有以下优点(1)水萃取预处理可以去除90％以上的氯以及50％以上的碱金属，对于高碱金属氯化物的飞灰而言非常必要；可以抑制重金属挥发、防止尾气中二恶英的再合成以及提高烧结产品质量至关重要；(2)烧结产品为密度小于900kg/m3的轻骨料，产品的附加值得到大大提高。
(3)采用电热方式提供能量，尾气的产生量得到最大限度的降低，尾气处理方便，费用低。
(4)尾气处理采用急冷，严格控制二恶英的再合成，冷却废水作为萃取液的一部分进行回用。
权利要求
1.一种利用垃圾焚烧飞灰烧制轻质骨料的方法，其特征在于所述方法通过萃取分离技术去除大量可溶性氯盐；通过控制萃取过程的萃取剂用量和萃取液的酸碱值，降低飞灰中重金属类物质向萃取液相的迁移；通过添加粘结剂、造粒、烧结工艺获得轻质骨料，该方法包括以下步骤(1)首先对氯化物含量高的垃圾焚烧飞灰进行萃取除氯，同时调通过整溶液酸碱度控制重金属的浸出；(2)萃取分离后的飞灰水分含量为30-50％，通过输送装置输送到造粒成型设备，添加配置的添加剂后，利用成型设备造粒，粒度在5-20mm之间；(3)在干燥箱内养护，除去大部分水分，水分＜5％；(4)对养护后的颗粒在烧结炉内进行烧结，烧结温度范围900-1150℃；(5)冷却后即获得轻质骨料。
2.按照权利要求1所述的烧制轻质骨料的方法，其特征在于所述萃取剂为水或其它废碱液，萃取剂用量为液固比15～25。
3.按照权利要求1所述的烧制轻质骨料的方法，其特征在于所述萃取液酸碱值PH＞9。
4.按照权利要求1所述的烧制轻质骨料的方法，其特征在于所述添加剂为粘土，添加量为15-30％。
全文摘要
本发明涉及一种利用垃圾焚烧飞灰烧制轻质骨料的方法，属于含重金属危险废物的无害化处理和资源化利用技术。本方法是通过萃取分离技术去除大量可溶性氯盐；通过控制萃取过程的萃取剂用量和萃取液的酸碱值，降低飞灰中重金属类物质向萃取液相的迁移；通过添加粘结剂、造粒、烧结工艺获得轻质骨料。本发明克服了目前烧结技术不适于处理我国氯化物含量高的焚烧飞灰的缺点，解决氯化物导致污染控制效果差的问题，提供了一种结合萃取除盐的烧结工艺。克服了由于烧结过程中物料含水分大使物料裂开，强度下降的缺点。同时，本发明可分解破坏原料中的二恶英类污染物，将重金属固化在烧结产品中，并满足我国的毒性浸出标准，产品满足建筑轻骨料的要求。处理成本低于500元每吨。
文档编号C04B18/04GK1654403SQ200510011178
公开日2005年8月17日 申请日期2005年1月14日 优先权日2005年1月14日
发明者聂永丰, 李润东, 刘锋 申请人:清华大学