本发明涉及危险废物无害化处理技术领域，特别是涉及焚烧处置残渣处理方法。
背景技术：
焚烧处置残渣在《国家危废名录》(环境保护部令部令第39号)中危废类别为hw18，来源于环境治理行业的生活垃圾焚烧飞灰、危险物焚烧、热解等处置过程产生的底渣等过程中产生的非玻璃态物质和飞灰，危险特效为：毒性。
传统的焚烧处置残渣的处理方法主要是通过水泥固化－危废填埋场。这种焚烧处置残渣处理方法需要消耗大量的水泥对其固化，固化后填埋需要占用填埋场较大的空间，处理成本及维护成本高昂。
技术实现要素：
基于此，有必要针对传统的焚烧处置残渣处理工艺成本高昂的技术问题，提供一种焚烧处置残渣处理方法。
本发明提供的一种焚烧处置残渣处理方法，其中，所述处理方法包括以下步骤：
将待处理焚烧处置残渣与处理助剂混合制得焙烧混合物，所述处理助剂中含有铁、硅及钙三种元素中的任意一种或几种元素，使所述焙烧混合物中铁、硅及钙三种元素的重量份数比如下：铁：硅：钙＝(11～43)：(11～22)：(3.5～18)；
将所述焙烧混合物投入回转窑中进行焙烧还原挥发处理，还原挥发金属后制得熔渣；
将所述熔渣冷却固化，制得玻璃态固体窑渣。
在其中一个实施例中，所述焙烧混合物中所述铁、硅及钙三种元素的总含量为25.5～83％。
在其中一个实施例中，所述处理助剂包括炼钢厂瓦斯灰、炼钢厂布袋灰、锌冶炼过程中产生的浸出渣、锌冶炼过程中产生的铁矾渣、锌冶炼过程中产生的针铁矿渣、铅锌冶炼生产过程中废污水处理渣、铅锌冶炼产生的水淬渣、铅锌冶炼产生的燃料处理物、《国家废物名录》废物类别为hw17的表面处理废物、《国家废物名录》废物类别为hw23的含锌废物以及《国家废物名录》废物类别为hw48的有色金属废物中的任意一种或几种。
在其中一个实施例中，所述表面处理废物为含锌废渣和废水处理污泥；
所述有色金属废物为含有铁、硅及钙三种元素任意一种或几种的有色金属废物；
所述含锌废物为金属表面处理及热处理加工中的布袋除尘器收集的含锌粉尘。
在其中一个实施例中，所述焙烧混合物还包括含锌物料。
在其中一个实施例中，所述焙烧混合物中还包括焙烧还原剂。
在其中一个实施例中，所述焙烧还原剂包括碳粉、煤、焦炭中的任意一种或几种。
在其中一个实施例中，所述焙烧还原处理包括焙烧预热带、焙烧反应带及焙烧冷却带；所述焙烧反应带的温度为1100～1250℃。
在其中一个实施例中，还包括以下步骤：
将所述焙烧还原处理产生的烟气通过收集处理，得到富金属氧化物产品。
在其中一个实施例中，还包括以下步骤：
将所述玻璃态固体通过选矿处理，得到富金属产品。
上述焚烧处置残渣处理方法，利用现有的回转窑，通过将焚烧处置残渣与含有铁、硅及钙三种元素中的任意一种或几种元素的处理助剂混合，使得焙烧混合物中铁、硅及钙三种元素在一定的配比范围内，从而经过焙烧还原处理得到熔渣冷却后，制得玻璃态固体窑渣，该玻璃态固体属于一般废弃物，可直接作为水泥生产原料。避免使用高价格的水泥原料，大大降低了焚烧处置残渣的处理成本。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，对本发明的焚烧处置残渣处理方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的焚烧处置残渣处理方法，包括以下步骤：
