本发明实施例涉及环境工程
技术领域：
，具体涉及一种用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料及制备工艺与处理方法。
背景技术：
：垃圾焚烧飞灰是垃圾焚烧后经尾气净化系统捕集的固体废物，富含多种浸出毒性高的重金属以及二噁英等有毒有害物质，如果对垃圾焚烧飞灰处置不合理，在某些特殊情况下这些有毒有害物质从飞灰中渗出，会对周边环境中的水体、土壤等造成严重的污染，破坏生态环境，危害人类生命安全，因而被列入《国家危险废物名录》(2016版)，属于国家严格管控的危险废物。熔融处理是利用燃料或电力加热飞灰到熔融温度，飞灰中的有机物发生热分解、燃烧及气化，无机物则熔融形成玻璃质熔融液。由于飞灰熔融温度高达1300℃，飞灰中的二噁英等有机污染物因高温分解和紫外线辐射而被破坏，避免了飞灰二噁英污染。飞灰中所含的重金属盐类，少部分发生气化(主要是低熔点物质)进入烟气，大部分则转移到熔融液中，熔融液经冷却形成的玻璃体，将重金属固化在其网络结构中实现稳定化目的，玻璃体的有害物质浸出特性明显降低，密度显著增加，熔融产物减容可达1/2以上，并且玻璃体的性质稳定，强度较高，可作为路基材料，达到有效利用的目的。熔融处理优点为减重程度高、减容比例大、消解有机污染物彻底、重金属稳定化固化可靠；缺点是工艺能耗大、设备花费大、重金属容易形成二次污染，消除二次污染操作难度和成本较大。有鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：为此，本发明实施例提供一种用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料及制备工艺与处理方法，该床层材料在进行熔融处理时，熔融温度降低，熔融产物玻璃体的重金属浸出浓度远低于标准限值，且烟气中二噁英和常规污染物含量均符合国家规定，彻底实现了飞灰的无害化，具有节约能源、降低成本、以废治废、协同处置，且易于大规模工业化应用的优点，以解决现有垃圾焚烧飞灰熔融处理中存在的的问题。为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：根据本发明实施例的第一方面，本发明实施例提供了一种用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料，所述床层材料由原料粉体和液体制成，按重量百分含量计，所述原料粉体包括飞灰70～80％、二氧化硅0～20％、碱性药剂0～15％、助熔剂1～5％、粘结剂1～5％、碳粉1～5％，所述液体选自自来水、沼液、渗沥液中的一种或者多种，所述液体的添加量为原料粉体总重量的3～8％。进一步地，所述飞灰取自垃圾焚烧厂的sda脱硫塔和布袋除尘器。进一步地，所述助熔剂由重量比为0.1～0.3：0.1～0.3：0.1～0.3：0.1～0.2的tio2、mgo、b2o3/硼砂、caf2混合制成。进一步地，所述粘结剂选自膨润土、偏硅酸钠、腐殖酸钠中的一种或者多种。进一步地，所述碳粉选自煤粉、焦炭、木炭、气化残渣中的一种或者多种。进一步地，所述二氧化硅选自废玻璃、硅砂、石英砂中的一种或者多种。进一步地，所述碱性药剂选自纯碱、生石灰、白云石中的一种或者多种。根据本发明实施例的第二方面，本发明实施例提供了一种上述的用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：(1)原料预处理飞灰、二氧化硅、碱性药剂、助熔剂、粘结剂、碳粉分别进行破碎，破碎后各组分的粒度为50～200目；(2)制备泥料飞灰、二氧化硅、碱性药剂、助熔剂、粘结剂、碳粉、液体按照重量配比进行混合，搅拌均匀制成泥料；(3)挤压成型将泥料导入造粒成型机进行挤压成型，经冷却、自然干燥、筛分后制得用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料。进一步地，挤压成型的压力为0.8～1.5mpa。根据本发明实施例的第三方面，本发明实施例提供了一种由上述的工艺制成的用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料的处理方法，将所述床层材料添加至熔融炉中进行加热熔融处理，所述加热熔融处理的温度为1300～1350℃，时间为24～48h，形成的熔融液经水淬形成玻璃体。