一种垃圾焚烧灰渣重金属固化方法与流程

本发明属于固废处置与资源化利用领域，具体涉及一种垃圾焚烧灰渣重金属固化方法。

背景技术：

2017年我国生活垃圾清运量达2.36亿吨，每年以约10％的速度持续增加，垃圾焚烧处理具有快速减容、减量、去害的能力，处理率可达40％，焚烧处理后产生底渣约占垃圾重量25％～30％，飞灰约占3％～5％左右。因飞灰含一定量有害物质，特别是cr、pb、cd、ni、zn及cu等重金属，属于hw18类危险固废，必须对其进行固化/稳定化处理，处理后的产物方可进行填埋和资源化利用。尽管底渣中重金属浸出量基本符合《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(gb5085.3-2007)要求，但由于离子溶出具有累积性，且底渣在贮存、处置和资源化过程中可能受到环境影响，导致重金属浸出性发生变化，对周围环境和人类健康构成威胁，故底渣是具有潜在危害的危险废物，也须进行无害化处置和资源化利用。

目前，对垃圾焚烧灰渣的无害化处理主要针对飞灰，而忽略了底渣中重金属物质的潜在污染性。现有垃圾焚烧飞灰的处理方法多为水泥固化、烧结固化、熔融固化和药剂稳定化等。其中熔融固化又称玻璃化技术，是在1200℃左右将垃圾焚烧飞灰进行玻璃化，具有减容率高、熔渣性质稳定、无重金属溶出等优点。

中国发明专利(cn107265470a)垃圾焚烧灰渣水热法重金属稳定方法，公开了水热法同时稳定飞灰和底灰中重金属的方法。该方法将焚烧产生的所有飞灰和所有底灰混合得到的焚烧灰渣与硅铝调理剂复配，然后将混合灰加入水热反应釜，同时加入碱性激发剂激发活化6h～12h，而后加入采用水热法制备的雪硅钙石晶种，再升温至150℃～200℃，水热反应12h～24h，完成后自然降温，将水热反应产物脱水处理后得到固相产物和液相碱液，碱液循环利用。该方法实现了飞灰和底灰中重金属稳定化，且无二次污染。但需额外加入调理剂、激发剂以及制备雪硅钙石晶种，操作工序复杂、废水处理量大，固相产物容易酸解致重金属浸出，重金属二次污染风险高。

中国发明专利(cn107252810a)公开了一种熔融固化垃圾燃烧飞灰中重金属的方法。该方法将垃圾焚烧飞灰与高炉瓦斯泥以9:1～1:1的比例混合，于管式炉内加热到800℃～1200℃，保温0.5h～3h，实现飞灰中重金属的熔融固化于玻璃体。该方法突破了现有固化重金属技术单纯依赖一次资源和化学试剂的局限，在降低控制重金属浸出成本的同时，也为冶金固废—高炉瓦斯尘泥无害化、高值化利用提供新途径。该发明实现了玻璃固化重金属，但没有对垃圾焚烧飞灰与高炉瓦斯泥进行资源化利用。

中国发明专利(cn106282585a)公开了一种生活垃圾焚烧飞灰的脱毒分级资源化利用方法。该方法将生活垃圾焚烧飞灰进行水洗脱盐脱氯、酸洗脱除重金属，得到脱毒的飞灰再与生活垃圾焚烧底灰以质量比1:4～1:8复配制备透水砖；水洗液和酸洗液混合后采用活性炭选择性富集和纯化贵金属，剩余液相进行可溶盐回收后，所得水处理液回用于水洗步骤。该方法具有资源回收、变废为宝、生态环保等优点。该方法的缺点是：废水处理量大、可溶盐回收能耗高、制备的透水砖重金属含量超标、重金属污染风险高。