步骤一：将待处理焚烧处置残渣与处理助剂混合制得焙烧混合物，其中，处理助剂中含有铁、硅及钙三种元素中的任意一种或几种元素，使焙烧混合物中铁、硅及钙三种元素的重量份数如下：
铁：硅：钙＝(11～43)：(11～22)：(3.5～18)；
步骤二：将焙烧混合物投入回转窑中进行焙烧还原挥发处理，还原挥发金属后制得熔渣；
步骤三：将熔渣冷却固化，制得玻璃态固体窑渣。
本发明的焚烧处置残渣处理方法，基于中国焚烧处置残渣的性质和处理特性，从焚烧处置残渣处理、利用技术的资源化利用以及对环境影响等方面加以考虑，既考虑到焚烧处置残渣资源化利用的可行性，又在经济成本与环境保护中找到了最佳的平衡点，利用现有的回转窑处理焚烧处置残渣，避免使用高价格的水泥原料，大大降低了焚烧处置残渣的处理成本；使焚烧处置残渣处理产物的环境特性不仅能够达到所限定的标准，还能够对处理产物加以利用，大大降低了处理成本以及提高了产物的利用率。
利用现有的回转窑，通过将焚烧处置残渣与含有铁、硅及钙三种元素中的任意一种或几种元素的处理助剂混合，使得焙烧混合物中铁、硅及钙三种元素在一定的配比范围内，从而经过焙烧还原挥发处理得到熔渣。熔渣是焙烧还原处理的产物，是各种氧化物及金属在一定温度条件下形成化合物、共晶体、固溶体的熔体，其组分主要来源待处理物料，即焚烧处置残渣和处理助剂。熔渣的性质往往取决于待处理物料的组分，待处理物料的融化速度、金属成分及渣分离程度是生产技术经济指标。
熔渣冷却后，制得玻璃态固体窑渣，玻璃态固体(类似于铁橄榄石)属于一般废弃物，可直接排放，达到无害化要求。焚烧处置残渣中的重金属(如铜、铁、铅、镉、铬等)能够在玻璃态固体中长期稳定存在，也能够避免对环境的二次污染破坏。此外，玻璃态固体还可以作为水泥生产原料，能够实现其资源化利用。
进一步地，通过使焙烧混合物中铁、硅及钙三种元素的重量份数比为铁：硅：钙＝(11～43)：(11～22)：(3.5～18)，能够使焙烧处理后的熔渣熔点低于1150℃，较低的熔点可以降低焙烧还原剂的消耗以及提供适宜的处理速度。
进一步地，焙烧后形成cao-feo-sio2三元系渣型，该三元系渣型的物理化学性质，诸如黏度、密度、溶化性温度、表面张力等能够适合重金属的富集回收和形成稳定化的玻璃态固体，并且稳定化的玻璃态固体能够使其中的重金属稳定存在于其中，避免其释放造成二次污染。例如，焙烧后形成cao-feo-sio2三元系渣型的黏度优选为1～2pa·s，该黏度范围能够保证熔渣很好的流动性，使熔渣顺利从回转窑中排出及便于冷却固化。可选地，冷却固化可以采用水冷固化。
作为一种可选实施方式，焙烧混合物中铁、硅及钙三种元素的总含量为25.5～83％。
焙烧混合物中铁、硅及钙三种元素含量及比例是影响焚烧处置残渣处理方法各项技术、经济指标的重要参数，如影响金属的回收率、焙烧还原剂的消耗以及玻璃态固体的形成。当焙烧混合物中铁、硅及钙三种元素的总含量为25.5～83％时，能够确保玻璃态固体的形成以及控制金属的回收率、焙烧还原剂的消耗在适宜的范围。
