一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法

一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，将垃圾灰、盐渍土5、玻璃粉、碳酸钙、碳酸钠按一定重量比例混合，水料比为0.25～0.40，制成球形颗粒，再经干燥、烧结工艺制成；为垃圾的资源化利用开辟了更为广阔的用途渠道；本发明以危险废弃物--垃圾焚烧飞灰作为陶粒原料，通过特定工艺制备成高强陶粒，即便在恶劣环境下也有着极其显著的重金属固化性能，具有极高的稳定性和安全性。本发明既实现了固废的无害化处理、资源化利用，又避免了二次污染。
【专利说明】一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑材料和危险废物处理处置【技术领域】，尤其涉及一种垃圾焚烧灰固 化重金属高强陶粒的制备方法。

【背景技术】
[0002] 目前，我国经济建设取得令人瞩目的成果，同时出现的问题也越来越多。如，迅速 增长的生活垃圾，已经成为制约城市可持续发展的绊脚石。统计数据表明：2013年中国城 市的年生活垃圾量已超过2亿吨，而绿色化处理占的比例不到百分之十五。堆积的垃圾总 量已多达100亿吨，占用的土地达80万亩，这对自然环境造成了极其恶劣的危害。垃圾焚 烧可以大大降低垃圾的体积，一般可以减少到原体积的5%?30%，并减少有机毒性物质， 焚烧产生的余热还可用来发电等用途。垃圾焚烧后仍会有大量的灰渣，其大部分在垃圾焚 烧炉的炉排下，在烟气除尘器、余热锅炉等也都会存有灰渣。垃圾焚烧后，底灰大约占总渣 量的80%?90% ;而飞灰仅占总渣量10%?20%。底灰的有害物质含量较少，当成一般 固体废弃物处置即可；但飞灰的毒性较高不应轻易随便处置。造成飞灰毒性较高的原因有 两个，第一，重金属在垃圾焚烧时高温挥发，在净化系统中粘附在飞灰上；另外，垃圾焚烧会 产生二噁英，二噁英也会在焚烧时黏在飞灰上。因此，垃圾焚烧飞灰中含有浓度较高的重金 属，如铅、镉。还含有高浓度的二恶英，在对它们进行最终处置之前一般需先经过固化、稳定 化处理。
[0003] 当前，飞灰处置的主要技术主要有：熔融固化技术、水泥固化、化学药剂固化稳定 化等，经过安全处理后的产物，如满足浸出毒性标准或是符合资源化利用标准，可以进入普 通填埋场进行填埋处置或进行资源化利用。由于利用上述技术处置垃圾飞灰成本很高，所 以目前对于大多数的焚烧飞灰仍是进行简单的填埋。而国内的实际情况是：一方面，填埋场 地紧张，建设投入资金惊人，而飞灰先经固化再进行填埋的费用过高（1500元/吨?2500 元/吨）；另一方面，焚烧飞灰处置方式若为简单的填埋，其重金属将会溶出，对人体健康及 生态环境的造成严重的危害。因此，如何采取适当的技术处理焚烧飞灰，并达到稳定化、资 源化和无害化的目标，已成为当前许多学者研究的重点。
[0004] 环境保护部华南环境科学研究所的彭晓春和吴彦瑜的201210127664. 5号"一 种利用垃圾焚烧飞灰和玻璃粉制备陶粒的方法"和天津泰达环保有限公司的高亮等的 200610013336. 7号"利用垃圾焚烧飞灰为原料的陶粒及其制备方法"，其利用垃圾焚烧飞 灰制备陶粒，为建材行业处置焚烧飞灰提供了新的渠道。但两者在陶粒强度、吸水率和重金 属固化方面均有一定的局限性，还有很大的改进和提升空间。