综上所述，现有垃圾焚烧灰渣中重金属固化方法存在资源化利用价值低、重金属二次污染风险高、废水处理量大等问题。因此，亟须开发一种垃圾焚烧灰渣重金属固化方法，实现垃圾焚烧灰渣的重金属固化并高值化利用。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种垃圾焚烧灰渣重金属固化方法，所述方法重金属固化原理是：(1)垃圾焚烧灰渣中sio2、al2o3在熔化时，能够在重金属离子周围形成网络玻璃体，包裹重金属离子避免其浸出；(2)垃圾焚烧灰渣的重金属在熔体降温时作为晶核，经核化晶化后得到高稳定性的微晶体，避免重金属离子浸出。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种垃圾焚烧灰渣重金属固化方法，将垃圾焚烧底灰渣经分选、破碎后得到废杂金属和细底渣；将所述废杂金属用于再生金属；将所述细底渣与垃圾焚烧飞灰混合、熔化和水淬后得到水淬渣；将所述水淬渣用于制备水泥或微晶玻璃。

进一步地，所述方法包括以下步骤：

(1)将垃圾焚烧底灰渣采用涡电流分选，分选获得废杂金属和非金属垃圾焚烧底灰渣；

(2)将步骤(1)得到的所述非金属垃圾焚烧底灰渣进行破碎，得到细底渣；

(3)将步骤(2)得到的所述细底渣和垃圾焚烧飞灰混合均匀，得到混合料；

(4)将步骤(3)中所述混合料进行熔化，得到熔体；

(5)将步骤(4)中所述熔体进行水淬，得到水淬渣；

(6)将步骤(5)得到的所述水淬渣用于制造水泥或微晶玻璃；

当用于制备微晶玻璃时，将所述水淬渣经重熔、核化晶化热处理后得到微晶玻璃。

进一步地，步骤(1)中，采用电选机进行涡电流分选，分选获得电导率＞10为废杂金属，电导率≤10为非金属垃圾焚烧底灰渣。

进一步地，步骤(2)中，将所述非金属垃圾焚烧底灰渣破碎至≤2.0mm。

进一步地，步骤(3)中，将所述细底渣和垃圾焚烧飞灰按照质量比(5～1):1混合均匀。

进一步地，步骤(4)，熔化条件控制为：熔化温度1300℃～1550℃，熔化时间0.5h～3h。通过控制上述熔化条件，能够使所述混合料中的sio2、al2o3作为网络体固化垃圾焚烧灰渣中的重金属；

进一步地，步骤(6)中，当采用水淬渣用于制造水泥时，水淬渣添加量为10wt％～45wt％；

当采用水淬渣用于制备微晶玻璃时，将所述水淬渣经1300℃～1550℃重熔0.5h～1.0h，650℃～800℃核化晶化热处理1.0h～3.0h得到微晶玻璃。

进一步地，对采用水淬渣制备获得的水泥和微晶玻璃进行毒性测试，重金属浸出浓度均为：cr≤5mg/l、pb≤5mg/l、cd≤1mg/l、ni≤5mg/l、zn≤100mg/l、cu≤100mg/l；低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(gb5085.3-2007)限值。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明所述方法实现了垃圾焚烧底渣和飞灰的协同处置，无需添加工业原料，物耗低；

(2)本发明所述方法利用垃圾焚烧灰渣中的sio2、al2o3在熔化时，在重金属离子周围形成网络玻璃体，即sio2、al2o3均为玻璃体网络骨架结构的形成体，能够避免重金属离子浸出；

(3)本发明所述方法中，制备微晶玻璃时，垃圾焚烧灰渣的重金属在熔体降温时作为晶核，经核化晶化后得到高稳定性的微晶体，避免重金属离子浸出；

(4)本发明所述方法实现了以垃圾焚烧灰渣为原料高值化利用于水泥或微晶玻璃产品；

(5)本发明所述方法实现了垃圾焚烧灰渣无害化处置高值化利用，水泥和微晶玻璃产品的重金属浸出率低于gb5085.3-2007的限值；

(6)本发明所述方法工艺简单、物耗能耗低、成本低，易于产业化，具有显著的经济和环保双重效益。

附图说明

图1为本发明实施例中一种垃圾焚烧灰渣重金属固化方法流程示意图。

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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤2.0mm，得到细底渣。将5份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1300℃熔化3.0h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。采用水淬渣用于制造水泥，水淬渣添加量为10wt％；水泥产品中cr浸出浓度为2.79mg/l、pb浸出浓度为1.22mg/l、cd浸出浓度为0.47mg/l、ni浸出浓度为4.27mg/l、zn浸出浓度为89.71mg/l、cu浸出浓度为65.03mg/l。

