一种利用生活垃圾-硅铝质材料协同焚烧灰渣处置飞灰的方法与流程

1.本发明属于废物资源化利用技术领域，具体涉及一种利用生活垃圾-硅铝质材料协同焚烧灰渣处置飞灰的方法。


背景技术：

[0002]“飞灰”是垃圾焚烧厂、垃圾焚烧烟气排放、净化系统、捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰的总称，约占垃圾总重量的2％-3％。因飞灰含有二噁英和重金属，《国家危险废物名录》(2021年版)将其列为危险废物，代码772-002-18。根据有关规定，必须对飞灰进行固化/稳定化处理，处理达标后方可送入填埋场进行分区填埋，而处理飞灰的市场价格高达3000元/吨。
[0003]
现今广泛用于固化/稳定化处理飞灰的是水泥、石灰和玻璃基固化材料。这些材料虽然在有毒重金属离子固化/稳定处理方面具有一定的效果，但普遍存在抗渗性差、耐酸碱性差、增容严重、固化体松散和成本高等缺点。
[0004]
垃圾焚烧后，除了产生2％-3％的飞灰，还产生高达垃圾总重量30％的灰渣。这些灰渣中重金属浸出量基本符合《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》的要求。灰渣不在《国家危险废物名录》(2021年版)中，政策上是可以被直接填埋和资源化利用。由于灰渣中含有一定量的活性硅铝成分，且呈现典型的碱性特征，理论上可以应用于水泥和混凝土行业。其应用原理类似于“粉煤灰”或“高炉矿渣”，作为一种配料掺入水泥或混凝土中，达到降低产品成本的目的。而实际生产过程中的灰渣都被直接填埋。这是因为一方面由于灰渣成分、产量不稳定，对水泥或混凝土各组分影响较大，使得相应产品的质量无法保证；另一方面灰渣考虑运输的综合成本往往高于粉煤灰的成本。这两点使得灰渣相比于“粉煤灰”等配料，并不具有优势，所以其往往被直接填埋掉。但直接处理灰渣需要大量的填埋场地，且填埋后随着时间推移，离子会累积富集，影响周边环境。
[0005]
针对以上廉价高效固化材料处理飞灰的市场需求，和大量灰渣无法被资源化利用的现实。拟利用灰渣作为主要硅铝质材料，再配以其它廉价天然硅铝质材料，并在强碱作用下制备新型环保固化材料，用于固化飞灰。以上目标的实现，能够解决为生活垃圾焚烧灰渣的资源化利用和焚烧飞灰的无害化处理问题，达到“变废为宝”和“以废治废”的目的，具有显著的社会效益和经济效益。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于解决现有技术中存在的缺陷与不足，提供一种利用生活垃圾-硅铝质材料协同焚烧灰渣处置飞灰的方法。
[0007]
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种利用生活垃圾-硅铝质材料协同焚烧灰渣处置飞灰的方法，包括以下步骤：
[0008]
(1)将生活垃圾与天然硅铝质颗粒混合后送入垃圾焚烧炉进行焚烧；
[0009]
(2)收集焚烧后的灰渣、飞灰并分选得到协同焚烧灰渣和拟被固化的飞灰；
[0010]
(3)向协同焚烧灰渣和拟被固化的飞灰中再次掺入天然硅铝质颗粒，并经动态配置和研磨后得到混合粉料；
[0011]
(4)向混合粉料中加入水玻璃/氢氧化钠和水，混合均匀后得胶凝体。
[0012]
优选的，所述天然硅铝质颗粒为破碎至粒径5mm以下的凝灰岩、凝灰熔岩。
[0013]
优选的，所述步骤(1)中天然硅铝质颗粒与生活垃圾的质量比为(2-8):100，所述垃圾焚烧炉的焚烧温度不低于750℃，焚烧时间大于0.5小时。
[0014]
优选的，所述步骤(2)中分选还可获得燃烧不完全杂物和废杂金属，所述燃烧不完全杂物重新送回给料器中与下一批待焚烧生活垃圾混合，所述废杂金属用于再生金属。