作为一种可选实施方式，上述处理助剂可以选自炼钢厂瓦斯灰、炼钢厂布袋灰、锌冶炼过程中产生的浸出渣、锌冶炼过程中产生的铁矾渣、锌冶炼过程中产生的针铁矿渣、铅锌冶炼生产过程中废污水处理渣、铅锌冶炼产生的水淬渣、铅锌冶炼产生的燃料处理物，《国家废物名录》废物类别为hw17的表面处理废物、《国家废物名录》废物类别为hw48的有色金属废物以及《国家废物名录》废物类别为hw23的含锌废物中的任意一种或几种。
进一步地，表面处理废物为含锌废渣和废水处理污泥；有色金属废物为含有铁、硅及钙三种元素任意一种或几种的有色金属废物；含锌废物为金属表面处理及热处理加工中的布袋除尘器收集的含锌粉尘。
其中，炼钢厂瓦斯灰、炼钢厂布袋灰、锌冶炼过程中产生的浸出渣、锌冶炼过程中产生的铁矾渣、锌冶炼过程中产生的针铁矿渣、铅锌冶炼生产过程中废污水处理渣、铅锌冶炼产生的水淬渣、铅锌冶炼产生的燃料处理物、及有色金属废物均为待处理的废弃物，需要进一步处理后才能排放或填埋。本发明的焚烧处置残渣处理方法一方面能够处理焚烧处置残渣，一方面利用上述废弃物中的铁、硅、钙等元素，另一方面也能够对上述废弃物进行协同处理，大大提高了处理效率和价值。
作为一种可选实施方式，所述焙烧混合物还包括含锌物料。进一步地，含锌物料可以是含锌固体、含锌危废。
锌还原挥发法处理工艺，广泛用于处理各种含锌固体、含锌危废。其工艺过程是含锌物料中配炭粉，进入回转窑内高温焙烧还原处理。含锌物料中的金属氧化物，诸如氧化锌、氧化铅等与炭粉接触，被还原成金属蒸气而进入气相，在气相中又被氧化成金属氧化物，并与烟气一同进入收尘系统被捕集下来。
含锌固体、含锌危废中往往同时存在锌、铅、锡、铟、铁、钙、硅等多种元素的氧化物，其中的锌、铅、锡、铟等金属氧化物在焙烧还原处理中被还原成金属蒸汽进入气相，在气相中又被氧化成金属氧化物，并与烟气一通进入收尘系统被捕集下来；其中的铁、钙、硅、锍、其他不易挥发的重金属(银、铜等)及相应的氧化物留在熔渣中。
本发明的焚烧处置残渣处理方法与锌还原挥发法处理工艺协同进行，能够同时实现焚烧处置残渣的处理及锌还原挥发的回收，二者之间即不影响其原有的处理或回收效果，此外，锌还原挥发将成为熔渣的成分又能够作为焚烧处置残渣处理的处理助剂，提供所需的铁、硅及钙元素，焚烧处置残渣中的部分重金属也能通过还原挥发法被收集加以资源化利用，避免重金属长期存在对环境可能造成的影响。通过焚烧处置残渣处理方法与锌还原挥发法处理工艺的协同进行，能够大大提高二者的处理效率，降低处理成本，并实现锌还原挥发法处理工艺窑渣的综合利用。
可选地，焙烧处理后的窑渣熔点低于1150℃，可以为锌还原挥发处理工艺提供适宜的还原挥发速率，有利于锌的回收。
作为一种可选实施方式，焙烧混合物中还包括焙烧还原剂。可选地，焙烧还原剂可以碳粉、煤、焦炭中的一种或几种。焙烧还原剂为焙烧还原处理提供还原物料，能够使焙烧还原反应顺利进行。
在其他实施方式中，焙烧还原剂也可以与焙烧混合物分别投入回转窑中。
作为一种可选实施方式，待处理焚烧处置残渣与处理助剂按照物料配比，通过机械混料由皮带料层布料后将焙烧混合物投入回转窑中。
