專(zhuān)利名稱(chēng)：垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垃圾焚化的飛灰再生利用作為水泥材料的方法，尤其涉及一 種使垃圾焚化飛灰經(jīng)水萃取、濕研磨后替代部分水泥的再生利用的方法。
背景技術(shù)：
都市固體廢棄物經(jīng)過(guò)焚化后，殘留在焚化爐床或者焚化過(guò)程中由爐床所產(chǎn)生
的東西稱(chēng)為底渣(BottomAsh);而焚化過(guò)程中產(chǎn)生的大量廢氣，由空氣污染控制設(shè) 備所收集產(chǎn)生的物質(zhì)一般稱(chēng)為飛灰。而底渣可細(xì)分為爐床灰(GrateAsh)與篩灰 (Grate Siftings or Riddling)。爐床灰為垃圾焚化后在爐床上的殘留物，主要為不可 燃的無(wú)機(jī)物質(zhì)，如玻璃、沙土、陶瓷等，從爐床產(chǎn)出后經(jīng)調(diào)濕淬火，故含水量高， 黑色并呈現(xiàn)異味，顆粒分布范圍廣。篩灰則是在焚化過(guò)程中，爐床條縫所落下的 細(xì)渣，其粒徑會(huì)依爐床條縫大小而有所不同。飛灰又可細(xì)分為鍋爐灰與反應(yīng)灰。 鍋爐灰是因?yàn)榉倩癄t的廢熱回收設(shè)備上會(huì)附著廢氣中的顆粒， 一般大小都低于30 mesh，平常是利用吹灰器將鍋爐壁上的顆粒吹落所產(chǎn)生。反應(yīng)灰則是自集塵設(shè)備 或洗煙設(shè)備所收集的飛灰，是焚化廠(chǎng)中空氣污染防治設(shè)備所收集的顆粒物質(zhì)和重 金屬，其另含一些反應(yīng)物(CaC12、 CaS04等)，與一些未反應(yīng)的堿劑，例如 Ca(OH)2等。
都市焚化飛灰為有害事業(yè)廢棄物，目前主要以固化處理再進(jìn)行掩埋處置，而
學(xué)術(shù)上研究則有許多穩(wěn)定金屬的方法，但無(wú)法達(dá)到再生利用的程度；也有許多有 關(guān)移除飛灰中重金屬的研究，但仍有二次污染有待解決；以高溫熔融法轉(zhuǎn)化形成 水泥生料的研究則面臨熔融溫度過(guò)高的困境；日本已有飛灰制造環(huán)保水泥的實(shí)例， 但仍有氯鹽影響其應(yīng)用范圍的限制(，
此外，目前在中國(guó)焚化飛灰的處理中以固化技術(shù)為主，固化后須以掩埋處置 作為最終處理，其每噸處理約為8,000元，就廢棄物處理與資源再利用的角度而 言，若能將原本有害的飛灰轉(zhuǎn)為無(wú)害化，再進(jìn)而搭配其他技術(shù)將飛灰資源化，使 產(chǎn)品有經(jīng)濟(jì)價(jià)俏.，應(yīng)是未來(lái)可行的飛灰處理方式之一 。據(jù)此，本發(fā)明人等鑒于上述而對(duì)垃圾焚化所產(chǎn)生的飛灰進(jìn)行廣泛的研究，期 能使原本無(wú)用的廢棄物得以再利用成新的資源，因而完成本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種垃圾焚化飛灰再生利用 作為水泥材料的方法，以減少環(huán)境污染，合理利用廢棄資源。
本發(fā)明有關(guān)一種垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法，所述的方法包 括下列步驟(a)將垃圾焚化飛灰以水進(jìn)行萃取，以移除其內(nèi)所含的鹽類(lèi)，(b)接著 使步驟(a)所得物質(zhì)進(jìn)行濕式研磨使其內(nèi)所含的重金屬穩(wěn)定化，(C)于步驟(b)所得之 經(jīng)處理飛灰固體與水泥材料混合，其中所述的經(jīng)處理的飛灰與水泥材料的混合重 量比例為經(jīng)處理的飛灰水泥為1~20: 80~99。
本發(fā)明的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法中，濕研磨步驟中是使 用選自水、醇類(lèi)中的至少一種作為研磨分散劑。
本發(fā)明中所謂的"水泥材料"，泛指一般市售的水泥，其品牌以及制造商等 并不限制，只要是用于泥作等工藝中所使用的水泥即可。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有的有益效果是將有害廢棄物的飛灰轉(zhuǎn)變?yōu)?可再利用的無(wú)害化物質(zhì)。添加至水泥產(chǎn)品中不影響原本水泥產(chǎn)品品質(zhì)，達(dá)到廢棄 資源再利用目標(biāo)。


圖1顯示實(shí)施例1中以多段水萃取處理程序條件下飛灰鹽類(lèi)去除效益的圖表； 圖2顯示實(shí)施例2中不同研磨時(shí)間條件下都市焚化飛灰粒徑縮減變化圖； 圖3顯示實(shí)施例3中水萃與濕式研磨對(duì)飛灰重金屬鉛TCLP溶出變化的影響； 圖4(a)顯示添加5-10%處理后飛灰的水泥漿體凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果(水膠比w/b
