專利名稱：一種焚燒飛灰資源化利用的安全預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焚燒飛灰資源化利用的安全預(yù)處理方法，具體為焚燒飛灰的無害化處理方法，屬于固體廢物處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
焚燒飛灰是我國主要的量大面廣的廢物之一，我國生活垃圾焚燒設(shè)施經(jīng)過“十五”和“十一五”時(shí)期的高速建設(shè)，已經(jīng)形成規(guī)?；奶幚砟芰Γ贌幚硭嫉谋壤仓鹉晟??！度珖鞘猩罾鵁o害化處理設(shè)施建設(shè)“十一五”規(guī)劃》指出，“十一五”期間將新增垃圾焚燒廠處理規(guī)模6. 66萬噸/日，預(yù)計(jì)到2020年城市生活垃圾焚燒設(shè)施的處理能力將達(dá)到10萬噸/日。2010年焚燒飛灰的產(chǎn)生量達(dá)到100萬噸/年。焚燒飛灰富集重金屬和二 噁英類有毒污染物質(zhì)。我國生活垃圾焚燒廠煙氣凈化工藝多采用半干法脫硫，因此焚燒飛灰中含有較高含量的CaO，使焚燒飛灰呈現(xiàn)強(qiáng)堿性，導(dǎo)致重金屬浸出潛力巨大，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高。我國焚燒飛灰的高氯含量特性使得其處置難度較國外大。焚燒飛灰中的氯含量一般占飛灰質(zhì)量的10-20%，最高可達(dá)30%以上。這主要和生活垃圾的性質(zhì)、焚燒的工況以及煙氣凈化設(shè)備的差異有關(guān)。焚燒飛灰中的氯主要來源是生活垃圾中大量的廚余垃圾及塑料等物質(zhì)，焚燒飛灰的高氯含量是妨礙焚燒飛灰無害化處理和資源化利用的主要障礙之一。水泥固化反應(yīng)生成的CaCl2因吸濕作用會(huì)導(dǎo)致固化體的膨脹崩裂，從而影響到固化體的長期穩(wěn)定性和填埋后重金屬的浸出性能。焚燒飛灰如果做水泥混合材，可能導(dǎo)致產(chǎn)品材料性能變差，氯會(huì)使得混凝土孔隙化并降低混凝土的強(qiáng)度，反應(yīng)的方程式為2C1_+Ca (OH) 2 — CaCl2 (leakage)+20H_。如果焚燒飛灰進(jìn)行水泥窯協(xié)同處置，氯對水泥窯的正常運(yùn)行以及熟料的品質(zhì)構(gòu)成了較大的影響。含氯環(huán)境中鐵在高溫下會(huì)發(fā)生腐蝕，從而危害水泥窯的正常運(yùn)行。表I給出了焚燒飛灰中氯、硫和堿的含量。表I焚燒飛灰的氯、硫和堿含量(%)
權(quán)利要求
1.一種焚燒飛灰資源化利用的安全預(yù)處理方法，該方法首先要對焚燒飛灰進(jìn)行碳酸化，碳酸化飛灰與水發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)為了降低CaSO4的溶出，考慮到CaSO4的溶出主要受溶解度控制，反應(yīng)的特征是(a)采用低的液固比(碳酸化焚燒飛灰/去離子水按質(zhì)量比)，并采用盡可能低的反應(yīng)時(shí)間；(b)采用(a)產(chǎn)生的濾出液進(jìn)行新的反應(yīng)，由于濾出液已經(jīng)對CaSO4飽和，因此采用濾出液循環(huán)反應(yīng)的方式，可以阻止CaSO4的進(jìn)一步溶出，從而使總的0&504溶出量降低。
2.如權(quán)利要求I所述的一種焚燒飛灰資源化利用的安全預(yù)處理方法，該方法是通過下述步驟實(shí)現(xiàn)的 (1)將新鮮焚燒飛灰置于玻璃容器內(nèi)，焚燒飛灰與去離子水以質(zhì)量比均勻混合，在容器內(nèi)通入CO2,反應(yīng)后將焚燒飛灰的pH值降至8. 5-9. 5，將焚燒飛灰取出； (2)將一部分碳酸化焚燒飛灰與去離子水按質(zhì)量比均勻混合，置于聚乙烯瓶中，蓋緊瓶蓋后垂直固定于往復(fù)式水平振蕩器上，其頻率為110± 10次/min，振幅為20mm，在室溫震蕩2-5分鐘，樣品靜置2-5分鐘后取下，于預(yù)先安裝好濾膜的過濾裝置上過濾，收集全部濾出液，過濾后的固體即為預(yù)處理后的焚燒飛灰； (3)將碳酸化焚燒飛灰與步驟(2)產(chǎn)生的濾出液按質(zhì)量比均勻混合，置于聚乙烯瓶中，蓋緊瓶蓋后，重復(fù)步驟(2),重復(fù)次數(shù)為2次。
