專利名稱：一種低溫熔融燒結處置飛灰的方法
技術領域：
本發明涉及一種低溫熔融燒結處置飛灰的方法，屬于危險固體廢棄物處理技術領域。
背景技術：
飛灰是指固體廢物(生活垃圾、工業廢物、醫療廢物)在焚燒系統中理煙道、熱回收系統和凈化系統收集下來的塵灰。飛灰是列入國家危廢名錄的危險廢物，目前國內外對焚燒飛灰處置的主要方法有固化、化學穩定化、熔融/玻璃化、酸或其他溶劑洗提4類。飛灰的熔融/玻璃化處理就是利用燃料的燃燒熱或電熱方式，在高溫的狀態下使飛灰中的有機物發生熱分解、燃燒或氣化，而無機物則熔融成玻璃質爐渣，飛灰中的重金屬鹽類，部分發生氣化現象，大部分則轉移到熔渣中。玻璃化處理飛灰相對于水泥固化處理飛灰、化學穩定化處理飛灰、酸或其他溶劑洗提處理飛灰有明顯的優越性:飛灰經過加熱熔融，使二噁英等有機物污染物分解，熔渣快速冷卻形成致密而穩定的玻璃態構成物，有效地控制重金屬的浸出；同時熔融使熔渣變得致密，減容明顯，飛灰熔融后，僅密度增加就可以減容70%左右，并且熔渣有資源化利用的可能。現有的熔融燒結處置飛灰工藝中，存在的問題:(I)較高的溫度使得飛灰的熔融變的容易，但高溫也容易造成飛灰中重金屬組分的揮發；為了降低熔融溫度和促進穩定玻璃態物質的形成，除飛灰自身成分外，通常可以采用加入一些助熔劑來降低玻璃化溫度和玻璃化效果。(2)飛灰熔融/玻璃化過程需要特殊的熔融爐，按熱源劃分熔融爐有氣體或液體燃料爐、電爐和等離子體爐等，這些爐體使用時，有些需要配備氬氣保護，還需要配備二次焚燒裝置焚燒分離出來的廢氣，配備重金屬吸收裝置等。(3)熔融過程中還需要耗費大量燃料和電力。以上問題都抑制了熔融燒結處置飛灰方法的推廣使用。現有的固廢焚燒爐設計成熟可靠，其焚燒具有較高的溫度，有符合國家規范的廢氣處理設備，使得利用焚燒爐處理其焚燒飛灰具有可行性。
發明內容
本發明的發明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種低溫熔融燒結處置飛灰的方法，該工藝能夠有效的降低飛灰熔融溫度，使得能夠利用現有的固廢焚燒爐，在焚燒固廢的同時利用爐內的燃燒熱實現飛灰低溫熔融燒結，以降低飛灰熔融/玻璃化處理成本。本發明采用的技術方案如下:
一種低溫熔融燒結處置飛灰的方法，通過以下步驟完成:將飛灰與經破碎處理的助熔劑混合，向所得的混合組分中加水并預制成塊狀料，再將塊狀料投入固廢焚燒爐，在焚燒固體廢物的同時，利用爐內的燃燒熱對含飛灰的塊狀料進行低溫熔融燒結。所述塊狀料低溫 熔融燒結溫度為850 1000°C，燒結時間大于5min。本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，所述助熔劑為硼砂，或硼砂和氟化鈣的混合。
所述助熔劑為玻璃、硼砂和氟化鈣的混合。所述混合組分中，飛灰、玻璃、硼砂和氟化鈣的質量比為100:2 50:10 25:3 30。進一步的，所述混合組分中，飛灰、玻璃、硼砂和氟化鈣的質量比為100:20 25:
15 20:3 6。所述助熔劑破碎處理至50 150目。所述塊狀料預制過程中，飛灰和水的質量比為100:25 40。本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，所述玻璃為玻璃爐渣，所述固廢焚燒爐為醫療廢物焚燒爐、生活垃圾焚燒爐或工業廢物焚燒爐。本發明還公開了一種固廢焚燒爐用于飛灰低溫熔融燒結的應用。本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，利用現有的固廢焚燒爐進行燒結處理，而不需增加單獨的燒結設備，有效的降低了設備前期的投入，同時充分的利用了固廢焚燒爐內的燃燒熱進行處理而不需單獨提供能源進行處理。在本發明中助熔劑同飛灰混合，能夠有效的降低飛灰的熔融溫度，使得在能夠在較低的溫度下實現飛灰的熔融，并有效減少在高溫狀態下飛灰中重金屬組分的揮發，所述助熔劑作為常規選擇，一般采用玻璃、硼砂、螢石、CaF2、CaCl2, CaO、B2O3的一種或者多種的混合，通過調節飛灰和助熔劑比例，使得在混合組分的熔融溫度能夠降低到固廢焚燒爐中焚燒的溫度，同時焚燒爐的焚燒溫度不宜過高，過高則容易導致灰分 中重金屬組分揮發，過低使得熔融變的困難，而且消耗過多的助熔劑和處理時間使得過程變的不經濟，作為優選的采用焚燒溫度在850 1000°C之間的固廢焚燒爐，并控制塊狀料在爐內燒結停留時間大于5分鐘，所述固廢焚燒爐，從焚燒物分類可以采用常規的生活垃圾焚燒爐、普通工業垃圾焚燒爐、醫療垃圾焚燒爐、危險廢物焚燒爐等，從爐體上分可以采用為活動爐排焚燒爐或旋轉窯式焚燒爐。所述助熔劑作為優選的可以采用硼砂，或硼砂和氟化鈣的混合，或者玻璃、硼砂和氟化鈣的混合，助熔劑的添加量標準以焚燒爐內的溫度和熔融燒結停留確定，作為優選的應當使得飛灰和助熔劑混合而成的組合物的熔融溫度能落于固廢焚燒爐焚燒溫度內；在采用固焚燒爐進行飛灰熔融燒結工藝中，如以硼砂作為助熔劑時，飛灰和硼砂的質量比按100:10 25進行配比作為優選，如以硼砂和氟化鈣作為助熔劑，飛灰、硼砂和氟化鈣的質量比按100:10 25:3 30進行配比作為優選。