專利名稱：一種城市垃圾焚燒飛灰合成水化氯鋁酸鈣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系城市垃圾焚燒飛灰合成水化氯鋁酸鈣的方法，屬環(huán)境工程固體廢物利用 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
影響城市生態(tài)系統(tǒng)的眾多因素中，城市垃圾是最活躍的擾動因素之一 ，隨著城市 化進(jìn)程的不斷加快，我國城市垃圾產(chǎn)生量急劇增加，且增長勢頭不減，城市垃圾的處 理已越來越引起全社會的重視.垃圾焚燒技術(shù)由于可以有效地破壞有機(jī)毒性物質(zhì)，大 大降低垃圾的體積，而且可以回收能源，將成為我國垃圾資源化、無害化和減容化處 理技術(shù)的重要研究和發(fā)展方向，生活垃圾焚燒對于可燃物質(zhì)的去除效果很好，但對于 其中所含的重金屬物質(zhì)而言，通常在其焚燒后重金屬的總量不會發(fā)生改變，大部分重 金屬會分布在占焚燒垃圾總量0.5% 3.0%的焚燒飛灰中。焚燒飛灰的分析結(jié)果表明， 焚燒飛灰并不是化學(xué)惰性物質(zhì)，其中含有能被水浸出的較高濃度的Cd， Pb， Zn以及 Cr等多種有害重金屬物質(zhì)和鹽類，若處理不當(dāng)，將會污染地下水及周圍環(huán)境，因而 是一種有害物質(zhì)。如何安全有效地處置利用焚燒飛灰已成為急需解決的環(huán)境和社會問 題。固化/穩(wěn)定化技術(shù)是國際上處理有毒有害廢物的主要方法之一。固化穩(wěn)定化的主 要方式有燒結(jié)、熔融、藥劑穩(wěn)定法和水泥固化法.由于燒結(jié)、熔融法需要耗費(fèi)大量 的能量，而藥劑穩(wěn)定法使用的藥劑價格較貴、且會產(chǎn)生大量的含重金屬污水，因此， 水泥固化法仍是最常用的固化MSWI飛灰的方式。水泥穩(wěn)定化處理是固化穩(wěn)定化預(yù) 處理MSWI飛灰的常用方法，但此方法將耗費(fèi)大量的水泥資源并引起填埋場增容比 的增加.利用必須進(jìn)入填埋場的危險廢物替代水泥等增容固化材料，共處理重金屬類 危險廢物，是安全填埋場中滿足固化穩(wěn)定化和有效減容的一個新思路.實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是 需要按照危險廢物的組分特點(diǎn)，設(shè)計和構(gòu)建新的礦物體系，以滿足低增容比、高的重 金屬束縛效率、良好的物理性能和耐久性的要求。在摻加了富鋁組分的 CaO-CaCl2-CaS04-Si02-Al203-H20體系中，除形成水化硅酸鈣(C2S2H)相外，氯離子 將優(yōu)先形成具有層狀結(jié)構(gòu)的Cl-AFm。
水滑石類化合物包括水滑石和類水滑石，其主體一半由兩種金屬的氫氧化物構(gòu) 成，因此又稱為層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物(layered double hydroxide,簡寫為LDH)。
LDHs是由層間陰離子及帶正電荷層板堆積而成的化合物，其結(jié)構(gòu)類似于水鎂石 Mg(OH)2，由M06八面體共用棱邊而形成主體層板。LDHs的化學(xué)組成具有如下通式-
[M^M3X+ (OH)2;r(A"-)小.mH2 0，其中M21n M3+分別為二價和三價重金屬陽離
