一種垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒的制備方法，將垃圾灰、鹽漬土5、玻璃粉、碳酸鈣、碳酸鈉按一定重量比例混合，水料比為0.25～0.40，制成球形顆粒，再經干燥、燒結工藝制成；為垃圾的資源化利用開辟了更為廣闊的用途渠道；本發明以危險廢棄物--垃圾焚燒飛灰作為陶粒原料，通過特定工藝制備成高強陶粒，即便在惡劣環境下也有著極其顯著的重金屬固化性能，具有極高的穩定性和安全性。本發明既實現了固廢的無害化處理、資源化利用，又避免了二次污染。
【專利說明】一種垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及建筑材料和危險廢物處理處置【技術領域】，尤其涉及一種垃圾焚燒灰固 化重金屬高強陶粒的制備方法。
【背景技術】
[0002] 目前，我國經濟建設取得令人矚目的成果，同時出現的問題也越來越多。如，迅速 增長的生活垃圾，已經成為制約城市可持續發展的絆腳石。統計數據表明：2013年中國城 市的年生活垃圾量已超過2億噸，而綠色化處理占的比例不到百分之十五。堆積的垃圾總 量已多達100億噸，占用的土地達80萬畝，這對自然環境造成了極其惡劣的危害。垃圾焚 燒可以大大降低垃圾的體積，一般可以減少到原體積的5%?30%，并減少有機毒性物質， 焚燒產生的余熱還可用來發電等用途。垃圾焚燒后仍會有大量的灰渣，其大部分在垃圾焚 燒爐的爐排下，在煙氣除塵器、余熱鍋爐等也都會存有灰渣。垃圾焚燒后，底灰大約占總渣 量的80%?90% ;而飛灰僅占總渣量10%?20%。底灰的有害物質含量較少，當成一般 固體廢棄物處置即可；但飛灰的毒性較高不應輕易隨便處置。造成飛灰毒性較高的原因有 兩個，第一，重金屬在垃圾焚燒時高溫揮發，在凈化系統中粘附在飛灰上；另外，垃圾焚燒會 產生二噁英，二噁英也會在焚燒時黏在飛灰上。因此，垃圾焚燒飛灰中含有濃度較高的重金 屬，如鉛、鎘。還含有高濃度的二惡英，在對它們進行最終處置之前一般需先經過固化、穩定 化處理。
[0003] 當前，飛灰處置的主要技術主要有：熔融固化技術、水泥固化、化學藥劑固化穩定 化等，經過安全處理后的產物，如滿足浸出毒性標準或是符合資源化利用標準，可以進入普 通填埋場進行填埋處置或進行資源化利用。由于利用上述技術處置垃圾飛灰成本很高，所 以目前對于大多數的焚燒飛灰仍是進行簡單的填埋。而國內的實際情況是：一方面，填埋場 地緊張，建設投入資金驚人，而飛灰先經固化再進行填埋的費用過高（1500元/噸?2500 元/噸）；另一方面，焚燒飛灰處置方式若為簡單的填埋，其重金屬將會溶出，對人體健康及 生態環境的造成嚴重的危害。因此，如何采取適當的技術處理焚燒飛灰，并達到穩定化、資 源化和無害化的目標，已成為當前許多學者研究的重點。
[0004] 環境保護部華南環境科學研究所的彭曉春和吳彥瑜的201210127664. 5號"一 種利用垃圾焚燒飛灰和玻璃粉制備陶粒的方法"和天津泰達環保有限公司的高亮等的 200610013336. 7號"利用垃圾焚燒飛灰為原料的陶粒及其制備方法"，其利用垃圾焚燒飛 灰制備陶粒，為建材行業處置焚燒飛灰提供了新的渠道。但兩者在陶粒強度、吸水率和重金 屬固化方面均有一定的局限性，還有很大的改進和提升空間。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有技術的不足，本發明人經過大量試驗，開發出了一種垃圾焚燒灰固 化重金屬高強陶粒的制備方法。
[0006] 本發明目的是提供一種垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒的制備方法，步驟包括：
[0007] 1)將鹽漬土、垃圾灰和廢玻璃，分別經干燥、破碎、球磨后過0. 6mm方孔篩，備用。