由于飛灰成分主要以SiOJP CaO為主，還含有其他的氧化物，可以在高溫條件下熔融為硅酸鹽玻璃，本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，作為優選的還包括所述助熔劑由玻璃、硼砂和氟化鈣組成，玻璃、硼砂和氟化鈣三組分能有效的降低飛灰的熔融溫度，同時利用玻璃態構成物具有類質同象的作用:以硅酸鹽玻璃為例，在結晶的硅酸鹽中起關鍵作用的Si4+離子，能被很多金屬離子如Fe3+、As4+等所同象置換(同象置換是指性質類似的原子、離子、離子團、配離子等在晶體構造中相互置換而成的一種礦物或物相的現象)，并且同象置換往往是大幅度的，在骨架型結構中Si4+甚至有一半被置換，所以重金屬離子可以通過置換替代Si4+插入晶格中去，牢牢的嵌在S1-O網格構造中，而宏觀的無定型態增加了玻璃態物質的流動性從而促進了同象置換發生的可能性。同時玻璃態物質具有良好的熱穩定性，并且對各種侵蝕性介質都有很高的化學穩定性，所以包含于玻璃中的金屬元素非常穩定，能夠保證熔融處理后飛灰中的重金屬成分的化學穩定性；助熔劑中的玻璃組分可以來自于廢玻璃，或者來自于玻璃爐渣。
在本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，將助熔劑做破碎處理使得與飛灰的混合更均勻，助熔劑與飛灰的接觸面積加大，使得降低熔融溫度效果明顯，另一方面也能夠保證各混合組分能夠順利的預制成具有一定機械強度的塊狀料，方便在投加于固廢焚燒爐而不被焚燒爐中的氣流帶走，塊狀料可以采用混煉機壓制成型，其尺寸可以根據爐底出料口尺寸、焚燒時間和焚燒溫度靈活的選擇，在熔融過程中通過一定的溫度和停留時間就能夠很好的進行飛灰的熔融；在混合料加水過程中，飛灰和水的比例控制在100:25 40為最優，水分過多不僅塊狀料的機械強度難以保證，而且水分揮發帶走過多的熱量而影響爐內溫度，同時水分揮發時間過長導致影響熔融燒結的時間，水分過少則導致成塊困難；熔融燒結后的塊狀配合料在焚燒爐冷卻部位冷卻后，形成玻璃態燒結熔渣；玻璃態燒結熔渣和焚燒殘渣一起排出固體廢物焚燒爐，經檢驗合格后送到生活填埋場填埋。飛灰塊熔融燒結程中產生的廢氣，和固體廢物焚燒廢氣一起通過爐體的配套設施，采用常規的手段經過廢氣處理設施凈化排放，凈化過程收集的飛灰重新進行熔融燒結處理。本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，特別適合利用醫療廢物焚燒爐或危險廢物焚燒爐進行，上述兩種焚燒爐不僅爐內的溫度能夠很好的滿足工藝需求，同時收集的飛灰具有重金屬含量高的特點飛灰熔融處理工藝應用于這兩種爐體上能夠便于一體化處理，降低飛灰危害和處理成本；尤其是醫療廢物內含有一定玻璃，爐底燒結出來的玻璃爐渣可以直接作為飛灰熔融助熔劑的原料玻璃，取材方便。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是:所述低溫熔融燒結處置飛灰的方法利 用合理配比的助熔劑有效的降低了飛灰熔融溫度，通過燒結能改變飛灰物理形態，并能夠充分利用現有的固廢焚燒設備對飛灰進行熔融燒結處理，而不需用設置單獨的燒結設備，節約了設備投入成本，在焚燒固體廢物同時利用爐內的燃燒熱進行飛灰處置，能夠減少能源的消耗；同時本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，飛灰熔融后固化效果好，能有效的防止飛灰中的重金屬離子浸出。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，飛灰采用配合助熔劑工藝實現共混物熔融溫度降低，使得能在現有的固廢焚燒爐及其焚燒溫度下，利用固廢焚燒爐和固廢燃燒熱進行飛灰熔融燒結，所述固廢焚燒爐包括有生活垃圾焚燒爐、普通工業垃圾焚燒爐、醫療垃圾焚燒爐、危險廢物焚燒爐等，所采用的爐型包括有活動爐排焚燒爐或旋轉窯式焚燒爐，所采用助熔劑可以采用玻璃、硼砂、螢石、CaF2, CaCl2, CaO、B2O3的一種或多種的混合，助熔劑與飛灰的比例優選的應該使得飛灰和助熔劑混合組分的共混熔融溫度與固廢焚燒爐的焚燒溫度范圍一致，使得達到較好的熔融效果，同時應保證在較低的溫度下進行熔融處理防止飛灰中重金屬組分因溫度過高而揮發。本發明的飛灰低溫熔融燒結中工藝路線與傳統的固廢焚燒路線基本一致，包括常規所具有的尾氣處理工藝。
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由玻璃、硼砂和氟化鈣組成，如實施例I至實施例7。實施例1