本发明实施例具有如下优点：1、本发明实施例床层材料以飞灰、二氧化硅、碱性药剂、助熔剂、粘结剂和碳粉为原料，不仅能够实现飞灰高温熔融的熔点低、流动性好、粘度低等特性，且外加辅助料量低于30％，实现飞灰高温熔融处理的低能耗。2、本发明实施例的助熔剂包括tio2、mgo、b2o3、caf2，各组分之间复配作用增强，该助融剂作为飞灰高温熔融的成核剂，能显著降低飞灰熔融温度和熔融粘度，提高熔融液的流动性，且熔融产物玻璃体的重金属浸出浓度远低于标准限值，提高重金属的固化率，烟气中二噁英和常规污染物含量均符合国家规定，彻底实现了飞灰的无害化处理，以解决垃圾焚烧飞灰所造成的二次污染等问题，同时可对玻璃体进行再回收利用，具有一定的经济效益。3、本发明实施例的床层材料中的液体选自自来水、沼液或渗沥液，实现“以废治废，协同处置”的环保理念。4、本发明实施例公开的方法简单，可操作性强，易于大规模工业化生产与应用。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。其中，沼液为生活垃圾厌氧罐产生的废液。渗沥液为生活垃圾料坑和垃圾填埋场产生的废液。废玻璃为垃圾焚烧厂分选车间产生的。气化残渣为垃圾气化炉产生的底渣。实施例1本实施例的飞灰取自北京某垃圾焚烧厂的sda的脱硫塔和布袋除尘器，经x射线荧光光谱仪分析，其基本成分见表1。表1飞灰的基本成分(质量分数)％caosio2clsal2o3chmgofe2o336.808.4224.693.623.013.240.332.331.07助熔剂由重量比为0.2：0.3：0.1：0.2的tio2、mgo、b2o3、caf2混合制成。本实施例的用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料的制备工艺包括以下步骤：(1)原料预处理将飞灰、助熔剂分别进行破碎，破碎后各组分的粒度为100～120目；(2)原料配比将破碎后的飞灰、硅砂、生石灰、助熔剂、膨润土、煤粉、沼液按照重量比0.7：0.08：0.12：0.05：0.03：0.02：0.04进行混合，搅拌均匀制成泥料；(3)挤压成型将泥料导入造粒成型机进行挤压成型，挤压成型的压力为1.2mpa，经冷却，筛分后制得直径为30～40mm的球体。实施例2本实施例的飞灰组成与实施例1的飞灰组成相同。助熔剂由重量比为0.3：0.1：0.2：0.1的tio2、mgo、硼砂、caf2混合制成。本实施例的用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料的制备工艺包括以下步骤：(1)原料预处理飞灰、废玻璃、纯碱、助熔剂、偏硅酸钠、木炭分别进行破碎，破碎后各组分的粒度为60～80目；(2)原料配比将破碎后的飞灰、废玻璃、纯碱、助熔剂、偏硅酸钠、木炭、渗沥液按照重量比0.74：0.11：0.06：0.04：0.03：0.02：0.07进行混合，搅拌均匀制成泥料；(3)挤压成型将泥料导入造粒成型机进行挤压成型，挤压成型的压力为1.0mpa，经冷却，筛分后制得直径为40～45mm的球体。实施例3本实施例的飞灰取自北京某垃圾焚烧厂的sda的脱硫塔和布袋除尘器，经x射线荧光光谱仪分析，其基本成分见表2。表2飞灰的基本成分(质量分数)％caosio2clsal2o3chmgofe2o336.408.1923.163.552.973.260.282.440.97助熔剂由重量比为0.2：0.2：0.1：0.2的tio2、mgo、b2o3、caf2混合制成。本实施例的用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料的制备工艺包括以下步骤：(1)原料预处理飞灰、硅砂、纯碱、助熔剂、膨润土、气化残渣分别进行破碎，破碎后各组分的粒度为120～150目；(2)原料配比将破碎后的飞灰、硅砂、纯碱、助熔剂、膨润土、气化残渣、渗沥液按照重量比0.77：0.12：0.04：0.03：0.02：0.02：0.05进行混合，搅拌均匀制成泥料；(3)挤压成型将泥料导入造粒成型机进行挤压成型，挤压成型的压力为1mpa，经冷却，筛分后制得直径45～50mm的球体。实施例4本实施例的飞灰组成与实施例3的飞灰组成相同。助熔剂由重量比为0.3：0.15：0.1：0.2的tio2、mgo、硼砂、caf2混合制成。