一种从垃圾焚烧飞灰中提取钾肥的方法

1.本发明涉及一种从垃圾焚烧飞灰中提取钾肥的方法。


背景技术：

2.随着居民生活水平的提升，我国城市生活垃圾产量逐年增加。除了在鼓励垃圾分类、残余垃圾生物化处理的同时，国家也在大力推动垃圾焚烧发电项目，以实现垃圾的高效处置及快速减量化。垃圾在焚烧过程中会产生一定量的垃圾焚烧飞灰。垃圾焚烧飞灰中含有重金属和二恶英，具有毒性和环境危害性。因此，在我国，垃圾焚烧飞灰被列为危险废弃物，其资源化及高值化利用途径非常有限。
3.相比于欧美国家，我国居民饮食更重油重盐，因此垃圾焚烧过程产生的飞灰中含有一定量的氯化钠和氯化钾。当前，通常通过水洗工艺将垃圾焚烧飞灰中的盐溶解到飞灰水洗废液中。但若想提取水洗废液中的氯化钾，需要对飞灰水洗废液进行解毒(去除重金属)、除杂、脱钙等预处理，同时在结晶过程还要考虑阻垢、晶体分散、氯化钠和氯化钾分离等问题。整体而言，通过水洗结晶的工艺从垃圾焚烧飞灰中提取钾的工艺链过长，设备投入大。因此，研发从垃圾焚烧飞灰中提取钾肥的新技术显得尤为关键。