[0008] 2)燒制陶粒的混合料，由以下重量百分比的組分組成：垃圾灰60%?80% ;鹽漬 土 5%?20% ;玻璃粉5%?10% ;碳酸鈣3%?6% ;碳酸鈉3%?6% ;水料的重量比為 0. 25 ?0. 40。
[0009] 3)取各組分充分攪拌均勻后，放入制粒機中制成球形料球顆粒。
[0010] 4)將步驟3)所得料球顆粒放入干燥箱中干燥，然后放入馬弗爐中，按照以下工藝 過程燒結：
[0011] 預熱：以6?KTC /分的升溫速率，由室溫升到400°C?600°C，保溫30?50分 鐘；
[0012] 焙燒：在1050°C?1150°C保溫5-25分鐘，升溫速率10?15°C /分；
[0013] 降溫退火：600°C以上時，以20°C /分的速率快速降溫；溫度降至600°C后，將球粒 從馬弗爐中取出，放在室溫下自然冷卻，即得。
[0014] 步驟1)中的廢玻璃，可以是普通玻璃板、玻璃瓶、白玻璃等。
[0015] 作為進一步優化技術方案，步驟3)中的料球顆粒的粒徑選擇為0. 6?I. 2cm。
[0016] 作為進一步優化技術方案，步驟2)中的發泡劑碳酸鈣與碳酸鈉之比為1:1.5。
[0017] 作為進一步優化技術方案，在干燥箱中干燥時，選擇干燥溫度為105°C，干燥時間 為12小時。
[0018] 本發明的優點和特點：
[0019] 1.本發明為垃圾的資源化利用開辟了更為廣闊的用途渠道。本發明將危險廢棄 物-垃圾焚燒飛灰作為原料制備出垃圾灰高強陶粒，既實現了固廢的無害化處理、資源化 利用，又避免了二次污染。
[0020] 2.本發明制備的產品高強陶粒具有質輕、高強、經久耐用，和重金屬固化效果好的 優點，可以作為保溫材料；目前我國基礎建設推進較快，所需的建筑材料也大大增加，本陶 粒也可以代替砂石作為輕質混凝土中的骨料，能大大緩解自然骨料的壓力。
[0021] 3.本發明實現了有效雙重固化垃圾焚燒飛灰中有毒重金屬，實現了垃圾飛灰中的 鉛、銅等重金屬的雙重固化。陶粒的浸出毒性均遠遠低于國家標準，并且該陶粒針對惡劣 環境（酸/堿性條件下）也有著極其顯著的重金屬固化性能，具有極高的穩定性和安全性。 因此，即便使用垃圾焚燒飛灰制備，本陶粒仍可放心的用于建筑及其他行業。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1為本方法的制備流程圖。
[0023] 其中：1.垃圾焚燒灰渣；2.烘干；3.球磨粉碎；4.玻璃粉；5.鹽漬土；6.發泡劑； 7.稱量；8.攪拌；9.造粒；10.料球干燥；11.焙燒；12.冷卻；13.性能檢測。
【具體實施方式】
[0024] 為了便于對本發明的理解，下面做進一步詳細說明，但并不限制本發明。
[0025] 在實施本發明時，可根據不同用途，調節料球顆粒的粒徑。
[0026] 盡管對本發明進行了具體說明，但本領域技術人員應該理解，在不脫離如所附的 權利要求中所定義本發明的精髓和范圍內，可以在形式和細節上進行多種變化。
[0027] 實施例I
[0028] 將鹽漬土、垃圾灰和廢玻璃經干燥、破碎、球磨后過0. 6mm方孔篩；按重量取垃圾 灰60 %、鹽漬土 18 %、玻璃粉10 %、碳酸鈣6 %和碳酸鈉6 %，混合攪拌均勻，水料比0. 3，得 混合料；將所得混合料放入制粒機中造成粒徑為〇. 6?I. 2cm的球形料球顆粒；將料球顆 粒放入干燥箱中于105°C下干燥12小時；然后將干燥后的生料球放入馬弗爐中，按照以下 工藝進行燒結：
[0029] 預熱溫度：以6°C /分的升溫速率，由室溫升到400°C，保溫30分鐘；
[0030] 焙燒階段：1150°C保溫15分鐘，升溫速率15°C /分；
[0031] 降溫退火階段：600°C以上時，以20°C /分的速率快速降溫，至600°C時，將陶粒從 馬弗爐中取出放在室溫下急速冷卻，即得垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒。
