專利名稱：焚燒飛灰作為低品位重金屬礦提取兩性重金屬的方法
技術領域：
本發明屬于危險廢物處理處置技術領域，特別涉及含高濃度兩性重金屬危險廢物作為兩性重金屬二次礦的提純技術。
背景技術：
城市生活垃圾產量巨大，年增長率8-10%，2002年和2004年的清運量分別為
I.365億噸和I. 55億噸。生活垃圾的焚燒處理近幾年在我國取得迅猛發展，所占的比例也逐年升高。2004年全國運行和在建的垃圾焚燒爐處理能力為730萬噸/年，占總垃圾量的9. 0%,2005年為1000萬噸/年。《全國城市生活垃圾無害化處理設施建設^一五” 規劃》指出，“十一五”期間將新增垃圾焚燒廠處理規模6. 66萬噸/日，占新增處理總量的 26. 32%;新增城市生活垃圾無害化處理設施479項中垃圾焚燒廠為82座，占新增設施總數的17. I %。預計到2020年城市生活垃圾焚燒設施的處理能力將達到10萬噸/日，2010年焚燒飛灰的產生量達到100萬噸/年。焚燒飛灰由于富集重金屬和二噁英類有毒污染物質而被定義為危險廢物，必須予以特殊處理。焚燒飛灰含有的重金屬中，一般是Zn、Pb、Cu、Cr 含量較高，重金屬總量占飛灰質量的3-5%，通常以氯化物的形式存在于大顆粒的表面。原生鉛鋅礦的最低工業品位是Pb含量為O. 7% -1% ;Zn含量為1% _2%。氧化鉛鋅礦的最低工業品位是Pb含量為1.5% -2% ;Zn含量為3% -6%。鉛的生產原料主要是含鉛大于50%的方鉛礦，隨著礦產資源的不斷消耗減少，低品位多金屬礦石以及含重金屬廢物的綜合回收利用和資源化得到了廣泛的關注，回收再生重金屬已成為實現重金屬工業可持續發展戰略的不可缺少的重要組成部分。生活垃圾焚燒飛灰也是重要的可再生鉛、 鎘、銅和鋅的二次原料。由于焚燒飛灰被定義為危險廢物，當前的研究主要針對其重金屬污染物的控制技術，包括熱化學處理技術和常規化學處理技術，常規化學處理技術包括水泥固化、藥劑穩定化及酸或其他溶劑提取法，其缺點在于只能解決重金屬問題，然而不能破除二噁英。熱化學處理技術包括熔融處理、煅燒處理和水泥窯協同處置技術由于其高溫能夠破除二噁英而受到了重視，但存在的缺點是重金屬揮發嚴重。為了提高重金屬在熔渣中的固定率，通常通過添加廢玻璃粉、硼砂等添加劑來改善提高，但缺點在于1)重金屬固定率提高有限，2)對性質差別很大的焚燒飛灰缺乏普遍適用性。對于兼具重金屬和二噁英污染的焚燒飛灰而言，如何即破除二噁英，同時又能解決重金屬污染問題，是焚燒飛灰無害化處理和資源化利用過程中的難題所在。
發明內容
本發明的目的在于提供一種適用于高濃度兩性重金屬的焚燒飛灰，向焚燒飛灰中添加無機含氯介質，在合適的焙燒溫度下和焙燒時間條件下，選擇性從焚燒飛灰中提取兩性重金屬，通過調整無機含氯介質和焙燒溫度高效提取兩性重金屬。這種方法可以顯著提高兩性重金屬從焚燒飛灰中的提取率。
為實現上述目的，本發明提出通過調節焚燒飛灰的無機氯含量來提高焙燒處理過程中兩性重金屬的提取率。本發明所指兩性重金屬包括Pb、Cd、Cu和Zn，所指無機含氯介質為 NaCl、KCl 和 CaCl2。無機含氯介質配方包括NaCl，KCl，CaCl2, NaCl+KCl，NaCl+CaCl2， KCl+CaCl2, NaCl+KCl+CaCl2。根據焚燒飛灰中Cl的含量，確定無機含氯介質的添加劑量。本發明通過定義焚燒飛灰的氯堿比(Cl/ Σ (Na+K+Ca-S))，為了提高兩性重金屬的提取率，最佳條件為ci/ Σ (Na+K+Ca-S)彡I。在固定床的排氣口， 后面設置煙氣冷凝裝置，采用水作為冷凝劑，煙氣流經冷凝裝置的環形空間，冷卻水流經裝置的最內層和最外層空間，冷卻水和煙氣逆流布置。本發明具有以下優點I.全部提取Pb和Cd，提取大部分Zn和Cu，高效提取兩性重金屬；2.對焚燒飛灰中多種性質不同的重金屬進行選擇性提取，在焚燒飛灰中浸出濃度很高的Pb，Cd，Zn和Cu具有高度選擇性，而焚燒飛灰中浸出濃度較低的Cr和Ni等選擇性很低。3.對焚燒飛灰中高濃度兩性重金屬可以進行協同提取，提取產物中兩性重金屬純度高；4.無機氯化劑(NaCl，KCl和CaCl2)易于選擇，成本低，對于性質復雜多變的焚燒飛灰具有良好的普遍適用性；5.在合適的溫度下和時間條件下焙燒能夠破除二噁英；6.氯化焙燒并提取兩性重金屬后焚燒飛灰的由危險廢物變為普通廢物，既可以進入生活垃圾填埋場；也可以資源化利用為建筑骨料；
