一种垃圾焚烧飞灰稳固重金属的方法

本发明属于危险废弃物处理领域，尤其涉及一种垃圾焚烧飞灰重金属稳固化的方法。

背景技术：

1、垃圾焚烧产生飞灰和底灰，底灰是指垃圾在锅炉中燃烧后的灰渣，底灰属于一般固体废物。飞灰一般是在垃圾焚烧过程中产生的，由烟气净化系统收集或者沉积在烟道底部的物质。飞灰由于含有高浓度的二噁英和多种重金属，而被多国规定为危险废弃物。飞灰的收集、储存、处置必须遵照《危险废物储存污染控制标准》(gb18597—2001)和《危险废物填埋污染控制标准》(gb18598—2001)。

2、目前，垃圾焚烧飞灰处置技术主要有热处理、分离萃取技术、固化和稳定化技术。

3、热处理技术对垃圾焚烧飞灰进行加热或添加一些硅酸盐物质一同加热至1000℃以上，难降解有机物在高温下分解，重金属被固定在硅酸盐晶体中，形成更加稳定的晶体结构。热处理法被广泛运用飞灰无害化，热处理技术根据加热温度和添加物质主要分为玻璃化法、烧结法、熔融法。烧结法是指飞灰在外加热源加热至900℃-1000℃，开始收缩排除气孔，颗粒之间粘结，最终形成致密坚硬的烧结体。重金属被固定在烧结体中，其浸出毒性下降，烧结体抗压性较好可以当建筑材料。熔融技术是利用高温使飞灰达到熔融状态，一般热处理温度达到1400℃，飞灰中的有机物分解、燃烧及气化，而无机物则熔融成玻璃质熔渣。在熔融过程中，飞灰中的sio2中的si-o键被打开，形成网状结构从而固定重金属。烧结技术是利用低于熔融法的能量，扩散飞灰颗粒，从而排除晶体中的孔隙，形成致密坚硬物质。

4、热处理技术有着高效稳定重金属能力，飞灰重金属毒性下降明显，可实现飞灰减容化、资源化、无害化。但热处理技术需加热到100℃能耗高，同时垃圾焚烧飞灰中的pb、cd、zn等重金属元素高温易挥发，需进行严格的后续烟气处理，故处理成本很高。

5、分离萃取技术主要是将飞灰中重金属和其它污染物质分离出来，一般分离萃取技术主要作为飞灰无害化处置的预处理。目前，主要常用分离萃取技术：水洗法、电化学法、化学浸提法、超临界流体萃取等。化学浸提法是指通过化学药剂将飞灰中重金属浸出到溶液中，再将重金属回收利用，降低飞灰中重金属浸出毒性。主要常见的化学药剂主要为无机酸、碱类极其螯合剂等。化学浸提操作简单、对回收重金属有很大优势，但飞灰碱性较强采用酸提取重金属过程中会消耗大量的酸，成本比较高。飞灰中含有pb、zn、cd、al、ca等重金属，电化学技术利用外加电路将飞灰中重金属进行资源回收，其原理为重金属离子在外加电路的阴阳两极发生氧化/还原反应，生成沉淀，从而将飞灰中的重金属去除并回收。电化学法回收飞灰中重金属相对于其他方法，无需加入其他药剂，去除率高、操作简单、占地面积小。但是，在实际工程运用中，该技术需要消耗大量电能，成本比较高，并不适合大规模处置飞灰。

6、水泥固化是处置垃圾焚烧飞灰的常见方法之一，采用水泥、飞灰、水和其他添加剂按照一定比列混合，通过一段时间养护形成块状固体。飞灰被包裹其中，飞灰中的重金属被吸附固定在硅酸盐中，飞灰中那些不稳定重金属形态转变成相对稳定的残渣态，降低了重金属浸出对环境的污染，实现飞灰无害化。水泥固化飞灰，随着养护时间增长，飞灰中重金属浸出毒性越低。但是，固化体长期在酸性环境下，会二次浸出污染地下水和土壤。水泥固化对飞灰中可溶性氯盐浓度要求比较高，因为飞灰中含有较高的氯会破坏固化体的结构，导致其抗压性和硬度变差，所以在水泥固化之前一般要进行水洗预处理，经过两级或者三级水洗的飞灰才能进行水泥固化。水泥固化有着许多优点：操作简单、成本较低、利于资源化。其缺点：没有对飞灰减容化、致癌的二噁英也未被处理、重金属存在二次浸出风险。