3.如權(quán)利要求I所述的一種焚燒飛灰資源化利用的安全預(yù)處理方法，該方法中高鈣特征焚燒飛灰，其化學(xué)組成Ca的含量53. 02%、氯的含量為18. 88、F的含量為I. 15、SO3的含量為5. 18%，焚燒飛灰的pH值為12. 3，處理方法為焚燒飛灰碳酸化預(yù)處理，預(yù)處理焚燒飛灰進(jìn)行3次去離子水循環(huán)洗滌法，特征是預(yù)處理后的焚燒飛灰水洗過程濾出液循環(huán)使用2次，具體步驟 (1)將200克新鮮焚燒飛灰置于玻璃容器內(nèi)，焚燒飛灰與去離子水以液固質(zhì)量比為O.I均勻混合，在容器內(nèi)通入CO2，反應(yīng)時(shí)間為360小時(shí)，將焚燒飛灰的pH值降至8. 02，將焚燒飛灰取出； (2)將步驟(I)產(chǎn)生的碳酸化焚燒飛灰20克與去離子水以液固質(zhì)量比為5均勻混合，置于聚乙烯瓶中，蓋緊瓶蓋后垂直固定于往復(fù)式水平振蕩器上，頻率為110 ± 10次/min，振幅為20mm，在室溫震蕩2分鐘，樣品靜置2分鐘后取下，于預(yù)先安裝好濾膜的過濾裝置上過濾，收集全部濾出液，過濾后的固體即為脫除氯的焚燒飛灰； (3 )將步驟(I)產(chǎn)生的碳酸化焚燒飛灰20克與步驟2產(chǎn)生的濾出液以液固質(zhì)量比為5均勻混合，置于聚乙烯瓶中，蓋緊瓶蓋后，重復(fù)步驟2 ; (4)將步驟(I)產(chǎn)生的碳酸化焚燒飛灰20克與步驟3產(chǎn)生的濾出液以液固質(zhì)量比為5均勻混合，置于聚乙烯瓶中，蓋緊瓶蓋后，重復(fù)步驟2，產(chǎn)生的濾出液不再循環(huán)使用，步驟2、3和4中Cl' F_和S042_的洗出率質(zhì)量百分比為-CF 分別為 94. 5%, 93. 4% 和 91. 8% ； -S042_的洗出率分別為28. 5%、2· 1%和O. 2% ； -Γ的洗出率分別為8. 7%、I. 9%和I. 0% ； 重金屬的浸出情況為 -未碳酸化處理時(shí)，Pb的浸出濃度為41000 μ g/L，第一次水洗降為27 μ g/L，濾出液循環(huán)一次，Pb的浸出濃度變?yōu)?5 μ g/L，濾出液循環(huán)二次，Pb的浸出濃度變?yōu)?7 μ g/L ；-未碳酸化處理時(shí)，Cu的浸出濃度為430μ g/L，碳酸化處理后，第一次水洗降為降為.57 μ g/L，濾出液循環(huán)一次，Cu的浸出濃度為69 μ g/L，濾出液循環(huán)二次，Cu的浸出濃度變?yōu)?75 μ g/L ； -未碳酸化處理時(shí)，Zn的浸出濃度為298 μ g/L，第一次水洗降至32 μ g/L。
4.如權(quán)利要求I所述的一種焚燒飛灰資源化利用的安全預(yù)處理方法，該方法中高鈣特征焚燒飛灰，其化學(xué)組成Ca的含量53. 02%、氯的含量為18. 88、F的含量為I. 15、SO3的含量為5. 18%，具體步驟 (1)將200克新鮮焚燒飛灰置于玻璃容器內(nèi)，焚燒飛灰與去離子水以液固質(zhì)量比為O. 25均勻混合，在容器內(nèi)通入CO2，反應(yīng)時(shí)間為20小時(shí)，將焚燒飛灰的pH值降至9，將焚燒飛灰取出； (2)將步驟(I)產(chǎn)生的碳酸化焚燒飛灰20克與去離子水以液固質(zhì)量比為5均勻混合，置于聚乙烯瓶中，蓋緊瓶蓋后垂直固定于往復(fù)式水平振蕩器上，頻率為110 ± 10次/min，振幅為20mm，在室溫震蕩5分鐘，樣品靜置2分鐘后取下，于預(yù)先安裝好濾膜的過濾裝置上過濾，收集全部濾出液，過濾后的固體即為脫除氯的焚燒飛灰； (3 )將步驟(I)產(chǎn)生的碳酸化焚燒飛灰20克與步驟(2 )產(chǎn)生的濾出液以液固質(zhì)量比為.5均勻混合，置于聚乙烯瓶中，蓋緊瓶蓋后，室溫振蕩時(shí)間為5分鐘； (4)將步驟(I)產(chǎn)生的碳酸化焚燒飛灰20克與步驟(2)產(chǎn)生的濾出液以液固質(zhì)量比為5均勻混合,置于聚乙烯瓶中，蓋緊瓶蓋后,室溫振蕩時(shí)間為5分鐘,步驟2、3和4中Cl_、F—和S042_的洗出率質(zhì)量百分比為-CF 分別為 95%、92% 和 90% ； -SO:的洗出率分別為25%、3. 7%和I. 2% ； -Γ的洗出率分別為7. 9%、0· 9%和I. 2% ； 重金屬的浸出情況為 -未碳酸化處理時(shí)，Pb的浸出濃度為41000 μ g/L，第一次水洗降為22 μ g/L ； -未碳酸化處理時(shí)，Cu的浸出濃度為430μ g/L，碳酸化處理后，第一次水洗降為降為.37 μ g/L ； -未碳酸化處理時(shí)，Zn的浸出濃度為298 μ g/L，第一次水洗降至25 μ g/L。