具體實施例方式本發明在深入研究焚燒飛灰的無機特性和氯化焙燒特性的基礎上，提出通過調節焚燒飛灰的氯堿比對兩性重金屬進行選擇性提取，本方法簡單可行，有利于焚燒飛灰的資源化。具體實施步驟為首先對焚燒飛灰進行成分分析，明確焚燒飛灰原有Cl含量，如果焚燒飛灰自身Cl含量較高，則相應的無機氯介質添加量可適當減少；如果焚燒飛灰自身 Cl含量較低，則需要增加無機氯介質的添加量。根據焚燒飛灰自身的礦物組成，明確其軟化溫度，進而確定最佳焙燒溫度。為增強某一兩性重金屬的提取率，采用復合無機氯化劑，配方共有7種(NaCl， KCl, CaCl2, NaCl+KCl, NaCl+CaCl2, KCl+CaCl2, NaCl+KCl+CaCl2)。在固定床的排氣口，后面設置煙氣冷凝裝置，采用水作為冷凝劑，煙氣流經冷凝裝置的環形空間，冷卻水流經裝置的最內層和最外層空間，冷卻水和煙氣逆流布置。實施例I低氯含量焚燒飛灰樣品，成分如表I所示,取焚燒飛灰100g，添加不同比例的NaCl 后(5^,10% (按照Cl的重量％進行計算))，然后在箱形電阻爐中1000°C和1100°C下恒溫焙燒4小時，樣品冷卻方式為空氣中自然冷卻，然后分析兩性重金屬的提取率。當NaCl含量分別為0，5%和10%時，Cd的提取率在焙燒溫度1000°C條件下在分別為86. 9%，97. 6%和 100%。在焙燒溫度為1100°C時分別為90. 1%，93. 2%和100%。Pb的提取率在焙燒溫度1000°C條件下從85. 7%增加到100%。在焙燒溫度為1100°C時分別從90. 8%增加到100%。 Zn的提取率在焙燒溫度1000°C條件下從23. 9%增加到73. 8%。在焙燒溫度為1100°C時從37. 4%增加到84. 1%。Cu的提取率在焙燒溫度1000°C條件下從39. 2%增加到47. 5%。 在焙燒溫度為1100°C時從57. 9%增加到70. 7%。表I焚燒飛灰的化學組成和重金屬含量
權利要求
1.焚燒飛灰作為低品位重金屬礦提取兩性重金屬的方法，該方法適用于高濃度兩性重金屬的焚燒飛灰，向焚燒飛灰中添加無機含氯介質，在合適的焙燒溫度下和焙燒時間條件下，選擇性從焚燒飛灰中提取兩性重金屬，通過調整無機含氯介質和焙燒溫度高效提取兩性重金屬，上述重金屬包括Pb、Cd、Cu和Zn,所指無機含氯介質為NaCl、KCl和CaCl2,無機含氯介質配方包括NaCl，KCl，CaCl2, NaCl+KCl, NaCl+CaCl2, KCl+CaCl2, NaCl+KCl+CaCl2, 根據焚燒飛灰中Cl的含量，確定無機含氯介質的添加劑量。
2.如權利要求I所述的焚燒飛灰作為低品位重金屬礦提取兩性重金屬的方法，該方法中要首先對焚燒飛灰進行成分分析，明確焚燒飛灰原有Cl含量，如果焚燒飛灰自身Cl含量較高，則相應的無機氯介質添加量可適當減少；如果焚燒飛灰自身Cl含量較低，則需要增加無機氯介質的添加量，根據焚燒飛灰自身的礦物組成，明確其軟化溫度，進而確定最佳焙燒溫度，并為增強某一兩性重金屬的提取率，采用如權利要求I所述的復合無機氯化劑。
3.如權利要求I所述的焚燒飛灰作為低品位重金屬礦提取兩性重金屬的方法，為了提高兩性重金屬的提取率，最佳條件為C1/ Σ (Na+K+Ca-S)彡I。