【发明内容】

[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明人经过大量试验，开发出了一种垃圾焚烧灰固 化重金属高强陶粒的制备方法。
[0006] 本发明目的是提供一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，步骤包括：
[0007] 1)将盐渍土、垃圾灰和废玻璃，分别经干燥、破碎、球磨后过0. 6mm方孔筛，备用。
[0008] 2)烧制陶粒的混合料，由以下重量百分比的组分组成：垃圾灰60%?80% ;盐渍 土 5%?20% ;玻璃粉5%?10% ;碳酸钙3%?6% ;碳酸钠3%?6% ;水料的重量比为 0. 25 ?0. 40。
[0009] 3)取各组分充分搅拌均匀后，放入制粒机中制成球形料球颗粒。
[0010] 4)将步骤3)所得料球颗粒放入干燥箱中干燥，然后放入马弗炉中，按照以下工艺 过程烧结：
[0011] 预热：以6?KTC /分的升温速率，由室温升到400°C?600°C，保温30?50分 钟；
[0012] 焙烧：在1050°C?1150°C保温5-25分钟，升温速率10?15°C /分；
[0013] 降温退火：600°C以上时，以20°C /分的速率快速降温；温度降至600°C后，将球粒 从马弗炉中取出，放在室温下自然冷却，即得。
[0014] 步骤1)中的废玻璃，可以是普通玻璃板、玻璃瓶、白玻璃等。
[0015] 作为进一步优化技术方案，步骤3)中的料球颗粒的粒径选择为0. 6?I. 2cm。
[0016] 作为进一步优化技术方案，步骤2)中的发泡剂碳酸钙与碳酸钠之比为1:1.5。
[0017] 作为进一步优化技术方案，在干燥箱中干燥时，选择干燥温度为105°C，干燥时间 为12小时。
[0018] 本发明的优点和特点：
[0019] 1.本发明为垃圾的资源化利用开辟了更为广阔的用途渠道。本发明将危险废弃 物-垃圾焚烧飞灰作为原料制备出垃圾灰高强陶粒，既实现了固废的无害化处理、资源化 利用，又避免了二次污染。
[0020] 2.本发明制备的产品高强陶粒具有质轻、高强、经久耐用，和重金属固化效果好的 优点，可以作为保温材料；目前我国基础建设推进较快，所需的建筑材料也大大增加，本陶 粒也可以代替砂石作为轻质混凝土中的骨料，能大大缓解自然骨料的压力。
[0021] 3.本发明实现了有效双重固化垃圾焚烧飞灰中有毒重金属，实现了垃圾飞灰中的 铅、铜等重金属的双重固化。陶粒的浸出毒性均远远低于国家标准，并且该陶粒针对恶劣 环境（酸/碱性条件下）也有着极其显著的重金属固化性能，具有极高的稳定性和安全性。 因此，即便使用垃圾焚烧飞灰制备，本陶粒仍可放心的用于建筑及其他行业。

【专利附图】

【附图说明】
[0022] 图1为本方法的制备流程图。
[0023] 其中：1.垃圾焚烧灰渣；2.烘干；3.球磨粉碎；4.玻璃粉；5.盐渍土；6.发泡剂； 7.称量；8.搅拌；9.造粒；10.料球干燥；11.焙烧；12.冷却；13.性能检测。