技术实现要素：

4.为了解决现有的从垃圾焚烧飞灰中提取钾的工艺链过长、设备投入大的问题，本发明提供一种从垃圾焚烧飞灰中提取钾肥的方法。
5.本发明所述从垃圾焚烧飞灰中提取钾肥的方法，包括以下步骤：
6.1)将印染污泥烘干，磨成粉末，得到印染污泥粉；
7.2)按质量比1-25:2.5-32.5:100称取印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰，混合搅拌均匀，得到印染煤飞灰混合粉；
8.3)将印染煤飞灰混合粉在加热温度775℃-1125℃下加热得到二次飞灰；
9.4)将螯合剂与二次飞灰按质量比0.25-3.5:100进行混合，搅拌均匀得到螯合灰；
10.5)将水和螯合灰按水固比1-3:1(ml:g)进行混合，搅拌均匀，静置后进行固液分离，将得到的液体烘干获得干燥物，将干燥物磨粉得到钾肥。
11.在高温焚烧过程中印染污泥粉和煤粉中碳氢键和氢氧键发生断裂，产生小分子游离碳链和氢自由基，小分子游离碳链和氢自由基可通过降低自由能及电子协同传递方式促进垃圾焚烧飞灰中氯化物挥发，并最终冷凝到二次飞灰中；印染污泥粉中的磷及煤粉中的硅铝酸盐、铁、镁等可通过熔融成盐方式有效抑制重金属氯化物和氯化钙的分解挥发以及氯化钠的挥发，从而实现氯化钾在二次飞灰中的富集；将螯合剂和二次飞灰混合后，二次飞灰中的转移的重金属与螯合剂发生络合、配位反应，从而实现重金属的稳定化，从而减少钾肥中重金属的迁移；在将水和螯合灰混合、搅拌过程中，可溶性钾盐溶解到液体中，烘干、磨粉，得到钾肥。
12.在步骤1)中，烘干温度为50℃-150℃。
13.在步骤2)中，印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰的质量比为2.5-17.5:5-25:100。
14.在步骤3)中，加热温度为850℃-1050℃，加热时间为20-60分钟。
15.在步骤4)中，螯合剂为n,n-二乙基二硫代氨基甲酸钠或分子量为1260-1400的二硫代酸官能化聚氨基酰胺树枝状聚合物。
16.在步骤5)中，静置时间为2-12小时。
17.有益效果：本发明中从垃圾焚烧飞灰中提取钾的过程简单，所需原料来源广泛，利用垃圾焚烧飞灰制备的钾肥钾含量最高为34.56％，钾肥重金属浸出浓度均较低。
附图说明
18.图1为本发明的从垃圾焚烧飞灰中提取钾肥的流程图。
具体实施方式
19.下面通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
20.生活垃圾焚烧飞灰来源：生活垃圾焚烧飞灰取自常熟某垃圾焚烧发电厂，为布袋除尘器收集。
21.垃圾焚烧飞灰样中主要含有以下质量百分比含量的成分：30％-45％cao、10％-20％cl、6％-12％na2o、6％-12％k2o、3％-8％so2、3％-8％sio2、2％-6％mgo、2％-6％fe2o3、2％-6％al2o3、0.5％-1.5％cro3、0.1％-0.5％cdo、0.1％-0.5％nio、0.1％-0.5％pbo等。
22.印染污泥取自绍兴某轻纺印染企业印染废水处理系统，自然脱水后桶装封存，用作试验样品。
23.实施例1印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰质量比对钾肥中钾含量及重金属浸出浓度影响
24.将印染污泥在50℃温度下烘干，然后磨成粉末，得到印染污泥粉。按照质量比2.5:2.5:100、2.5:3:100、2.5:4:100、1:5:100、1.5:5:100、2:5:100、2.5:5:100、10:5:100、17.5:5:100、2.5:15:100、10:15:100、17.5:15:100、2.5:25:100、10:25:100、17.5:25:100、20:25:100、22.5:25:100、25:25:100、17.5:27.5:100、17.5:30:100、17.5:32.5:100分别称取印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰，混合搅拌均匀，得到印染煤飞灰混合粉。在850℃温度条件下对印染煤飞灰混合粉加热处理20分钟，从集尘器中回收二次飞灰。将螯合剂n,n-二乙基二硫代氨基甲酸钠与二次飞灰按质量比0.5:100混合，搅拌均匀得到螯合灰。将水和螯合灰按水固比1:1(ml:g)混合，搅拌均匀，静置2小时后进行固液分离，将得到的液体烘干获得干燥物，将干燥物磨粉得到钾肥(提取流程如图1所示)。
25.钾肥重金属浸出浓度检测：对实施例1中得到的钾肥中重金属浸出浓度进行检测(总铬、铅、镉、镍浸出毒性检测)；重金属浸出浓度检测按照《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(gb 5085.3—2007)标准执行。
26.钾肥中钾含量检测：按照《肥料钾含量的测定》(ny t 2540-2014)测定实施例1中制备的钾肥中的钾含量。
27.印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰质量比对钾肥中钾含量及重金属浸出浓度影响的试验结果见表1。
28.表1
[0029][0030][0031]
由表1可看出，当印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰质量比为表1所示时，钾肥中的钾含量均较高。当印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰质量比低于表1中的最低值而过小时，即，印染污泥粉和煤粉掺量过少时，在高温焚烧过程中产生的小分子游离碳链和氢自由基
会减少，导致钾肥中的钾含量随着印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰质量比减小而降低，在生产中会导致生产成本上升。
[0032]