=0.38);
圖4(b)顯示添加5-10%處理后飛灰的水泥漿體凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果(水膠比 w/b=0.45);
圖5(a)添加5-10X處理后飛灰的水泥漿體抗壓試驗(yàn)結(jié)果(w/bi.38); 圖5(b)添加5-10X處理后飛灰的水泥漿體抗壓試驗(yàn)結(jié)果(w/b^0.45)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明方法中的水萃取處理程序可有效降低飛灰中不利后續(xù)資源再利用的鹽 類(lèi)含量，降低重金屬溶出，且所利用的濕研磨程序，憑借適當(dāng)?shù)难心l件，可使 研磨后飛灰重金屬的溶出濃度遠(yuǎn)低于法規(guī)限定的濃度，將原本為有害廢棄物的飛 灰無(wú)害化，達(dá)到穩(wěn)定飛灰內(nèi)重金屬的目標(biāo)。本發(fā)明所采用的濕式研磨，能變化較 多的研磨操作參數(shù)，在選用適當(dāng)?shù)难心ヒ簵l件或足夠的研磨時(shí)間下，發(fā)現(xiàn)僅有極 微量的重金屬溶入至研磨液中，因此研磨漿體進(jìn)行固液分離之后，液體的重金屬 濃度將非常低，不容易有重金屬?gòu)U液產(chǎn)生的問(wèn)題。目前研磨技術(shù)水平可有效的縮減飛灰粉體的顆粒粒徑，縮小至2/mi左右，因此經(jīng)過(guò)本發(fā)明的濕式研磨程序后， 將有助于以有害廢棄物轉(zhuǎn)換為無(wú)害資源再利用的品質(zhì)提升。以本發(fā)明的水萃取處 理與濕式研磨程序，可有效降低飛灰中不利后續(xù)資源再利用的氯鹽含量與降低飛 灰的重金屬溶出，通過(guò)適當(dāng)?shù)难心l件，更可使研磨后都市焚化飛灰的重金屬的 溶出濃度遠(yuǎn)低于中國(guó)法規(guī)限定的濃度限值，成功將有害廢棄物的飛灰轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍?利用的無(wú)害化物質(zhì)。添加至水泥產(chǎn)品中不影響原本水泥產(chǎn)品品質(zhì)，達(dá)到廢棄資源 再利用目標(biāo)。目前每年所產(chǎn)生大量都市焚化飛灰，憑借本發(fā)明方法首先解決垃圾焚化后產(chǎn) 生的有害廢棄物飛灰的重金屬污染問(wèn)題，通過(guò)水萃取與研磨技術(shù)，使原本為有害 廢棄物的飛灰經(jīng)過(guò)處理后，重金屬穩(wěn)定化而不易溶出，因此本發(fā)明除可解決垃圾 焚化后產(chǎn)生的有害廢棄物飛灰的重金屬污染問(wèn)題，并可開(kāi)創(chuàng)飛灰后續(xù)再利用方向， 達(dá)到廢棄物資源化的目標(biāo)。本發(fā)明有關(guān)的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法包含(a)水萃取方式利用較低液固重量比與多段水萃取大量去除焚化飛灰氯鹽含量；(b)進(jìn)行濕式 研磨以使焚化飛灰中之重金屬穩(wěn)定化；(c)步驟(b)所得之經(jīng)濕研磨處理的飛灰作為 水泥替代物添加至水泥材料中，由于步驟(a)的水萃取可充分降低飛灰內(nèi)所含的氯 鹽含量，故添加至水泥中作為水泥替代物不致影響水泥的品質(zhì)。且本發(fā)明方法中 由于經(jīng)過(guò)適當(dāng)條件的濕研磨，使得飛灰的重金屬溶出濃度可降低至非常安全的程 度，以適當(dāng)比例添加在水泥產(chǎn)品中，將不影響水泥應(yīng)有的品質(zhì)。本發(fā)明的方法利用經(jīng)水萃取與研磨穩(wěn)定的都市垃圾焚化飛灰做為水泥的替代 物，達(dá)到飛灰資源回收再利用的最大價(jià)值。依據(jù)本發(fā)明的方法，憑借控制研磨條 件可大幅降低有害重金屬溶出量，遠(yuǎn)低于環(huán)保署公告有害事業(yè)廢棄物的判定標(biāo)準(zhǔn);且水泥產(chǎn)品中添加1-20 %重量，較好5-10%重量的所述的經(jīng)處理后的焚化飛灰， 由其初凝、終凝與抗壓條件等試驗(yàn)結(jié)果顯示，并無(wú)影響原有水泥產(chǎn)品性質(zhì)，并可 符合CNS規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。