实施例2

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤1.5mm，得到细底渣。将5份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1300℃熔化3.0h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。水淬渣经1300℃重熔1.0h、650℃核化晶化热处理3.0h后得到微晶玻璃。微晶玻璃产品中cr浸出浓度为0.23mg/l、pb浸出浓度为0.22mg/l、cd浸出浓度为0.11mg/l、ni浸出浓度为0.06mg/l、zn浸出浓度为0.35mg/l、cu浸出浓度为0.41mg/l。

实施例3

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤2.0mm，得到细底渣。将4份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1350℃熔化2.5h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。采用水淬渣用于制造水泥，水淬渣添加量为15wt％；水泥产品中cr浸出浓度为2.12mg/l、pb浸出浓度为2.35mg/l、cd浸出浓度为0.50mg/l、ni浸出浓度为3.89mg/l、zn浸出浓度为75.22mg/l、cu浸出浓度为51.78mg/l。

实施例4

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤1.5mm，得到细底渣。将4份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1350℃熔化2.5h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。水淬渣经1350℃重熔0.9h、680℃核化晶化热处理2.5h后得到微晶玻璃。微晶玻璃产品中cr浸出浓度为0.19mg/l、pb浸出浓度为0.29mg/l、cd浸出浓度为0.16mg/l、ni浸出浓度为0.04mg/l、zn浸出浓度为0.22mg/l、cu浸出浓度为0.24mg/l。

实施例5

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤2.0mm，得到细底渣。将3份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1400℃熔化2.0h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。采用水淬渣用于制造水泥，水淬渣添加量为20wt％；水泥产品中cr浸出浓度为1.97mg/l、pb浸出浓度为2.94mg/l、cd浸出浓度为0.61mg/l、ni浸出浓度为3.17mg/l、zn浸出浓度为66.43mg/l、cu浸出浓度为47.91mg/l。

实施例6

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤1.5mm，得到细底渣。将3份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1400℃熔化2.0h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。水淬渣经1400℃重熔0.8h、710℃核化晶化热处理2.0h后得到微晶玻璃。微晶玻璃产品中cr浸出浓度为0.17mg/l、pb浸出浓度为0.32mg/l、cd浸出浓度为0.19mg/l、ni浸出浓度为0.03mg/l、zn浸出浓度为0.12mg/l、cu浸出浓度为0.20mg/l。

实施例7

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤2.0mm，得到细底渣。将2份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1450℃熔化1.5h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。采用水淬渣用于制造水泥，水淬渣添加量为30wt％；水泥产品中cr浸出浓度为1.58mg/l、pb浸出浓度为3.62mg/l、cd浸出浓度为0.67mg/l、ni浸出浓度为2.38mg/l、zn浸出浓度为51.56mg/l、cu浸出浓度为43.76mg/l。

实施例8

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤1.5mm，得到细底渣。将2份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1450℃熔化1.5h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。水淬渣经1450℃重熔0.7h、740℃核化晶化热处理1.7h后得到微晶玻璃。微晶玻璃产品中cr浸出浓度为0.11mg/l、pb浸出浓度为0.41mg/l、cd浸出浓度为0.20mg/l、ni浸出浓度为0.02mg/l、zn浸出浓度为0.04mg/l、cu浸出浓度为0.19mg/l。