作为一种可选实施方式，焙烧还原处理包括焙烧预热带、焙烧反应带及焙烧冷却带，其中焙烧反应带的温度为1100～1250℃。焙烧反应带的温度能够确保焙烧反应的顺利进行，使焙烧混合物中的金属氧化物被还原成金属蒸汽进入气相，并能确保窑渣中各种氧化物及金属在该温度条件下形成化合物、共晶体、固溶体的熔体。可选地，通过调整焙烧还原剂的添加料、焙烧混合物的总量以及其在焙烧预热带、焙烧反应带及焙烧冷却带的滞留时间调控焙烧还原挥发处理进程。可选地，主要根据物料滞留时间、焙烧反应带温度控制反应过程。
作为一种可选实施方式，本发明的焚烧处置残渣处理方法还包括以下步骤：所述焙烧还原处理产生的烟气通过收集处理，得到富金属氧化物产品。以实现对焚烧处置残渣及处理助剂中的易挥发的金属回收利用。富金属氧化物产品主要包含焙烧混合物中易挥发的金属，如锌、铅、锡、锑、铟等。富金属氧化物产品主要包含焙烧混合物中易挥发的金属被碳还原挥发于气相烟气中。烟气通过冷却收集及布袋除尘器或电除尘器收集获得富集的含锌产品，可用于锌及其他金属生产的原料。尾气经过脱硫及电除雾消除有机气溶胶处理后达标排放。
作为一种可选实施方式，本发明的焚烧处置残渣处理方法还包括以下步骤：将所述玻璃态固体通过选矿处理，得到富金属产品。富金属产品主要包含来源于焙烧混合物中不易挥发的金属，如铁、铜等，可用于铁、铜的生产原料或辅料造渣剂。以实现对焚烧处置残渣及处理助剂中不易挥发的金属回收利用。进一步地，选矿处理的尾渣可作用生产硅酸盐水泥的原料。
实施例1
对待处理焚烧处置残渣及处理助剂进行成分分析，本实施例中待处理焚烧处置残渣为焚烧飞灰，选用的处理助剂为锌冶炼过程中产生的浸出渣、铅锌冶炼产生的水淬渣及炼钢厂瓦斯灰；根据成分分析结果计算焚烧处置残渣及各处理助剂的配料比，按配料比将待处理焚烧飞灰与处理助剂通过机械混合，制得焙烧混合物，本实施例中成分分析结果及配料比如表1所示。
将焙烧混合物与焙烧还原剂混合后通过皮带料层布料后将焙烧混合物投入回转窑中进行焙烧还原处理。本实施例的回转窑的总长度为48米，其中焙烧预热带长度为12米，物料停留时间为15～30分钟；焙烧反应带长度为32米，温度为1250℃，物料停留时间为40～80分钟；冷却带，焙烧冷却带长度为4米，物料停留时间为4～8分钟，制得熔渣。焙烧混合物中易挥发的金属—锌、铅、锡、锑、铟等被碳还原挥发于气相烟气中。烟气通过冷却收集及布袋除尘器或电除尘器收集获得富集的含锌产品，可用于锌及其他金属生产的原料，其中含锌产品的成分如表1所示。尾气经过脱硫及电除雾消除有机气溶胶处理后达标排放。焙烧混合物中难挥发金属-铁、银、铜等形成单质或锍及氧化态存在于熔渣中。
将熔融态的熔渣排出回转窑水冷冷却固化，制得玻璃态固体窑渣。其中，
玻璃态固体窑渣的成分如表1所示。
表1实施例1的投入及产出成分表
其中，中间品是高温烟气进入布袋除尘器前冷却过程中的沉降物，可选地，先沉降的中间品含锌较低，可返回配料处理。
实施例2
以与实施例相同的处理方法处理焚烧处置残渣，不同之处在配入的物料不一样，本实施例中选用的待处理焚烧处置残渣为底渣，处理助剂为锌冶炼过程中产生的浸出渣、锌冶炼过程中产生的铁矾渣及废污水处理渣，还原燃料用焦炭；实施例2的投入及产出成分表如表2所示。
表2实施例2的投入及产出成分表
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。