【具体实施方式】
[0024] 为了便于对本发明的理解，下面做进一步详细说明，但并不限制本发明。
[0025] 在实施本发明时，可根据不同用途，调节料球颗粒的粒径。
[0026] 尽管对本发明进行了具体说明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离如所附的 权利要求中所定义本发明的精髓和范围内，可以在形式和细节上进行多种变化。
[0027] 实施例I
[0028] 将盐渍土、垃圾灰和废玻璃经干燥、破碎、球磨后过0. 6mm方孔筛；按重量取垃圾 灰60 %、盐渍土 18 %、玻璃粉10 %、碳酸钙6 %和碳酸钠6 %，混合搅拌均匀，水料比0. 3，得 混合料；将所得混合料放入制粒机中造成粒径为〇. 6?I. 2cm的球形料球颗粒；将料球颗 粒放入干燥箱中于105°C下干燥12小时；然后将干燥后的生料球放入马弗炉中，按照以下 工艺进行烧结：
[0029] 预热温度：以6°C /分的升温速率，由室温升到400°C，保温30分钟；
[0030] 焙烧阶段：1150°C保温15分钟，升温速率15°C /分；
[0031] 降温退火阶段：600°C以上时，以20°C /分的速率快速降温，至600°C时，将陶粒从 马弗炉中取出放在室温下急速冷却，即得垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒。
[0032] 所得陶粒的容重为800kg/m3,筒压强度为10. 52Mp，吸水率为6. 94%。其机械强度 和重金属污染指标均满足国家建筑高强轻集料的要求。
[0033] 根据国家标准GB5085. 2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法一水平震荡法》，对飞 灰和本产品陶粒浸出毒性进行试验，陶粒浸出浓度Cu为0. 0718mg/L、Zn为0. 4199 mg/L、 Pb为0. 0900 mg/L、Cr为0. 0422 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准及危险废物填埋标准》 的要求。
[0034] 实施例2
[0035] 按重量百分比取垃圾灰70% ;盐渍土 10%;玻璃粉8%;碳酸钙6%和碳酸钠6%， 混合搅拌均匀；按水料比〇. 26,得混合料；将所得混合料放入制粒机中造成粒径为0. 6? I. 2cm的球形料球颗粒；将料球颗粒放入干燥箱中于105°C下干燥12小时；然后将干燥后 的生料球放入马弗炉中，按照以下工艺进行烧结：
[0036] 预热温度：以8°C /分的升温速率，由室温升到400°C，保温40分钟；
[0037] 焙烧阶段：110(TC保温25分钟，升温速率KTC /分；
[0038] 降温退火阶段：600°C以上时，以20°C /分的速率快速降温，至600°C时，将陶粒从 马弗炉中取出放在室温下急速冷却，即得垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒。
[0039] 所得陶粒的容重为742kg/m3,筒压强度为6. 48Mp，吸水率为2. 94%，其机械强度和 重金属污染指标均满足国家建筑高强轻集料的要求。
[0040] 按照国家标准GB5085. 2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法一水平震荡法》，对飞 灰和陶粒浸出毒性进行试验，陶粒浸出浓度Cu为0. 0769mg/L、Zn为0. 4384 mg/L、Pb为 0. 1005mg/L、Cr为0. 0411 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准及危险废物填埋标准》的要 求。
[0041] 实施例3
[0042] 按重量百分比取垃圾灰75%、盐渍土 5%、玻璃粉10%、碳酸钙4%和碳酸钠混合 搅拌均匀；按水料比〇. 26,得混合料。将所得混合料放入制粒机中造成粒径为0. 6?I. 2cm 的球形料球颗粒；将料球颗粒放入干燥箱中于l〇5°C下干燥12小时；然后将干燥后的生料 球放入马弗炉中，按照以下工艺进行烧结：
[0043] 预热温度：以KTC /分的升温速率，由室温升到500°C，保温40分钟；
[0044] 焙烧阶段：1100°C保温20分钟，升温速率12°C /分；
[0045] 降温退火阶段：600°C以上时，以20°C /分的速率快速降温，至600°C时，将陶粒从 马弗炉中取出放在室温下急速冷却，即得垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒。
[0046] 所得陶粒的容重为663kg/m3,筒压强度为5. 35Mp，吸水率为7. 6%，其机械强度和 重金属污染指标均满足国家建筑高强轻集料的要求。
[0047] 根据国家标准GB5085. 2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法一水平震荡法》，对飞 灰和陶粒浸出毒性进行试验，陶粒浸出浓度Cu为0. 0611mg/L、Zn为0. 4164mg/L、Pb为 0. 0736mg/L、Cr为0. 0427 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准及危险废物填埋标准》的要 求。
[0048] 实施例4
[0049] 按重量百分比取垃圾灰65 %、盐渍土 15 %、玻璃粉8 %、碳酸钙6 %和碳酸钠6 % 混合搅拌均匀；按水料比〇. 26,得混合料。将所得混合料放入制粒机中造成粒径为0. 6? 1. 2cm的球形料球颗粒；将料球颗粒放入干燥箱中于105°C下干燥12小时；然后将干燥后 的生料球放入马弗炉中，按照以下工艺进行烧结：
[0050] 预热温度：以KTC /分的升温速率，由室温升到600°C，保温50分钟；
[0051] 焙烧阶段：1140°C保温20分钟，升温速率15°C /分；
[0052] 降温退火阶段：600°C以上时，以20°C /分的速率快速降温，至600°C时，将陶粒从 马弗炉中取出放在室温下急速冷却，即得垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒。
[0053] 所得陶粒的容重为776kg/m3,筒压强度为9. 97Mp，吸水率为7. 2%，其机械强度和 重金属污染指标均满足国家建筑高强轻集料的要求。
[0054] 根据国家标准GB5085. 2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法一水平震荡法》，对 飞灰和陶粒浸出毒性进行试验，陶粒浸出浓度Cu为0. 0787mg/L、Zn为0. 3812mg/L、Pb为 0. 0986mg/L、Cr为0. 0363 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准及危险废物填埋标准》的要 求。
[0055] 对比试验1
[0056] 采用国家标准GB5085. 2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法一水平震荡法》，对飞 灰浸出毒性进行试验，并对浸出液中的Cu、Zn、Pb、Cr的含量用火焰原子吸收光谱仪测定， 结果见表1。
[0057] 表1垃圾飞灰浸出毒性实验结果（mg/L)

【权利要求】
1. 一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于包括步骤： 1) 将盐渍土、垃圾灰和废玻璃，分别经干燥、破碎、球磨后过0. 6_方孔筛，备用。 2) 烧制陶粒的混合料，由以下重量百分比的组分组成：垃圾灰60%?80% ;盐渍土 5 %?20 % ;玻璃粉5%?10% ;碳酸钙3 %?6% ;碳酸钠3 %?6 % ;水料的重量比为 0. 25 ?0. 40。 3) 取各组分充分搅拌均匀后，放入制粒机中制成球形料球颗粒。 4) 将步骤3)所得料球颗粒放入干燥箱中干燥，然后放入马弗炉中，按照以下工艺过程 烧结： 预热：以6?10°C /分的升温速率，由室温升到400°C?600°C，保温30?50分钟； 焙烧：在l〇50°C?1150°C保温5-25分钟，升温速率10?15°C /分； 降温退火：600°C以上时，以20°C /分的速率快速降温；温度降至600°C后，将球粒从马 弗炉中取出，放在室温下自然冷却，即得。
2. -种如权利要求1所述垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于料 球颗粒的粒径为〇. 6?1. 2cm。
3. -种如权利要求1所述垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于步 骤2)中的发泡剂碳酸钙与碳酸钠之比为1:1. 5。
4. 一种如权利要求1所述垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于在 干燥箱中干燥时，干燥温度为l〇5°C，干燥时间为12小时。
【文档编号】C04B33/135GK104402403SQ201410552751
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】曲烈, 王渊, 杨久俊, 张磊 申请人:天津城建大学