实施例9

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤2.0mm，得到细底渣。将1.5份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1500℃熔化1.0h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。采用水淬渣用于制造水泥，水淬渣添加量为40wt％；水泥产品中cr浸出浓度为1.04mg/l、pb浸出浓度为3.79mg/l、cd浸出浓度为0.81mg/l、ni浸出浓度为1.06mg/l、zn浸出浓度为45.56mg/l、cu浸出浓度为39.22mg/l。

实施例10

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤1.5mm，得到细底渣。将1.5份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1500℃熔化1.0h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。水淬渣经1500℃重熔0.6h、770℃核化晶化热处理1.3h后得到微晶玻璃。微晶玻璃产品中cr浸出浓度为0.07mg/l、pb浸出浓度为0.46mg/l、cd浸出浓度为0.25mg/l、ni浸出浓度为0.01mg/l、zn浸出浓度为0.02mg/l、cu浸出浓度为0.15mg/l。

实施例11

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤2.0mm，得到细底渣。将1份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1550℃熔化0.5h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。采用水淬渣用于制造水泥，水淬渣添加量为45wt％；水泥产品中cr浸出浓度为0.91mg/l、pb浸出浓度为4.09mg/l、cd浸出浓度为0.85mg/l、ni浸出浓度为0.14mg/l、zn浸出浓度为32.47mg/l、cu浸出浓度为32.80mg/l。

实施例12

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤1.5mm，得到细底渣。将1份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1550℃熔化0.5h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。水淬渣经1550℃重熔0.5h、800℃核化晶化热处理1.0h后得到微晶玻璃。微晶玻璃产品中cr浸出浓度为0.02mg/l、pb浸出浓度为0.50mg/l、cd浸出浓度为0.31mg/l、ni浸出浓度为0.01mg/l、zn浸出浓度为0.01mg/l、cu浸出浓度为0.11mg/l。

实施例13

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤2.0mm，得到细底渣。将5份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1550℃熔化0.5h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。采用水淬渣用于制造水泥，水淬渣添加量为10wt％；水泥产品中cr浸出浓度为1.02mg/l、pb浸出浓度为0.87mg/l、cd浸出浓度为0.21mg/l、ni浸出浓度为3.09mg/l、zn浸出浓度为57.71mg/l、cu浸出浓度为35.24mg/l。

实施例14

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤1.5mm，得到细底渣。将5份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1550℃熔化0.5h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。水淬渣经1550℃重熔0.5h、800℃核化晶化热处理1.0h后得到微晶玻璃。微晶玻璃产品中cr浸出浓度为0.03mg/l、pb浸出浓度为0.20mg/l、cd浸出浓度为0.09mg/l、ni浸出浓度为0.05mg/l、zn浸出浓度为0.20mg/l、cu浸出浓度为0.17mg/l。

实施例15

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤2.0mm，得到细底渣。将1份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1300℃熔化3h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。采用水淬渣用于制造水泥，水淬渣添加量为45wt％；水泥产品中cr浸出浓度为2.81mg/l、pb浸出浓度为4.55mg/l、cd浸出浓度为0.87mg/l、ni浸出浓度为2.51mg/l、zn浸出浓度为48.53mg/l、cu浸出浓度为37.22mg/l。

实施例16

将垃圾焚烧底灰渣通过涡电流分选，分选出电导率＞10的废杂金属，而将电导率≤10的不含废杂金属的垃圾焚烧底灰渣破碎至≤1.5mm，得到细底渣。将1份细底渣与1份垃圾焚烧飞灰混合均匀后加热到1300℃熔化3h得到熔体，经水淬后得到水淬渣。水淬渣经1300℃重熔1.0h、650℃核化晶化热处理3.0h后得到微晶玻璃。微晶玻璃产品中cr浸出浓度为0.27mg/l、pb浸出浓度为0.66mg/l、cd浸出浓度为0.43mg/l、ni浸出浓度为0.04mg/l、zn浸出浓度为0.17mg/l、cu浸出浓度为0.28mg/l。