[0032] 所得陶粒的容重為800kg/m3,筒壓強度為10. 52Mp，吸水率為6. 94%。其機械強度 和重金屬污染指標均滿足國家建筑高強輕集料的要求。
[0033] 根據國家標準GB5085. 2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法一水平震蕩法》，對飛 灰和本產品陶粒浸出毒性進行試驗，陶粒浸出濃度Cu為0. 0718mg/L、Zn為0. 4199 mg/L、 Pb為0. 0900 mg/L、Cr為0. 0422 mg/L，遠遠低于《危險廢物鑒別標準及危險廢物填埋標準》 的要求。
[0034] 實施例2
[0035] 按重量百分比取垃圾灰70% ;鹽漬土 10%;玻璃粉8%;碳酸鈣6%和碳酸鈉6%， 混合攪拌均勻；按水料比〇. 26,得混合料；將所得混合料放入制粒機中造成粒徑為0. 6? I. 2cm的球形料球顆粒；將料球顆粒放入干燥箱中于105°C下干燥12小時；然后將干燥后 的生料球放入馬弗爐中，按照以下工藝進行燒結：
[0036] 預熱溫度：以8°C /分的升溫速率，由室溫升到400°C，保溫40分鐘；
[0037] 焙燒階段：110(TC保溫25分鐘，升溫速率KTC /分；
[0038] 降溫退火階段：600°C以上時，以20°C /分的速率快速降溫，至600°C時，將陶粒從 馬弗爐中取出放在室溫下急速冷卻，即得垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒。
[0039] 所得陶粒的容重為742kg/m3,筒壓強度為6. 48Mp，吸水率為2. 94%，其機械強度和 重金屬污染指標均滿足國家建筑高強輕集料的要求。
[0040] 按照國家標準GB5085. 2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法一水平震蕩法》，對飛 灰和陶粒浸出毒性進行試驗，陶粒浸出濃度Cu為0. 0769mg/L、Zn為0. 4384 mg/L、Pb為 0. 1005mg/L、Cr為0. 0411 mg/L，遠遠低于《危險廢物鑒別標準及危險廢物填埋標準》的要 求。
[0041] 實施例3
[0042] 按重量百分比取垃圾灰75%、鹽漬土 5%、玻璃粉10%、碳酸鈣4%和碳酸鈉混合 攪拌均勻；按水料比〇. 26,得混合料。將所得混合料放入制粒機中造成粒徑為0. 6?I. 2cm 的球形料球顆粒；將料球顆粒放入干燥箱中于l〇5°C下干燥12小時；然后將干燥后的生料 球放入馬弗爐中，按照以下工藝進行燒結：
[0043] 預熱溫度：以KTC /分的升溫速率，由室溫升到500°C，保溫40分鐘；
[0044] 焙燒階段：1100°C保溫20分鐘，升溫速率12°C /分；
[0045] 降溫退火階段：600°C以上時，以20°C /分的速率快速降溫，至600°C時，將陶粒從 馬弗爐中取出放在室溫下急速冷卻，即得垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒。
[0046] 所得陶粒的容重為663kg/m3,筒壓強度為5. 35Mp，吸水率為7. 6%，其機械強度和 重金屬污染指標均滿足國家建筑高強輕集料的要求。
[0047] 根據國家標準GB5085. 2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法一水平震蕩法》，對飛 灰和陶粒浸出毒性進行試驗，陶粒浸出濃度Cu為0. 0611mg/L、Zn為0. 4164mg/L、Pb為 0. 0736mg/L、Cr為0. 0427 mg/L，遠遠低于《危險廢物鑒別標準及危險廢物填埋標準》的要 求。
[0048] 實施例4