5.如權(quán)利要求I所述的一種焚燒飛灰資源化利用的安全預(yù)處理方法，該方法中高鈣特征焚燒飛灰，其化學(xué)組成Ca的含量53. 02%、氯的含量為18. 88、F的含量為I. 15、SO3的含量為5. 18%，具體步驟 (1)將200克新鮮焚燒飛灰置于玻璃容器內(nèi)，焚燒飛灰與去離子水以液固質(zhì)量比為O.I均勻混合，在容器內(nèi)通入CO2，反應(yīng)時(shí)間為288小時(shí)，將焚燒飛灰的pH值降至9. 4，將焚燒飛灰取出； (2)將步驟I產(chǎn)生的碳酸化焚燒飛灰20克與去離子水以液固質(zhì)量比為3均勻混合，置于聚乙烯瓶中，蓋緊瓶蓋后垂直固定于往復(fù)式水平振蕩器上，頻率為110 ± 10次/min，振幅為20mm，在室溫震蕩2分鐘，樣品靜置2分鐘后取下，于預(yù)先安裝好濾膜的過濾裝置上過濾，收集全部濾出液，過濾后的固體即為脫除氯的焚燒飛灰； (3)將步驟(2)反應(yīng)后過濾的固體產(chǎn)物與去離子水以液固質(zhì)量比為3均勻混合，置于聚乙烯瓶中，蓋緊瓶蓋后，重復(fù)步驟(2)；(4)將步驟(3)反應(yīng)后過濾的固體產(chǎn)物與去離子水以液固質(zhì)量比為3均勻混合，置于聚乙烯瓶中，蓋緊瓶蓋后，重復(fù)步驟(2)，濾出液中Cl—、F_和SO/—采用離子色譜儀進(jìn)行分析，濾出液中兩性重金屬采用誘導(dǎo)離子體發(fā)射質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，步驟2、3和4中Cr、F_和S042_的洗出率質(zhì)量百分比為-CF 分別為 76. 3%、19. 6% 和 O. 9% ； -SO廣的洗出率分別為23. 1%、6· 9%和4. 3% ； -Γ的洗出率分別為6. 7%、7· 9%和8. 0% ； 重金屬的浸出情況為 -Pb的浸出濃度從未碳酸化處理時(shí)的41000 μ g/L降為碳酸化焚燒飛灰第一次水洗時(shí)的 27 μ g/L ； -Cu的浸出濃度從未碳酸化處理時(shí)的430 μ g/L降為碳酸化焚燒飛灰第一次水洗時(shí).57 μ g/L ； -Zn的浸出濃度從未碳酸化處理時(shí)的298 μ g/L降為碳酸化焚燒飛灰第一次水洗時(shí).3 2 μ g/L。
全文摘要
一種焚燒飛灰資源化利用的安全預(yù)處理方法，目的是脫除焚燒飛灰中的氯，協(xié)同脫除一部分氟，解決焚燒飛灰水洗所導(dǎo)致的CaSO4的高溶出率和兩性重金屬的大量溶出的問題。該方法首先要對焚燒飛灰進(jìn)行碳酸化，碳酸化飛灰與水發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)為了降低CaSO4的溶出，考慮到CaSO4的溶出主要受溶解度控制，反應(yīng)的特征是(1)采用低的液固比，并采用盡可能低的反應(yīng)時(shí)間；(2)采用(1)產(chǎn)生的濾出液進(jìn)行新的反應(yīng)，由于濾出液已經(jīng)對CaSO4飽和，因此采用濾出液循環(huán)反應(yīng)的方式，可以阻止CaSO4的進(jìn)一步溶出，從而使總的CaSO4溶出量較低。本發(fā)明的焚燒飛灰預(yù)處理過程沒有使用腐蝕性的酸或堿，避免產(chǎn)生酸或堿的二次污染，代價(jià)低。焚燒飛灰資源化利用的范圍廣泛，可以用作建筑輕骨料或替代水泥原料。
文檔編號(hào)B09B3/00GK102825059SQ20121032610
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者王雷, 李潤東, 李彥龍, 魏礫宏, 楊天華, 劉耀鑫, 張海軍 申請人:沈陽航空航天大學(xué)