依據(jù)本發(fā)明方法，可達(dá)到下列效果；第一是將焚化灰渣內(nèi)含的大量溶解性鹽 類(lèi)，尤其為氯鹽，以經(jīng)濟(jì)有效的方式萃取出來(lái)；以飛灰而言，內(nèi)含的鹽類(lèi)對(duì)于再 資源化應(yīng)用有許多不利的影響，主要為兩個(gè)影響，第一是鹽類(lèi)會(huì)與重金屬絡(luò)合增 加其溶出的趨勢(shì)，第二是鹽類(lèi)對(duì)于將飛灰應(yīng)用燒結(jié)技術(shù)的再利用處理有不利的作 用，會(huì)使得飛灰燒結(jié)體容易溶解崩壞，也無(wú)法添加在水泥熟料中使用，因大量的 鹽類(lèi)將會(huì)造成鋼筋混凝土的鋼鐵腐蝕，影響結(jié)構(gòu)體安全；故預(yù)先將鹽類(lèi)萃出，對(duì) 于后續(xù)飛灰資源再利用是一個(gè)必要的程序。而焚化底渣的氯鹽含量也相當(dāng)高，同 樣的會(huì)增加重金屬溶出，也不利于資源再利用，因此也有必要去除。
依據(jù)本發(fā)明的方法，憑借濕研磨處理程序可穩(wěn)定焚化灰渣中的重金屬，尤其 是處理可能溶出超過(guò)TCLP標(biāo)準(zhǔn)的飛灰。根據(jù)中國(guó)焚化廠(chǎng)營(yíng)運(yùn)資料、研究論文與 本發(fā)明人等的研究發(fā)現(xiàn)，鉛為飛灰中最易大量溶出的重金屬，以TCLP進(jìn)行測(cè)試 時(shí)，鉛經(jīng)黹是嚴(yán)重超過(guò)溶出標(biāo)準(zhǔn)的重金屬，而其他重金屬銅、鎘、鉻、鋅等的TCLP 溶出則不易超出標(biāo)準(zhǔn)，因此依據(jù)本發(fā)明的方法可穩(wěn)定飛灰內(nèi)的重金屬，尤其是重 金屬鉛。
中國(guó)都市垃圾焚化所產(chǎn)生大量都市焚化飛灰，憑借本發(fā)明可有效將原本廢棄 無(wú)用的有害廢棄物都市焚化飛灰，以本發(fā)明的濕研磨方法進(jìn)行處理，使其達(dá)到重 金屬穩(wěn)定的效果，并可有效地添加在水泥產(chǎn)品，再生為具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的添加材料, 除可避免環(huán)境污染問(wèn)題發(fā)生且能達(dá)到廢棄資源永續(xù)再利用的目的。
依據(jù)本發(fā)明的方法主要是將飛灰經(jīng)過(guò)兩個(gè)程序的處理(以水萃取步驟與濕研 磨步驟)，即可產(chǎn)生無(wú)害化的飛灰，而可以安全的應(yīng)用在許多再資源化的生產(chǎn)技術(shù)。 本發(fā)明是應(yīng)用研磨技術(shù)來(lái)穩(wěn)定飛灰中的重金屬，前處理的水萃取可充分降低氯鹽 含量，不致影響水泥的品質(zhì)；經(jīng)過(guò)適當(dāng)條件的研磨，其重金屬溶出濃度可降低至 非常安全的程度；以適當(dāng)比例添加在水泥產(chǎn)品中，不影響水泥應(yīng)有的品質(zhì)。
詳細(xì)的說(shuō)明。
A、水萃取處理步驟
本發(fā)明的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法中的水萃取處理步驟，首先是將焚化K灰以水萃取方式萃取出鹽類(lèi)。本發(fā)明方法中所用的水萃取，可使 用單段與多段水萃取，但就萃取效率而言，在相同的總萃取使用的水量下，將水 量分為多段萃取的方式效率較高，故而多段萃取法較佳。本發(fā)明的水萃取步驟中， 無(wú)論單段萃取或多段萃取，其每段的液固重量比為l至20的范圍，較好為2至20的范圍。每段萃取時(shí)間約為3至30分鐘的浸泡攪拌。若為多段萃取，則萃取 二次以上即可洗出百分的九十以上的氯鹽。 B、濕研磨步驟本發(fā)明的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法中的濕研磨步驟，可采 用球磨設(shè)備，研磨罐尺寸為20.6公分長(zhǎng)，20.5公分內(nèi)徑，容積為6.8公升，研磨 罐轉(zhuǎn)速為93rpm、研磨球材質(zhì)為氧化鋁，粒徑為5至15 mm之范圍，例如粒徑5 與15mm的研磨球組合為兩種粒徑各一半重量的混合方式、研磨時(shí)間24 96小時(shí) 的范圍，達(dá)到重金屬被穩(wěn)定的效果。但上述球磨設(shè)備的使用僅為實(shí)施本發(fā)明方法 的較佳手段，依據(jù)本發(fā)明的方法，不論使用普通球磨或者高能球磨，只要采用濕 式研磨方式，對(duì)飛灰的重金屬都有穩(wěn)定的效果。依據(jù)本發(fā)明的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法，飛灰經(jīng)過(guò)水萃取 之后，再以濕式研磨的方式穩(wěn)定飛灰的重金屬達(dá)到無(wú)害化可資源再利用條件。