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由玻璃、硼砂和氟化鈣組成，玻璃選材為廢玻璃，助熔劑各組分先經破碎處理至50 80目，再按飛灰、玻璃、硼砂和氟化鈣的質量比為100:2:10:3配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:32加水并預制成長度為80 IOOmm的球形塊狀料，再將塊狀料投入工業廢物焚燒爐，爐型為旋轉窯，利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述工業廢物焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為950 1000°C，焚燒時間為50min。實施例2
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由玻璃、硼砂和氟化鈣組成，玻璃選材為醫療廢物焚燒爐的玻璃爐渣，助熔劑各組分先經破碎處理至100 150目，再按飛灰、玻璃、硼砂和氟化鈣的質量比為100:10:25:20配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:28加水并預制成12X8mm，長度為80mm的條形塊狀料，再將塊狀料投入醫療廢物集中焚燒系統，焚燒爐為傾斜往復式爐排焚燒爐，焚燒醫療垃圾同時利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述醫療廢物焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為900 1000°C，焚燒時間為IOmin。實施例3
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由玻璃、硼砂和氟化鈣組成，玻璃選材為廢玻璃，助熔劑各組分先經破碎處理至50 80目，再按飛灰、玻璃、硼砂和氟化鈣的質量比為100:20:15:3配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:30加水并預制成尺寸為50 X 50 X 30mm的方形塊狀料，再將塊狀料投入生活垃圾傾斜往復式爐排焚燒爐，利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述生活垃圾焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為850 900°C，焚燒時間為40min。實施例4
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由玻璃、硼砂和氟化鈣組成，玻璃選材為玻璃爐渣，助熔劑各組分先經破碎處理至80 120目，再按飛灰、玻璃、硼砂和氟化鈣的質量比為100:25:20:30配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:25加水并預制成直徑30mm，長度為80mm的圓柱塊狀料，再將塊狀料投入危險廢物旋轉窯焚燒爐，利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述危險廢物旋轉窯焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為950 1000°C，焚燒時間為50min。實施例5
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由玻璃、硼砂和氟化鈣組成，玻璃選材為廢玻璃，助熔劑各組分先經破碎處理至80 120目，再按飛灰、玻璃、硼砂和氟化鈣的質量比為100:30:17:6配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:30加水并預制成長度為80mm的球塊狀料，再將塊狀料投入生活垃圾爐排焚燒爐，利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述生活垃圾爐排焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為850 900°C，焚燒時間為60min。 實施例6本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由玻璃、硼砂和氟化鈣組成，玻璃選材為廢玻璃，助熔劑各組分先經破碎處理至50 80目，再按飛灰、玻璃、硼砂和氟化鈣的質量比為100:40:22:15配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:32加水并預制成長度為尺寸為100X100X40mm的方形塊狀料，再將塊狀料投入危險廢物旋轉窯焚燒爐，利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述危險廢物旋轉窯焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為850 1000°C，焚燒時間為35min。實施例7