子，位于主體層板上；A"為層間陰離子；x為M3, (M2++M3+)的摩爾比值；m為層 間水分子的個數(shù)。位于層板上的二價金屬陽離子142+可以在一定的比例范圍內(nèi)被離子 半徑相近的三價金屬陽離子143+同晶取代，從而使得主體層板帶部分的正電荷；層間 可以交換的客體An—與層板正電荷相平衡，因此使得LDHs的這種主客體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)電 中性。
LDHs的層間具有可交換的陰離子，其陰離子易于被交換的順序為C032—〉S042— >HP042—>OH—>F>Cl>Br'>N03—，所以高價陰離子易于進(jìn)入LDHs層間，低價陰離子易 于被交換出來。即具有更高電荷密度、更高價電荷的陰離子比單價陰離子擁有更強(qiáng)的 吸引力。
一般，其交換過程可以用以下方程式表示-LDH-A+X-=LDH-X+A
式中A和X分別代表兩種不同的陰離子。這類反應(yīng)通常屬于液固相反應(yīng)，其中 層狀氫氧化物處于固相，自由陰離子處于液相。
同時，LDHs具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)，其焙燒產(chǎn)物在一定條件下可重新吸收水和陰 離子從而部分恢復(fù)為LDHs的層狀結(jié)構(gòu)，稱之為LDH的記憶效應(yīng)。利用這種結(jié)構(gòu)記 憶效應(yīng)，焙燒LDH也可以作為陰離子吸附劑。
因此，利用飛灰水泥合成LDH，是一種廢物利用的方法，達(dá)到了飛灰的最終穩(wěn)定 化處置的目的，同時也產(chǎn)生了用途廣泛的LDH——水化氯鋁酸鈣(friedel化合物)。
由于LDHs的層間結(jié)構(gòu)、陰離子的可交換性以及其記憶效應(yīng)，廣泛運(yùn)用于吸附、 催化，阻燃等領(lǐng)域。但是一般其合成方法比較復(fù)雜，有共沉淀法，溶膠凝膠法離子交 換法，焙燒柱撐法等，但一般條件控制比較嚴(yán)格或者耗能較高，大規(guī)模生產(chǎn)不便或成 本過高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種廉價和工藝簡便的水化氯鋁酸鈣的合成方法。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種城市垃圾焚燒飛灰合成水化氯鋁酸鈣的方法，該方法具有以下的工藝過程 將城市垃圾焚燒飛灰、CA50型鋁酸鹽水泥和去離子水按質(zhì)量比為70: 30: 33 稱取，其中城市垃圾焚燒飛灰為富含鈣和可溶性氯元素，并且具有較高的堿度，城 市垃圾焚燒飛灰與去離子水按質(zhì)量比為l:20混合攪拌，平衡后溶液pH范圍在10.5 11.5，氯有0.16 0.2mol/L;先將城市垃圾焚燒飛灰和鋁酸鹽水泥研磨并過80目篩； 研磨混合均勻后，加去離子水充分?jǐn)嚢?、混勻，放入水泥培養(yǎng)箱在10 25i:、濕度 為95 99%的條件下培養(yǎng)72h天后65°C烘干研磨，即得到以水化氯鋁酸鈣為主的微 顆粒。
所述的CA50型鋁酸鹽水泥指符合國標(biāo)GB 201-2000，在鋁酸鹽水泥中Al元素以 可以水化的CA， C2A， C3A等型式存在。
利用危險廢棄物垃圾焚燒飛灰和鋁酸鹽水泥的性質(zhì)來合成水化氯鋁酸鈣。通過水 作用下固相之間的混合水合反應(yīng)，合成具有污染物束縛能力的、LDHs的特殊結(jié)構(gòu)及 其陰離子可交換性、記憶效應(yīng)等特性和化合物。為危險廢物飛灰的處理處置提供了新 途徑，同時也達(dá)到以廢治廢的效果。
發(fā)明效果城市垃圾焚燒飛灰屬于危險固體廢物，常常用普通硅酸鹽水泥固化穩(wěn) 定化方法處理。而本發(fā)明以城市垃圾焚燒飛灰為原料合成以水化氯鋁酸鈣為主的微顆 粒。使得危險廢物城市垃圾焚燒飛灰能夠重新被利用，達(dá)到以廢治廢的效果。