本实施例的用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料的制备工艺包括以下步骤：(1)原料预处理飞灰、废玻璃、助熔剂、偏硅酸钠、焦炭分别进行破碎，破碎后各组分的粒度为80～100目；(2)原料配比将破碎后的飞灰、废玻璃、助熔剂、偏硅酸钠、焦炭、沼液按照重量比0.8：0.14：0.02：0.02：0.02：0.06进行混合，搅拌均匀制成泥料；(3)挤压成型将泥料导入造粒成型机进行挤压成型，挤压成型的压力为1.2mpa，经冷却，筛分后制得长宽厚分别为40～60mm、40～60mm、20～40mm的块状体。对比例1本对比例的用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料的制备工艺与实施例1的区别仅在于，原料粉体中不包括助熔剂。对比例2本对比例的用于垃圾焚烧飞灰熔融的床层材料的制备工艺与实施例1的区别仅在于，所使用的助熔剂不同，本对比例的助熔剂不包含mgo，具体的，本对比例使用的助熔剂由重量比为0.5：0.1：0.2的tio2、b2o3、caf2混合制成。测试例(一)垃圾焚烧飞灰的熔融特性1参考标准gb/t219-1996(煤灰熔融性测试方法)，对实施例1-4及对比例1-2制得的床层材料的熔融特征温度进行测试。结果见表3。表3床层材料流动温度(ft)/℃流动状态实施例11320好实施例21350好实施例31300好实施例41350好对比例11450差对比例21400一般结果表明：相对于对比例1-2的床层材料，本发明实施例制得的床层材料的流动温度(ft)降低，形成的熔融玻璃体的流动状态更佳，实现降低熔融处理的能源消耗的目的。2浸出毒性测试将实施例1-4及对比例1-2制得的床层材料分别添加至熔融炉中进行加热熔融处理，形成的熔融液经水淬形成玻璃体。按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)的规定：称取干基重量为100g的式样，置于2l提取瓶中，加蒸馏水1l，固液比为1:10。用naoh或hci调节ph。将塑料瓶垂直固定于振荡器上，调节振荡频率为110±10次/min，振幅40mm。实验温度为室温(25±5℃)。振荡时间8h，放置16h，用玻璃漏斗，0.45μm滤膜过滤，用锥形瓶接取滤液。然后用原子吸收分光光度计测定重金属含量。hg采用荧光屏分光光度计测定。测试结果见表4。采用标准：《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(gb5085.3-2007代替gb5085.3-1996)表4mg/l结果表明：本发明实施例1-4及对比例1-2的床层材料经熔融处理得到的玻璃体的重金属浸出浓度均在标准限值以下，且相对于对比例，本发明实施例的床层材料经熔融处理后的玻璃体的重金属浸出浓度较远低于标准限值，说明本发明实施例床层材料更加有效地将重金属包裹固化在玻璃体晶格结构内，大大降低了其浸出毒性，实现废物资源化再利用的目的。3烟气检测1)二噁英对本发明实施例的床层材料在熔融处理中产生的烟气中的二噁英含量进行了检测，结果表明，二噁英总毒性当量浓度为0.082-0.125ng/m3，远低于国家规定的0.5ng/m3的标准，本发明实施例的床层材料的处理方法实现了对尾气中二噁英的有效控制，避免了对环境的二次污染。2)常规污染物参照《固定污染源排气颗粒物测定与气态污染物采样方法》(gb/t16157-1996)，对烟气中各污染物浓度进行了测试，测试结果见表5。表5测试项目检测结果标准限值颗粒物质量浓度8.7～12.0100砷排放质量浓度0.05～0.081.0镍排放质量浓度0.02～0.061.0汞排放质量浓度0.004～0.090.1镉排放质量浓度0.008～0.0150.1铅排放质量浓度0.005～0.0181.0锰排放质量浓度0.06～0.364.0铜排放质量浓度0.08～0.224.0铬排放质量浓度0.02～0.354.0so2排放质量浓度15.8～25.5400nox排放质量浓度2.8～4.0500hcl排放质量浓度0.5～1.2100co排放质量浓度2.2～5.0100结果表明：烟气中常规污染物均符合国家规定的排放限值。本发明实施例的床层材料在进行熔融处理时，熔融温度降低，熔融产物玻璃体的重金属浸出浓度远低于标准限值，且烟气中二噁英和常规污染物含量均符合国家规定，彻底实现了飞灰的无害化，具有节约能源、降低成本、以废治废、协同处置，且易于大规模工业化应用的优点，以解决现有垃圾焚烧飞灰熔融处理中存在的的问题。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。当前第1页12