例 如水萃取后的飛灰，重金屬鉛的TCLP(實(shí)驗(yàn)方法如后文所述)溶出濃度仍高達(dá)5.2 mg/L，超過(guò)法規(guī)的限值，但經(jīng)過(guò)上述條件進(jìn)行濕式研磨之后，鉛溶出濃度可明顯 降低至0.2mg/L，遠(yuǎn)低于有害廢棄物認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)5.0mg/L。顯示研磨對(duì)于飛灰中所 含重金屬鉛的穩(wěn)定作用。濕研磨技術(shù)中的濕式研磨方式，其操作研磨參數(shù)的研磨 時(shí)間、研磨球粒徑與材質(zhì)、研磨球組合、研磨分散劑、研磨罐轉(zhuǎn)速、研磨漿體的 濃度、研磨球與研磨漿體的填積比例等，只要調(diào)整在適當(dāng)?shù)牟僮鲄?shù)范圍內(nèi)，對(duì) 于飛灰中重金屬都有良好的穩(wěn)定效果。本發(fā)明的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法中，濕研磨步驟中是使 用選自水、醇類(lèi)中的至少一種作為研磨分散劑。本發(fā)明方法中的濕式研磨可分為普通球磨與高能球磨，其操作研磨參數(shù)茲分 述如下l.普通球磨水/飛灰的液/固重量比例在2~20的研磨漿體濃度，研磨球的粒徑為2~60mm， 且研磨球是使用選自氧化鋁研磨球、氧化鋯研磨球、陶瓷研磨球的一種或多種材質(zhì)的研磨球混合使用，研磨球加上研磨漿體體積占30-70%的研磨罐體積，研磨吋 間為30分鐘至96小時(shí)，研磨轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的±20%的速度，臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算 公式如下
Nk:研磨罐臨界轉(zhuǎn)速(rpm.); D:磨罐的直徑(m); d:研磨球的直徑(m) 2.高能球磨
水/飛灰的液/固重量比例在2~20的研磨漿體濃度，研磨球的粒徑為l~30mm， 研磨球材質(zhì)為氧化鋁、氧化鋯或陶瓷材質(zhì)，研磨球加上研磨衆(zhòng)體體積為30~70% 的研磨罐體積，研磨時(shí)間為5分鐘至20小時(shí)，研磨轉(zhuǎn)速為100 700rpm。
TCLP分析方法為我國(guó)環(huán)保署認(rèn)定有害廢棄物的測(cè)試方法(環(huán)署檢-NIEA R201.13C)，其分析步驟如下
秤取至少100g的樣品
決定適當(dāng)?shù)妮腿∫簩悠奉w粒減小至直徑小于lmm，秤取固體5.0g，置在 500mL燒杯或錐形瓶中，加入96.5ml的試劑水，蓋以表玻璃，以磁攪拌器劇烈 攪拌五分鐘，測(cè)量溶液的pH值并記錄的。若pH".O，則使用萃取液A;若pH〉 5.0，則加入3.5ml l.ONHCl，攪拌成均勻狀，蓋以表玻璃，加熱至50 'C并維持 IO分鐘，冷卻至室溫后，測(cè)量溶液的pH并記錄的，若pH〈5.0，使用萃取液A， 若pH〉5.0，用萃取液B。(注萃取液A:在1L量瓶中，將5.7 mL冰醋酸加 入500 mL試劑水中，再加入64.3 mL 1 NNaOH，稀釋至刻度。此溶液的pH為 4.93 ±0.05，使用前檢査pH值；萃取液B:在1L量瓶中，將5。7 mL冰醋酸 加入試劑水中，稀釋至刻度。此溶液的pH為2.88 ±0.05，使用前檢查pH值)。
置在旋轉(zhuǎn)裝置，以每分鐘30±2轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)18±2小時(shí)，室溫維持在23±2 °C (在萃取過(guò)程中，有些樣品會(huì)產(chǎn)生氣體，而必須連續(xù)每隔15分、30分或一小時(shí)， 打開(kāi)瓶蓋釋放氣體)。
以0.45 pm濾紙進(jìn)行過(guò)濾并酸化水樣后，以火焰式原子吸收光譜儀(AA)測(cè)定 重金屬濃度。
C、固-液分離步驟本發(fā)明的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法中，經(jīng)過(guò)濕研磨步驟后， 使研磨后的漿液進(jìn)行固-液分離。固-液分離方法可使用現(xiàn)有任何方法，而無(wú)任何 限制。例如可利用沉降法，使固體沉降后，傾析除掉上層的液體，留下下層的固 體進(jìn)行進(jìn)一步處理。D、與水泥原料的混合步驟將經(jīng)上述固-液分離所得的經(jīng)處理飛灰固體經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單干燥并進(jìn)行粉碎，以經(jīng)處理的飛灰水泥材料為1 20: 80-99，較好5 10: 90~95的重量比例與市售水泥材料混合，隨后進(jìn)行相關(guān)水泥漿體試驗(yàn)與測(cè)試，其水泥漿體粗凝與終凝結(jié)果符合目前CNS規(guī)范，且1天、3天、7天與28天抗壓強(qiáng)度并無(wú)影響。