本發(fā)明利用飛灰中的可溶性Ca， Cl元素，與鋁酸鹽水泥中的A1物質(zhì)CA,C2A, C3A等的水化過程中共同形成類LDH礦物的原理，達(dá)到穩(wěn)定飛灰并合成水化氯鋁酸 鈣的目的。根據(jù)XRD(X射線衍射)分析的圖譜可以證明物質(zhì)成分，XRD三強(qiáng)線非常 明顯，有很明顯層狀結(jié)構(gòu)，并且與ICCD (衍射數(shù)據(jù)國際中心)的PDF2-2004數(shù)據(jù)庫中卡 片號為31-0245的圖譜相對應(yīng)。合成物化學(xué)式為3CaOAl2O3'CaCl2'10H2O表明合成成 功。
本發(fā)明的特點(diǎn)本發(fā)明巧妙利用危險廢物飛灰與鋁酸鹽水泥的特性，簡便巧妙地 合成LDH礦物。且本發(fā)明采用廉價原料，使得大規(guī)模合成LDHs成為可能，有很大 的環(huán)境潛力。


5圖1合成產(chǎn)物的XRD分析圖譜 圖2合成工藝流程圖
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。 實(shí)施例l
具體合成路線如說明書附圖2所示。取城市垃圾焚燒飛灰70g，該城市垃圾焚燒
飛灰為富含鈣和可溶性氯元素，并且具有較高的堿度，城市垃圾焚燒飛灰與去離子
水按質(zhì)量比為1:20混合攪拌，平衡后溶液pH范圍在10.5 11.5 ，氯有0.16 0.2mol/L; 再取CA50型鋁酸鹽水泥30g?；旌希心ゲ⑦^80目篩。研磨混合均勻后，加入33ml 去離子水充分?jǐn)嚢?，混勻?；靹蚝蠓湃胨嗯囵B(yǎng)箱在20"C、濕度為97%的條件下培 養(yǎng)3天后65。C烘干研磨。得到以水化氯鋁酸鈣為主的微顆粒，合成物化學(xué)式為 3CaO'Al2O3'CaCl2'10H2O。其XRD分析圖譜如圖1。
權(quán)利要求
1、一種城市垃圾焚燒飛灰合成水化氯鋁酸鈣的方法，其特征在于該方法具有以下的工藝過程將城市垃圾焚燒飛灰、CA50型鋁酸鹽水泥和去離子水按質(zhì)量比為70∶30∶33稱取，其中城市垃圾焚燒飛灰為富含鈣和可溶性氯元素，并且具有較高的堿度，城市垃圾焚燒飛灰與去離子水按質(zhì)量比為1∶20混合攪拌，平衡后溶液pH范圍在10.5～11.5，氯有0.16～0.2mol/L；先將城市垃圾焚燒飛灰和鋁酸鹽水泥研磨并過80目篩；研磨混合均勻后，加去離子水充分?jǐn)嚢?、混勻，放入水泥培養(yǎng)箱在10～25℃、濕度為95～99％的條件下培養(yǎng)72h天后65℃烘干研磨，即得到以水化氯鋁酸鈣為主的微顆粒。
全文摘要
本發(fā)明系一種水化氯鋁酸鈣的合成方法，屬環(huán)境工程固體廢物利用技術(shù)領(lǐng)域。將城市垃圾焚燒飛灰、鋁酸鹽水泥和去離子水按質(zhì)量比為70∶30∶33混合攪拌，放入水泥培養(yǎng)箱在濕度為95～99％的條件下培養(yǎng)72h天后烘干研磨，即得到以水化氯鋁酸鈣為主的微顆粒。通過水作用下固相之間的混合水合反應(yīng)，合成具有污染物束縛能力的、LDHs的特殊結(jié)構(gòu)及其陰離子可交換性、記憶效應(yīng)等特性的化合物。為危險廢物飛灰的處理處置提供了新途徑，同時也達(dá)到以廢治廢的效果。
文檔編號C01F7/16GK101519220SQ20091004650
公開日2009年9月2日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者重 任, 吳軍新, 孫健華, 張文曉, 王曉峰, 錢光人 申請人:上海大學(xué)