[0015]
优选的，所述步骤(3)中动态配置的方法，包括以下步骤：
[0016]
s1、将协同焚烧灰渣、粉煤灰、天然硅铝质颗粒以及拟被固化飞灰的成分比例输入excel工作表中；
[0017]
s2、将指标kh、指标a和指标b的计算公式输入excel工作表中，所述指标kh为石灰饱和系数，其计算公式为：
[0018][0019]
所述指标a，描述si元素与al元素物质的量之比：
[0020][0021]
所述指标b，描述na2o氧化物与sio2氧化物的物质的量之比：
[0022][0023]
s3、确定目标函数，设置目标值为协同焚烧灰渣和拟被固化飞灰质量之和的最大值；
[0024]
s4、确定自变量，在excel工作表“通过更改可变单元格”中输入各原料的掺入量；
[0025]
s5、确定约束条件：0.7≤kh≤1.2,3≤a≤10,0.20≤b≤0.40,m
协同焚烧后的灰渣
m
粉煤灰
m
天然硅铝质原料
m
拟被固化的飞灰
≤500；
[0026]
s6、利用excel软件规划求解功能，获得各自变量的掺入量。
[0027]
优选的，所述步骤(3)中研磨后得到混合粉料的粒径为150-250目。
[0028]
优选的，所述步骤(4)中选用水玻璃、氢氧化钠配置碱激发剂，并将碱激发剂加入预先加热至40℃的水中，所述水玻璃模数介于1.1-1.4之间，水玻璃与氢氧化钠之比为1：(0.1-0.6)。
[0029]
优选的，所述步骤(4)中混合粉料、水玻璃/氢氧化钠、水的质量之比为1:0.6：0.8。
[0030]
优选的，所述步骤(4)中胶凝体搅拌均匀后排入模具，经震荡、压制、养护后可制得硬质块体。
[0031]
优选的，所述步骤s1中各成分比例通过岩相分析、xrf定量分析或红外光谱分析获得。
[0032]
采用上述技术方案后，本发明提供的一种利用生活垃圾-硅铝质材料协同焚烧灰
渣处置飞灰的方法，具有以下有益效果：
[0033]
1)本发明采用协同焚烧，焚烧过程与天然硅铝质材料胶凝特性的热力活化过程同步进行，把高温热力活化硅铝质材料胶凝特性的工艺并入垃圾焚烧工艺流程中，既能缩小建造此种生产线的成本和缩短相应的行政审批流程，又能达到比机械活化方式更强的胶凝效果；
[0034]
2)本发明实现以废治废，原位固化，利用本属于固体废弃物的灰渣作为主要硅铝质材料，再配以其它廉价天然硅铝质材料，并在强碱作用下固化飞灰，即固化飞灰中的重金属离子，既避免了普通硅酸盐水泥“二磨一烧”的生产工艺和危废物的转移运输风险，又能廉价高效地固化处理飞灰；
[0035]
3)本发明通过动态配置，高效处理飞灰，充分考虑各种材料的天然离散特性，根据每批材料自身的成分组成，采用动态配置的方法，在指标kh，a和b同时满足条件下，获得各材料的最优掺量，最终达到最好的固化效果；
[0036]
4)本发明选用在我国分布广泛，价格低廉的火山凝灰岩(凝灰熔岩)作为天然硅铝质材料，能够进一步降低成本投入。
附图说明
[0037]
图1为采用本发明一种利用生活垃圾-硅铝质材料协同焚烧灰渣处置飞灰的方法的技术路线图。
具体实施方式
[0038]
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
[0039]
以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。
[0040]
本发明提供的一种利用生活垃圾-硅铝质材料协同焚烧灰渣处置飞灰的方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0041]