本發(fā)明中所謂的"水泥材料"，泛指一般市售的水泥，其品牌以及制造商等并不限制，只要是用于泥作等工藝中所使用的水泥即可。本發(fā)明的主要特點(diǎn)為有效處理目前都市焚化飛灰無(wú)害化處理程序，且能添加在水泥原料中替代部分水泥原料，確保再利用的產(chǎn)品安全性，創(chuàng)造再生資源契機(jī)。并以下列詳細(xì)說(shuō)明第一點(diǎn)本發(fā)明的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法的功效本發(fā)明使用的水萃取，其特點(diǎn)主要在于萃取出飛灰中的鹽類(lèi)，雖附帶萃取出 一小部分的水溶性重金屬，但此部分萃取出的重金屬僅占飛灰重金屬總量中相當(dāng) 小的比例。國(guó)內(nèi)外有許多探討萃取飛灰重金屬的研究，主要以酸萃取、螯合劑等 配合萃取的溫度、液固重量比等條件進(jìn)行萃取，這些萃取方式對(duì)于重金屬的萃取 效果都比使用水為萃取劑來(lái)的好，但是本發(fā)明目的在于萃取出鹽類(lèi)而不萃取出重 金屬，是因?yàn)槿糨腿〕鲋亟饘賱t其將會(huì)進(jìn)入液相中，而形成有害的重金屬?gòu)U液， 若經(jīng)過(guò)一般的廢水處理后又產(chǎn)生含重金屬的有害廢棄物，而要回收萃取出來(lái)的重 金屬，目前尚不符合經(jīng)濟(jì)效益且技術(shù)仍未成熟，故這些廢液將有二次污染的問(wèn)題， 因此以整體廢棄物處理的角度來(lái)看，因?yàn)橹亟饘傥镔|(zhì)不滅，若將飛灰內(nèi)重金屬萃 取出來(lái)，也僅是讓重金屬污染遷移至液相或其他環(huán)境而已，本發(fā)明人等認(rèn)為目前 研究，可考慮以減小飛灰重金屬于不同環(huán)境以及介質(zhì)中遷移的機(jī)會(huì)為重點(diǎn)，而對(duì) 于留置在飛灰內(nèi)的重金屬，應(yīng)以適當(dāng)?shù)姆绞綄⑵滢D(zhuǎn)換為相當(dāng)穩(wěn)定的形式留在飛灰 內(nèi)，而進(jìn)行后續(xù)資源再利用，此套處理思維應(yīng)可應(yīng)用在處理有害廢棄物飛灰，發(fā) 展為整體的處理方式，基于這個(gè)思維，本發(fā)明以水為萃取劑，與酸萃取使用的各 種酸劑成本比較的話(huà)，水的成本低許多，而且使用酸劑處理也具有一定的危險(xiǎn)性，螯合劑的使用也是有費(fèi)用高的問(wèn)題。本發(fā)明使用的水萃取，可相對(duì)經(jīng)濟(jì)有效萃出 大量的鹽類(lèi)，但僅萃出一小部分的重金屬，萃出鹽類(lèi)之后，飛灰本身就可以減少 重金屬溶出的潛勢(shì)，而產(chǎn)生的重金屬?gòu)U水濃度比較低，后續(xù)也可以一般廢水處理 程序處理的。隨后經(jīng)水萃取后的飛灰，可進(jìn)而進(jìn)行濕研磨步驟，進(jìn)行重金屬穩(wěn)定 的處理。
第二點(diǎn)濕式研磨步驟的特點(diǎn)與功效 本發(fā)明采用的濕式研磨具有如下特點(diǎn)
A. 濕式研磨可大量減少飛灰處理過(guò)程中，粉塵逸散污染環(huán)境與危害人體的情 形；而且相較在干式研磨，飛灰采取濕式研磨也不會(huì)有粉塵堆積影響研磨效果的 情形。且濕式研磨因?yàn)樾枰心シ稚虼俗兓瘲l件較多，可選擇能與飛灰重 金屬進(jìn)行穩(wěn)定反應(yīng)的研磨分散劑，以研磨提供的能量加強(qiáng)研磨分散劑與固態(tài)的飛 灰重金屬穩(wěn)定的反應(yīng)，提升重金屬穩(wěn)定的效果。因此本發(fā)明采用的濕式研磨，可 變化硏磨分散劑，若以重金屬不會(huì)溶入的乙醇為分散劑，則因?yàn)橹亟饘俑静粫?huì) 溶在其中，故沒(méi)有重金屬?gòu)U液的產(chǎn)生，同時(shí)以這類(lèi)溶劑為研磨分散劑對(duì)于飛灰內(nèi) 的重金屬也有穩(wěn)定的作用。
B. 經(jīng)過(guò)濕式研磨之后，對(duì)于去除飛灰的氯鹽有更進(jìn)一步的效果存在，可以更 加減少飛灰的氯鹽含量至符合法規(guī)規(guī)范。
C. 研磨可以減小焚化飛灰的顆粒粒徑，根據(jù)研究顯示，燃煤飛灰可添加至水 泥中使用，而顆粒越細(xì)的飛灰添加效果越好，因此本發(fā)明方法中使用研磨程序進(jìn) 一步降低飛灰的粒徑，可提升添加至水泥使用的品質(zhì)，讓飛灰添加不至減弱水泥 漿體的功能甚至能增加抗壓強(qiáng)度等。
本發(fā)明采用濕式研磨除可大量減少飛灰處理過(guò)程中，粉塵逸散污染環(huán)境與危