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由玻璃、硼砂和氟化鈣組成，玻璃選材為玻璃爐渣，助熔劑各組分先經破碎處理至80 120目，再按飛灰、玻璃、硼砂和氟化鈣的質量比為100:50:12:10配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:40加水并預制成成直徑5_，長度為10_的圓柱粒狀料，再將粒狀料投入醫療廢物旋轉窯焚燒爐，利用爐內的燃燒熱對圓柱粒狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述醫療廢物焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為950 1000°C，焚燒時間為5min。本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由硼砂和氟化鈣組成，如實施例8至實施例10。實施例8
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由硼砂和氟化鈣組成，助熔劑各組分先經破碎處理至80 120目，再按飛灰、硼砂和氟化鈣的質量比為100:10:3配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:25加水并預制成直徑5mm，長度為IOmm的圓柱粒狀料，再將粒狀料投入生活廢物傾斜往復爐排焚燒爐，利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述生活廢物焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為850 950°C，焚燒時間為60min。
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實施例9
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由硼砂和氟化鈣組成，助熔劑各組分先經破碎處理至100 150目，再按飛灰、硼砂和氟化鈣的質量比為100:25:20配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:32加水并預制成直徑為5mm，長度為12mm的顆粒塊狀料，再將塊狀料投入醫療廢物旋轉窯焚燒爐，利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述醫療廢物旋轉窯焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為850 1000°C，焚燒時間為5min。實施例10
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由硼砂和氟化鈣組成，助熔劑各組分先經破碎處理至50 80目，再按飛灰、硼砂和氟化鈣的質量比為100:18:30配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:40加水并預制成長度為80 IOOmm的球形塊狀料，再將塊狀料投入工業廢物焚燒爐，爐型為旋轉窯，利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述工業廢物焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為850 1000°C，焚燒時間為20min。本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑為硼砂，如實施例11至實施例13。實施例11本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑為硼砂，硼砂先經破碎處理至100 150目，再按飛灰和硼砂質量比為100:10配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:25加水并預制成長度為直徑10mm，長度為40mm的圓柱塊狀料，再將塊狀料投入工業廢物焚燒爐，爐型為旋轉窯，利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述工業廢物焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為850 1000°C，焚燒時間為30min。實施例12