(1)将生活垃圾与破碎至粒径5mm以下的天然硅铝质颗粒混合后送入垃圾焚烧炉进行焚烧，所述天然硅铝质材料选自凝灰岩、凝灰熔岩，天然硅铝质颗粒与生活垃圾的质量比为(2-8):100，所述垃圾焚烧炉的焚烧温度不低于750℃，焚烧时间大于0.5小时，利用已有的垃圾焚烧工艺对天然硅铝质颗粒的胶凝特性进行热力活化；
[0042]
(2)收集焚烧后的灰渣、飞灰并分选得到燃烧不完全杂物、废杂金属和、协同焚烧灰渣和拟被固化的飞灰，所述燃烧不完全杂物重新送回给料器中与下一批待焚烧生活垃圾混合，所述废杂金属用于再生金属；
[0043]
(3)向协同焚烧灰渣和拟被固化的飞灰中再次掺入天然硅铝质颗粒，并经动态配置和研磨后得到混合粉料，所述动态配置是利用excel软件中的规划求解功能，按照最优化的数学理论，实现配置同时满足kh介于0.7-1.2，a介于3-10和b介于0.2-0.4之间的混合料，所述研磨后得到混合粉料的粒径为150-250目；
[0044]
(4)向混合粉料中加入水玻璃/氢氧化钠和水，混合均匀后得胶凝体，具体的，选用
水玻璃、氢氧化钠配置碱激发剂，并将碱激发剂加入预先加热至40℃的水中，所述水玻璃模数介于1.1-1.4之间，水玻璃与氢氧化钠之比为1：(0.1-0.6)所述混合粉料、水玻璃/氢氧化钠、水的质量之比为1:0.6：0.8。
[0045]
进一步的，上述胶凝体搅拌均匀后排入模具，经震荡、压制、养护后可制得硬质块体。
[0046]
所述步骤(3)中利用excel软件中的规划求解功能实现动态配置的方法，具体包括以下步骤：
[0047]
s1、将协同焚烧灰渣、粉煤灰、天然硅铝质颗粒以及拟被固化飞灰的成分比例输入excel工作表中，见表1中单元格b1-单元格k5，需要说明的是，在掺入量一列，即m列先输入假设的掺入量；
[0048]
s2、将指标kh、指标a和指标b的计算公式输入excel工作表中，所述指标kh为石灰饱和系数，其计算公式为：
[0049][0050]
所述指标a，描述si元素与al元素物质的量之比：
[0051][0052]
所述指标b，描述na2o氧化物与sio2氧化物的物质的量之比：
[0053][0054]
s3、确定目标函数，设置目标值为协同焚烧灰渣和拟被固化飞灰质量之和的最大值，即表1单元格m2 单元格m5；
[0055]
s4、确定自变量，在excel工作表“通过更改可变单元格”中输入各原料的掺入量，即表1中单元格m2、m3、m4和m5；
[0056]
s5、确定约束条件：0.7≤kh≤1.2,3≤a≤10,0.20≤b≤0.40,m
协同焚烧后的灰渣
m
粉煤灰
m
天然硅铝质原料
m
拟被固化的飞灰
≤500；
[0057]
s6、利用excel软件规划求解功能，获得各自变量的掺入量。
[0058]
所述步骤s1中各成分比例通过岩相分析、xrf定量分析或红外光谱分析获得。
[0059]
表1配料计算表格(用于说明配料过程)|
[0060][0061]
需要说明的是，获得各掺入量的方法并不仅限于借助excel软件，还包括能够保证上述三个指标配置的其他方法，在此不作赘述。
[0062]
综上所述，本发明提供的一种利用生活垃圾-硅铝质材料协同焚烧灰渣处置飞灰的方法，廉价高效地实现了固体废弃物中重金属离子的固化处理，解决了生活垃圾焚烧灰渣的资源化利用和焚烧飞灰的无害化处理问题，达到了“变废为宝”和“以废治废”的目的，具有显著的社会效益和经济效益。
[0063]
另外，本发明提供的利用生活垃圾-硅铝质材料协同焚烧灰渣处置飞灰的方法，其应用场景除上述实施例之外，还可用于其他类似飞灰(或含有重金属离子)的固体废弃物的固化处理。
[0064]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。