4.如權利要求I所述的焚燒飛灰作為低品位重金屬礦提取兩性重金屬的方法，適用低氯含量焚燒飛灰，其飛灰中的化學組成和重金屬含量(mg · kg—1) =SiO2 17. 66、CaO 34.79、 Al2O3 3. 94、Fe2O3 12. 04、TiO2 2. 66, P2O5 0.91、Cd4 2· 73、Cu701. 2、Pbl273. 8、Ζη310· 2，取上述焚燒飛灰100g，添加NaCl 5%或10%，按照Cl的重量％進行計算，然后在箱形電阻爐中1000°C和1100°C下恒溫焙燒4小時，樣品冷卻方式為空氣中自然冷卻，然后分析兩性重金屬的提取率，當NaCl含量分別為0，5%和10%時，Cd的提取率在焙燒溫度1000°C條件下在分另Ij ^ 86.9%, 97. 6 %和100 %，在焙燒溫度為1100°C時分別為90. I %，93. 2 %和100 %; Pb的提取率在焙燒溫度1000°C條件下從85. 7%增加到100%，在焙燒溫度為1100°C時分別從90. 8%增加到100%;Zn的提取率在焙燒溫度1000°C條件下從23. 9%增加到73. 8%, 在焙燒溫度為1100°C時從37. 4%增加到84. l%,Cu的提取率在焙燒溫度1000°C條件下從 39. 2%增加到47. 5%，在焙燒溫度為1100°C時從57. 9%增加到70. 7%。
5.如權利要求4所述的焚燒飛灰作為低品位重金屬礦提取兩性重金屬的方法，當 CaCl2含量分別為0，5%和10%時，Cd的提取率在焙燒溫度1000°C條件下在分別為86. 9%， 91. 6%和100% ；Pb的提取率在焙燒溫度1000°C條件下分別為85. 7%,91. 4%和100% ；Zn 的提取率在焙燒溫度1000°C條件下從23. 9%增加到72. 3%。
6.如權利要求I所述的焚燒飛灰作為低品位重金屬礦提取兩性重金屬的方法，適用高氯含量焚燒飛灰，其飛灰中的化學組成和重金屬含量(mg· kg—1) :Ca041. 42、SiO26.59、Al2O3 I. 41、Fe2O3 I. 72、C114. 22、SO3 4. 76、MgOI. 26、PbOO. 26、CdOO. 02、CuOO. 26、 Zn00.69、Cr2O3 0. 11，將上述焚燒飛灰IOOg置于剛玉瓷舟內，將剛玉瓷舟置于已達到預定溫度的固定爐內進行焙燒實驗，預設溫度為900 0C、11000C，實驗氣氛為空氣氣氛，焙燒時間為12. 5min、30min、60min、l. 5h、2h、3h、4h，當原始焚燒飛灰中自身Cl含量較高時，即 14. 22%，無需向焚燒飛灰中添加無機氯化劑，在900°C條件下，焙燒時間Ih時，Pb的提取率約為80%,Cu的提取率達到50%，而焙燒溫度提高到1100°C后，焙燒時間僅為12. 5min, Pb的提取率即超過90%，繼續提高焙燒時間，Pb的提取率接近100%、對于Cu，焙燒時間為 30min，提取率超過60%。
7.如權利要求6所述的焚燒飛灰作為低品位重金屬礦提取兩性重金屬的方法，向焚燒飛灰中添加組合無機含氯介質，第I組為NaCl+KCl，添加量為各5%;第2組為KCl+CaCl2， 添加量各5%，在900°C條件下，焙燒時間Ih時，Pb的提取率約為90%，Cu的提取率達到 70%, Cd的提取率為95%，Zn的提取率為52% ;而焙燒溫度提高到1100°C后，焙燒時間僅為12. 5min，Pb和Cd的提取率即為100%，對于Cu，焙燒時間為30min，提取率超過80%，Zn的提 取率超過90 %。
全文摘要
焚燒飛灰作為低品位重金屬礦提取兩性重金屬的方法，該方法適用于高濃度兩性重金屬的焚燒飛灰，向焚燒飛灰中添加無機含氯介質，在合適的焙燒溫度和時間的條件下，通過調整無機含氯介質和焙燒溫度從焚燒飛灰中選擇性高效提取兩性重金屬。上述重金屬包括Pb、Cd、Cu和Zn，所指無機含氯介質為NaCl、KCl和CaCl2，無機含氯介質配方包括NaCl，KCl，CaCl2，NaCl+KCl，NaCl+CaCl2，KCl+CaCl2和NaCl+KCl+CaCl2。本發明可以全部提取Pb和Cd，提取大部分Zn和Cu。所提取的產物純度高，無機氯化劑成本低，對于性質復雜多變的焚燒飛灰具有良好的普遍適用性，破除二噁英，氯化焙燒并提取兩性重金屬后焚燒飛灰由危險廢物變為普通廢物，既可以進入生活垃圾填埋場，也可以資源化利用為建筑骨料。
文檔編號C22B1/08GK102618725SQ20121012534
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者李彥龍, 李潤東, 王雷 申請人:沈陽航空航天大學