7、寻找一种重金属稳固化效果好、能耗低、增重小、处理时间短且经济的方法成为垃圾飞灰处理的主要目标。

8、机械化学法(mechanochemical,mc)，它主要通过摩擦、碰撞、剪切等机械力的作用下，将机械力转变成机械能，从而促使受力固体发生物理化学性质改变，提高了固体反应活性，激发或加速固体间化学反应。机械化学最早是1919年ostwald提出，目前，机械化学法是一种新颖且热门的化学反应方法。它运用广泛，如新型催化剂制备、飞灰处置、药物合成、有机污染物降解等，它具有操作简单、成本低、效果好等优点。

9、目前，机械球磨法处置垃圾焚烧飞灰研究主要使用行星式球磨机，然而行星式球磨机处置量有限，通常为几十克到几百克，要达到数千克已经非常困难，更不用说面对数百万吨待脱毒飞灰的实用性。水平式球磨机处置垃圾焚烧飞灰可以实现规模化，但水平式球磨机处置飞灰效果较差、球磨时间较长。在水平球磨机外围套上一个加热装置，在球磨过程中进行加热并通过添加辅助剂cao al2o3、sio2来增强重金属稳定效率，可以大大缩减球磨时间。本发明主要通过改良的水平球磨处置垃圾焚烧飞灰，相比传统机械球磨法，重金属的稳定速率更快，重金属的稳定效率更高，可达到垃圾焚烧飞灰无害化处理的工艺目的。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种垃圾焚烧飞灰重金属稳固的处理方法，解决了传统机械球磨处置垃圾焚烧飞灰中重金属过程中能耗大、反应时间长、重金属稳定率不高等缺点。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供一种垃圾焚烧飞灰稳固重金属的方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1：干燥的垃圾焚烧飞灰加水，搅拌条件下进行水洗，固液分离，所得固形物干燥，得到水洗飞灰；

5、s2：将s1所述水洗飞灰加水、sio2和al2o3，在150-300℃(优选250℃)10-30rpm(优选30rpm)、钢球填充率10％-50％(优选40％)的条件下球磨2-8h(优选6h)，得到稳固重金属后的飞灰；所述水洗飞灰、水、sio2与al2o3的质量比为1：1-5：0.1-0.5：0.05-0.2(优选为1:1：0.4：0.1)。

6、进一步，步骤s1中所述垃圾焚烧飞灰与水的质量比为1：5-20(优选1：20)。

7、在本发明的实施例中，步骤s1所述水洗的时间为30min，实际操作时，水洗时间越长水洗越充分，因此推荐30min以上，出于效率考虑诸如30min-24h,30min-10h，30min-3h。

8、进一步，所述固液分离的方式可以是本领域常规的手段，诸如离心、过滤等。在本发明的实施例中，所述固液分离的方式为过滤。

9、进一步，步骤s2所述球磨采用水平滚筒式球磨机完成。

10、本发明尤其推荐所述方法为：

11、s1：干燥的垃圾焚烧飞灰加水，搅拌条件下进行水洗，过滤，所得滤饼干燥，得到水洗飞灰；所述垃圾焚烧飞灰与水的质量比为1：20；

12、s2：将s1所述水洗飞灰加水、sio2和al2o3，在250℃、30rpm、钢球填充率40％的条件下球磨6h，得到稳固重金属后的飞灰；所述水洗飞灰、水、sio2与al2o3的质量比为1:1：0.4：0.1。

13、垃圾飞灰中含有大量的cao与加入al2o3、sio2发生水热反应，飞灰中形成了大量的含铝雪硅钙石和加藤石，这些硅铝酸盐矿石会将垃圾飞灰中pb、zncu、cd等重金属包裹住其中，降低垃圾飞灰的浸出毒性。同时垃圾飞灰经过机械球磨，飞灰颗粒变细比表面积增大，提高飞灰中重金属稳定性。经过6h高温球磨处置飞灰重金属浸出毒性低于危险废弃物鉴别标准，已经脱除危险废物。合格的飞灰冷却至室温后，将其贮存，送入填埋场进行填埋或待后续资源化处理。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：本发明创新性的采用了高温条件下进行机械球磨，通过水热耦合机械球磨处理垃圾焚烧飞灰，不仅提高了垃圾焚烧飞灰中重金属的稳定效率以及大大缩短了反应时间，预先采用水洗装置对垃圾焚烧飞灰进行水洗，是一种高效、简单的飞灰预处理方法。通过对飞灰水洗将飞灰中可溶性氯盐去除，提高了后续球磨的效果还能减少飞灰中的氯盐对装置的腐蚀作用。与依次进行水热稳定、机械球磨相比，本发明同时高温下进行水热与机械球磨处置垃圾焚烧飞灰方法大大提高稳定效率，减少了能量消耗，且对重金属的稳定效果更好。