害人體的情形，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，以TCLP進(jìn)行評(píng)估時(shí)，經(jīng)過(guò)濕式研磨后，飛灰重
金屬鉛可大量減少溶出的濃度，具有穩(wěn)定重金屬的功效，若以序列萃取法詳細(xì)分 析重金屬溶出的難易情形，可發(fā)現(xiàn)飛灰重金屬經(jīng)過(guò)研磨，原本較易溶出的型態(tài)比 例減少，而轉(zhuǎn)變?yōu)樵诃h(huán)境中較為穩(wěn)定的重金屬型態(tài)。且在足夠的研磨時(shí)間作用的 下，僅以最經(jīng)濟(jì)普通的水為研磨分散劑的濕式研磨，重金屬分布在水中的濃度就
相當(dāng)?shù)?，可降低?.02mg/L，顯示重金屬遷移至液相的量相當(dāng)少，可減少?gòu)U液的 重金屬濃度。而留在飛灰內(nèi)的重金屬鉛，與未研磨的高量添加氧化鉛飛灰比較， TCLP濃度由原來(lái)的51.93mg/L降低至0.75 mg/L，遠(yuǎn)低于法規(guī)的5 mg/L的限值；進(jìn)一步證實(shí)濕式研磨對(duì)于飛灰重金屬有相當(dāng)優(yōu)異的穩(wěn)定作用。 第三點(diǎn)經(jīng)處理飛灰作為水泥替代物的特點(diǎn)與功效除了有重金屬穩(wěn)定的效果，且在作為水泥的部分替代原料而可資源化應(yīng)用方 面也有幫助。本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)在水泥產(chǎn)品中依不同比例添加本發(fā)明的經(jīng)處理的焚 化飛灰，經(jīng)由嚴(yán)密實(shí)驗(yàn)證明發(fā)現(xiàn)以5-10%比例替代部分水泥并不影響原有水泥產(chǎn) 品特性。因此本發(fā)明的方法對(duì)于大量都市焚化飛灰提供處理方式與再利用的功效。本發(fā)明將以下列實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但所述的實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明， 而不用以限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例l一都市焚化飛灰水萃處理程序?qū)嶒?yàn)條件說(shuō)明飛灰與水以每次液-固重量比5進(jìn)行水萃取，每次水萃取時(shí)間為5分鐘進(jìn)行攪 拌萃取，攪拌結(jié)束后靜置30分鐘讓飛灰固體沉淀，采取上層水樣分析萃取液的氯 離子濃度，為了模擬實(shí)務(wù)工程應(yīng)用，每一段的固液分離程序是將上層澄清液放流， 留下底部污泥并且估計(jì)其含水率，再進(jìn)行下一段液/固重量比為5的水萃取，重復(fù)上述步驟4次完成多段萃取的水萃取程序。其結(jié)果如圖l所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明由圖l可看出水萃取對(duì)于氯鹽萃取的效果很好，經(jīng)第3段水萃取時(shí)，萃取液 中氯離子濃度已經(jīng)迅速降至250mg/L，第4段水萃取液濃度更低，因此水萃取對(duì) 于氯鹽萃取是經(jīng)濟(jì)有效的方式。實(shí)施例2—濕式研磨程序飛灰粒徑變化實(shí)驗(yàn)條件說(shuō)明設(shè)備是使用普通球磨機(jī)(Optimum，BM-104，特盟公司，臺(tái)灣制造)，將上述實(shí) 施例1的經(jīng)水萃取后的飛灰(底部污泥固體)添加水配成10%的研磨漿體濃度(以 重量濃度表示)并使所述的研磨漿體加上研磨球體積成為研磨罐體積的60%加入 上述球磨機(jī)中，研磨球使用5mm與15mm兩種研磨球粒徑，其材質(zhì)為氧化鋁，密 度約3.5g/cm3，每組研磨球所用的重量與體積都分別為7.875 kg與2250cm3，選 取以下五種研磨球重量配比條件分別為全部研磨球?yàn)?mm;全部研磨球?yàn)?15mm;兩種研磨球5mm與15mm，該兩種研磨球?yàn)閘: 1重量比(5mm: 15mm); 兩種研磨球5mm與15mm，該兩種研磨球?yàn)?: 1重量比(5mm: 15mm);兩種研 磨球5mm與15mm ，該兩種研磨球?yàn)閘: 2重量比(5mm: 15mm);研磨轉(zhuǎn)速都為93rpm，以探討其不同研磨球配比的研磨對(duì)飛灰粉體粒徑的影響。其結(jié)果示在圖2。