[0049] 按重量百分比取垃圾灰65 %、鹽漬土 15 %、玻璃粉8 %、碳酸鈣6 %和碳酸鈉6 % 混合攪拌均勻；按水料比〇. 26,得混合料。將所得混合料放入制粒機中造成粒徑為0. 6? 1. 2cm的球形料球顆粒；將料球顆粒放入干燥箱中于105°C下干燥12小時；然后將干燥后 的生料球放入馬弗爐中，按照以下工藝進行燒結：
[0050] 預熱溫度：以KTC /分的升溫速率，由室溫升到600°C，保溫50分鐘；
[0051] 焙燒階段：1140°C保溫20分鐘，升溫速率15°C /分；
[0052] 降溫退火階段：600°C以上時，以20°C /分的速率快速降溫，至600°C時，將陶粒從 馬弗爐中取出放在室溫下急速冷卻，即得垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒。
[0053] 所得陶粒的容重為776kg/m3,筒壓強度為9. 97Mp，吸水率為7. 2%，其機械強度和 重金屬污染指標均滿足國家建筑高強輕集料的要求。
[0054] 根據國家標準GB5085. 2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法一水平震蕩法》，對 飛灰和陶粒浸出毒性進行試驗，陶粒浸出濃度Cu為0. 0787mg/L、Zn為0. 3812mg/L、Pb為 0. 0986mg/L、Cr為0. 0363 mg/L，遠遠低于《危險廢物鑒別標準及危險廢物填埋標準》的要 求。
[0055] 對比試驗1
[0056] 采用國家標準GB5085. 2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法一水平震蕩法》，對飛 灰浸出毒性進行試驗，并對浸出液中的Cu、Zn、Pb、Cr的含量用火焰原子吸收光譜儀測定， 結果見表1。
[0057] 表1垃圾飛灰浸出毒性實驗結果（mg/L)
【權利要求】
1. 一種垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒的制備方法，其特征在于包括步驟： 1) 將鹽漬土、垃圾灰和廢玻璃，分別經干燥、破碎、球磨后過0. 6_方孔篩，備用。 2) 燒制陶粒的混合料，由以下重量百分比的組分組成：垃圾灰60%?80% ;鹽漬土 5 %?20 % ;玻璃粉5%?10% ;碳酸鈣3 %?6% ;碳酸鈉3 %?6 % ;水料的重量比為 0. 25 ?0. 40。 3) 取各組分充分攪拌均勻后，放入制粒機中制成球形料球顆粒。 4) 將步驟3)所得料球顆粒放入干燥箱中干燥，然后放入馬弗爐中，按照以下工藝過程 燒結： 預熱：以6?10°C /分的升溫速率，由室溫升到400°C?600°C，保溫30?50分鐘； 焙燒：在l〇50°C?1150°C保溫5-25分鐘，升溫速率10?15°C /分； 降溫退火：600°C以上時，以20°C /分的速率快速降溫；溫度降至600°C后，將球粒從馬 弗爐中取出，放在室溫下自然冷卻，即得。
2. -種如權利要求1所述垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒的制備方法，其特征在于料 球顆粒的粒徑為〇. 6?1. 2cm。
3. -種如權利要求1所述垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒的制備方法，其特征在于步 驟2)中的發泡劑碳酸鈣與碳酸鈉之比為1:1. 5。
4. 一種如權利要求1所述垃圾焚燒灰固化重金屬高強陶粒的制備方法，其特征在于在 干燥箱中干燥時，干燥溫度為l〇5°C，干燥時間為12小時。
【文檔編號】C04B33/135GK104402403SQ201410552751
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】曲烈, 王淵, 楊久俊, 張磊 申請人:天津城建大學