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由硼砂，硼砂先經破碎處理至50 80目，再按飛灰和硼砂質量比為100:25配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:30加水并預制成長度為直徑10mm，長度為30mm的圓柱塊狀料，再將塊狀料投入醫療廢物集中焚燒系統，焚燒爐為傾斜往復式爐排焚燒爐，焚燒醫療垃圾同時利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述醫療廢物焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為900 1000°C，焚燒時間為5min。實施例13
本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，助熔劑由硼砂，硼砂先經破碎處理至80 120目，再按飛灰和硼砂質量比為100:15配比，所得混合組分按照飛灰和水的質量為100:40加水并預制成直徑為10mm，長度為40mm的圓柱狀料，再將塊狀料投入生活垃圾傾斜往復式爐排焚燒爐，利用爐內的燃燒熱對塊狀料中的飛灰進行低溫熔融燒結，所述生活垃圾焚燒爐中塊狀料所在燃室的焚燒溫度為850 900°C，焚燒時間為50min。本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，以實施例2所熔融燒結后的塊狀料做浸出毒性檢測，其結果如下表:
權利要求
1.一種低溫熔融燒結處置飛灰的方法，其特征在于:通過以下步驟完成:將飛灰與經破碎處理的助熔劑混合，向所得的混合組分中加水并預制成塊狀料，再將塊狀料投入固廢焚燒爐，在焚燒固體廢物的同時，利用爐內的燃燒熱對含飛灰的塊狀料進行低溫熔融燒結。
2.如權利要求1所述的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，其特征在于:所述塊狀料低溫熔融燒結溫度為850 1000°C，燒結時間大于5min。
3.如權利要求2所述的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，其特征在于:所述助熔劑為硼砂，或硼砂和氟化鈣的混合。
4.如權利要求2所述的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，其特征在于:所述助熔劑為玻璃、硼砂和氟化鈣的混合。
5.如權利要求4所述的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，其特征在于:所述混合組分中，飛灰、玻璃、硼砂和氟化鈣的質量比為100:2 50:10 25:3 30。
6.如權利要求5所述的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，其特征在于:所述混合組分中，飛灰、玻璃、硼砂和氟化鈣的質量比為100:20 25:15 20:3 6。
7.如權利要求1 6任一項所述的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，其特征在于:所述助熔劑破碎處理至50 150目。
8.如權利要求7所述的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，其特征在于:所述塊狀料預制過程中，飛灰和水的質量比為100:25 40。
9.如權利要求1所述的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，其特征在于:所述玻璃為玻璃爐渣，所述固廢焚燒爐為醫療廢物 焚燒爐、生活垃圾焚燒爐或工業廢物焚燒爐。
10.一種固廢焚燒爐用于飛灰低溫熔融燒結的應用。
全文摘要
本發明公開了一種低溫熔融燒結處置飛灰的方法，屬于危險固體廢棄物處理技術領域；所述工藝通過以下步驟完成將飛灰與經破碎處理的助熔劑混合，向所得的混合組分中加水并預制成塊狀料，再將塊狀料投入固廢焚燒爐，在焚燒固體廢物的同時，利用爐內的燃燒熱對含飛灰的塊狀料進行低溫熔融燒結；本發明的低溫熔融燒結處置飛灰的方法，能有效降低飛灰熔融溫度和改變飛灰物理形態，能夠充分利用現有的固廢焚燒設備對飛灰進行熔融燒結處理，節約了設備投入成本；在焚燒固體廢物同時利用爐內的燃燒熱進行處置飛灰，能夠降低能源的消耗；飛灰熔融燒結后固化效果好，能有效的防止飛灰中的重金屬離子浸出。
文檔編號B09B3/00GK103230924SQ20131014867
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月26日 優先權日2013年4月26日
發明者江遠清, 陳鏘, 陳岳祥, 楊枝安 申請人:廣東生活環境無害化處理中心, 江遠清