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明由圖2可看出，研磨對(duì)于飛灰顆粒粒徑的減少有很好的效果，水萃取后的飛 灰平均粒徑是36.2um，研磨一小時(shí)后，每組研磨球配比的飛灰粒徑最少都縮減 一半以上，研磨一小時(shí)最佳的效果是3.8u m，初期研磨飛灰的粒徑縮減較為明顯， 研磨8小時(shí)之后，則縮減效果漸趨平緩。飛灰粒徑減小則顆粒的表面能會(huì)增加， 有助于添加至水泥中的反應(yīng)進(jìn)行。此外，研磨初期使用單一粒徑研磨球的效果較 差，但研磨時(shí)間增長(zhǎng)時(shí)，則不同研磨球配比的研磨效果差距不大。實(shí)施例3—水萃取與濕式研磨后飛灰重金屬鉛TCLP溶出特性實(shí)驗(yàn)條件說(shuō)明1. 水萃條件兩段水萃取，每段的飛灰對(duì)水的液固重量比為5，每段水萃取時(shí) 間為5分鐘的攪拌萃取，兩段水萃后取底下沉淀的飛灰，放置在烘箱干燥。2. 研磨條件取上述步驟1中干燥后的飛灰進(jìn)行濕式研磨，將上述步驟l中 所得飛灰以水配成為研磨漿體濃度為10%(重量濃度)，研磨液為水，轉(zhuǎn)速93rpm， 5mm與15mm粒徑的研磨球配比為1: 1重量比(5mm: 15mm)，材質(zhì)為氧化鋁研 磨球，研磨時(shí)間分別為1、 24、 48、 96小時(shí)，每段研磨時(shí)間到達(dá)后，取出飛灰漿 體，烘干進(jìn)行TCLP程序，以分析重金屬溶出的變化。結(jié)果示在圖3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明由圖3的結(jié)果可知，原始飛灰的鉛TCLP溶出高達(dá)55mg/L，先經(jīng)過(guò)水萃取， 再研磨一小時(shí)即可降低至0.53mg/L，遠(yuǎn)低法規(guī)的限值(5mg/L)，研磨至96小時(shí)可 降至0.2mg/L，因此一小時(shí)的研磨對(duì)于飛灰重金屬鉛有相當(dāng)好的穩(wěn)定效果。實(shí)施例4一添加5-10%處理后飛灰的水泥漿體凝結(jié)時(shí)間實(shí)驗(yàn)條件說(shuō)明1. 純水泥、含5%經(jīng)水萃取但未經(jīng)研磨的飛灰的水泥、含5%經(jīng)水萃取與濕研 磨的飛灰的水泥、以及含10%經(jīng)水萃取且經(jīng)濕研磨的飛灰的水泥，各分別秤取650 克，分別按水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度試驗(yàn)的方法制成水泥漿體，裝入圓模后置在玻璃板上， 以待測(cè)定凝結(jié)時(shí)間。2. 待30分鐘后，即開(kāi)始將圓模置在維卡氏針下用lmm直徑的針作針入試驗(yàn)， 以后每隔15分鐘紀(jì)錄讀數(shù)一次，直至針入深度為25mm或稍相近時(shí)為止，測(cè)定時(shí)， 先將針端與圓模內(nèi)水泥漿體面相接觸，而后將固定螺絲旋緊使針固定，此時(shí)將針指示調(diào)整在0點(diǎn)處，放松固定螺絲，使針徐徐落下針入水泥漿體中。每次試驗(yàn)時(shí)， 針入的位置必須變換，且前后兩次的距離，不得小于6.4mm，并規(guī)定在距圓模邊 9.5mm以?xún)?nèi)，不得針入。記錄各次針入深度，以插補(bǔ)法，求得針入深度恰為25mm 的時(shí)間，即為其初凝時(shí)間。當(dāng)針在水泥漿表面不明顯下降時(shí)，則為終凝時(shí)間。其 結(jié)果如圖4(a)與圖4(b)所示。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明由圖4(a)與圖4(b)可知，經(jīng)水萃取且濕研磨的飛灰水泥漿體的初凝時(shí)間與終 凝時(shí)間有比純水泥漿體縮短的趨勢(shì)，但都符合單以水泥所試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。其原因?yàn)?研磨飛灰細(xì)度小，而比表面積相對(duì)提高，混合在水泥中，導(dǎo)致吸水性較高，反應(yīng) 性較快，相同水膠比的情況下，含經(jīng)水萃取且濕研磨的飛灰的水泥漿體的凝結(jié)時(shí) 間隨研磨飛灰的取代量提高而縮短，不論初凝或終凝均相對(duì)的縮短。飛灰經(jīng)由研 磨過(guò)程，使顆粒大小迅速下降，而增加整體的表面積與活化能，故與水反應(yīng)時(shí)， 增加的表面積將會(huì)加速其水化作用，漿體中研磨飛灰取代量增加，整體的比表面 積也相對(duì)增加，以致加速水化生成物形成凝聚結(jié)構(gòu)網(wǎng)，因此縮短凝結(jié)時(shí)間。取代 量相同的研磨飛灰水泥槳體，其凝結(jié)時(shí)間隨水膠比(W/b，重量計(jì))增加而延長(zhǎng)，因 水膠比(水水泥及其添加物)高時(shí)，水泥漿體的水化空間增大，而水化生成物需 較長(zhǎng)的時(shí)間以填塞孔隙空間。由圖4(a)與圖4(b)的結(jié)果可知配制水泥漿體的水膠 比需控制在適當(dāng)?shù)臈l件，否則會(huì)不符合規(guī)范的限制。實(shí)施例5—添加5-10%處理后飛灰的水泥槳體抗壓試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)條件說(shuō)明1. 將模子內(nèi)面涂上一薄層油，并在模子接縫處粘上紙粘土，以防水份滲漏。2. 秤取100克的混合灰置入攪拌容器中，再依各水膠比條件量取適量的水， 均勻混合攪拌，3. 將均勻混合的水泥漿依上下兩層順序分次倒入模子中，并在倒入模子后， 立即快速搗實(shí)。將水泥漿完全倒入后以抹刀抹平表面，并在20 24小時(shí)內(nèi)拆模， 且將試體置在飽和石灰水中直到試驗(yàn)時(shí)為止。結(jié)果如圖5(a)與圖5(b)所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明1.研磨時(shí)間96hr所制成的研磨飛灰水泥漿體，其抗壓強(qiáng)度值無(wú)論在各個(gè)水 膠比以及養(yǎng)護(hù)齡期的下，都略大于添加未研磨的水萃飛灰的水泥漿體與市售水泥 漿體。2. 研磨時(shí)間影響抗壓強(qiáng)度的顯著性，隨著研磨飛灰取代水泥的比例而有增加 的趨勢(shì)，在各個(gè)水膠比中，研磨飛灰水泥漿體抗壓強(qiáng)度的差異都在研磨飛灰取代 量為10%的時(shí)候最大。3. 養(yǎng)護(hù)早期兩種研磨飛灰水泥漿體的抗壓強(qiáng)度的差異性相當(dāng)大，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí) 間的增加，差異漸趨緩和，但也略高于添加未研磨的水萃飛灰的水泥漿體與市售 水泥漿體。以上說(shuō)明對(duì)本發(fā)明而言只是說(shuō)明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 理解，在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多修改、變化 或等效，但都將落入本發(fā)明的權(quán)利要求可限定的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法，其特征在于，所述的方法包括下列步驟(a)對(duì)垃圾焚化飛灰以水進(jìn)行萃取，以移除其內(nèi)所含的鹽類(lèi)；(b)接著使步驟(a)所得物質(zhì)以液-固重量比在2～20的范圍進(jìn)行濕式研磨，使其內(nèi)所含的重金屬穩(wěn)定化；(c)步驟(b)中所得之經(jīng)處理飛灰與水泥混合；其中所述的經(jīng)處理的飛灰與水泥的混合重量比例為經(jīng)處理的飛灰∶水泥材料＝1～20∶80～99。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法，其特 征在于步驟(a)的水萃取是以每段固液重量比為l至20的范圍內(nèi)進(jìn)行二段或二 段以上的水萃取。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法，其特 征在于步驟(b)的濕研磨中是使用水、醇類(lèi)的至少一種作為研磨分散劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法，其特 征在于步驟(b)的濕研磨是憑借球磨法進(jìn)行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法，其特 征在于在球磨法中使用的研磨球粒徑為2 60mm，且研磨球是使用選自氧化鋁 研磨球、氧化鋯研磨球、陶瓷研磨球的一種或多種材質(zhì)的研磨球混合使用。
全文摘要
本發(fā)明是一種垃圾焚化飛灰再生利用作為水泥材料的方法，所述的方法包括下列步驟(a)使垃圾焚化飛灰以水進(jìn)行萃取，以移除其內(nèi)所含的鹽類(lèi)，(b)接著使步驟(a)所得物質(zhì)進(jìn)行濕式研磨使其內(nèi)所含的重金屬穩(wěn)定化，(c)步驟(b)所得之經(jīng)處理飛灰固體與水泥混合，其中所述的經(jīng)處理的飛灰與水泥的混合重量比例為經(jīng)處理的飛灰∶水泥為1～20∶80～99。
文檔編號(hào)B09B3/00GK101407380SQ200710145968
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者何志軒, 孫常榮, 莊家榮, 李明國(guó), 陳佑倫, 高思懷 申請(qǐng)人:私立淡江大學(xué)