当印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰质量比超出表1中的最高值而过高时,即，印染污泥粉和煤粉掺量过多时，所制备钾肥中的钾含量会随着印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰质量比增加而降低，在生产中会导致生产成本上升。
[0033]
印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰质量比优选2.5-17.5:5-25:100,此时，钾肥中的钾含量均大于25％而较高，原因是,在高温焚烧过程中印染污泥粉和煤粉中碳氢键和氢氧键发生断裂，产生小分子游离碳链和氢自由基。小分子游离碳链和氢自由基可通过降低自由能及电子协同传递方式促进垃圾焚烧飞灰中氯化物挥发，并最终冷凝到二次飞灰中。印染污泥粉中的磷及煤粉中的硅铝酸盐、铁、镁等可通过熔融成盐方式有效抑制重金属氯化物和氯化钙的分解挥发以及氯化钠的挥发，从而实现氯化钾在二次飞灰中的富集；而且各重金属浸出浓度均较低。因此，从效益与成本方面来看，印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰质量比为2.5-17.5:5-25:100时，最有利于提高所制备钾肥钾含量提升。表1中的重金属浸出浓度均在容许范围内。
[0034]
实施例2印染煤飞灰混合粉加热温度对钾肥中钾含量及重金属浸出浓度影响
[0035]
将印染污泥在100℃温度下烘干，然后磨成粉末，得到印染污泥粉。按质量比17.5:25:100分别称取印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰，混合搅拌均匀，得到印染煤飞灰混合粉。在775℃、800℃、825℃、850℃、950℃、1050℃、1075℃、1100℃、1125℃温度条件下对印染煤飞灰混合粉加热处理40分钟，从集尘器中回收二次飞灰。将螯合剂n,n-二乙基二硫代氨基甲酸钠与二次飞灰按质量比1.5:100混合，搅拌均匀得到螯合灰。将水和螯合灰按水固比2:1(ml:g)混合，搅拌均匀，静置7小时后进行固液分离，将得到的液体烘干获得干燥物，将干燥物磨粉得到钾肥。
[0036]
钾肥重金属浸出浓度检测与钾肥中钾含量检测均同实施例1。印染煤飞灰混合粉加热温度对钾肥中钾含量及重金属浸出浓度影响的试验结果见表2。
[0037]
表2
[0038]
[0039][0040]
由表2可看出，钾肥中钾含量随着印染煤飞灰混合粉加热温度降低而降低，原因是，加热处理温度降低，钾挥发量会减少；当印染煤飞灰混合粉加热温度低于775℃时，钾肥中的钾含量会更低，这样在生产时会导致生产成本大幅升高。另外，钾肥中钾含量随着印染煤飞灰混合粉加热温度升高而降低，当印染煤飞灰混合粉加热温度高于1125℃时，钾肥中的钾含量会降低，而且加热温度越高，耗能越大，成本越高。
[0041]
印染煤飞灰混合粉加热温度优选850℃-1050℃，此时，钾肥中的钾含量均大于29％而较高，原因是，在高温焚烧过程中印染污泥粉和煤粉中碳氢键和氢氧键发生断裂，产生小分子游离碳链和氢自由基。小分子游离碳链和氢自由基可通过降低自由能及电子协同传递方式促进垃圾焚烧飞灰中氯化物挥发，并最终冷凝到二次飞灰中。印染污泥粉中的磷及煤粉中的硅铝酸盐、铁、镁等可通过熔融成盐方式有效抑制重金属氯化物和氯化钙的分解挥发以及氯化钠的挥发，从而实现氯化钾在二次飞灰中的富集。因此，从效益与成本方面来看，印染煤飞灰混合粉加热温度为850℃-1050℃时，最有利于所制备钾肥钾含量的提升。表2中的重金属浸出浓度均在容许范围内。
[0042]
实施例3螯合剂与二次飞灰质量比对钾肥中钾含量及重金属浸出浓度影响
[0043]
将印染污泥在150℃温度下烘干，然后磨成粉末，得到印染污泥粉。按质量比17.5:25:100分别称取印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰，混合搅拌均匀，得到印染煤飞灰混合粉。在1050℃温度条件下对印染煤飞灰混合粉加热处理60分钟，从集尘器中回收二次飞灰。将螯合剂n,n-二乙基二硫代氨基甲酸钠与二次飞灰按质量比0.25:100、0.35:100、0.45:100、0.5:100、1.5:100、2.5:100、2.75:100、3:100、3.25:100混合，搅拌均匀得到螯合灰。将水和螯合灰按照水固比3:1(ml:g)混合，搅拌均匀，静置12小时后进行固液分离，将得到的液体烘干获得干燥物，将干燥物磨粉得到钾肥。
[0044]
钾肥重金属浸出浓度检测与钾肥中钾含量检测均同实施例1。螯合剂与二次飞灰质量比对钾肥中钾含量及重金属浸出浓度影响的试验结果见表3。
[0045]
表3
[0046]
[0047][0048]
由表3可看出，随着螯合剂与二次飞灰质量比变化，所制备钾肥中的钾含量变化不显著，钾肥中的钾含量最高为34.56％。当螯合剂与二次飞灰质量比过小时，螯合剂添加量过少，重金属稳定化效果变差，所制备钾肥重金属浸出浓度随着螯合剂与二次飞灰质量比减小而增加。当螯合剂与二次飞灰质量比过大时，螯合剂添加量过多，并不经济。螯合剂与二次飞灰质量比优选0.5-2.5:100，将螯合剂和二次飞灰混合后，二次飞灰中的转移的重金属与螯合剂发生络合、配位反应，从而实现重金属的稳定化，从而减少钾肥中重金属的迁移。混合水和螯合灰，搅拌过程中，可溶性钾盐溶解到液体中，烘干、磨粉，得到钾肥。最终，钾肥重金属浸出浓度均较低。因此，从效益与成本方面来看，螯合剂与二次飞灰质量比为0.5-2.5:100时，最有利于所制备钾肥中的钾含量的提升。表3中的重金属浸出浓度均在容许范围内。
[0049]
实施例4螯合剂种类对钾肥中钾含量及重金属浸出浓度影响
[0050]
将印染污泥在150℃温度下烘干，然后磨成粉末，得到印染污泥粉。按照质量比17.5:25:100分别称取印染污泥粉、煤粉和垃圾焚烧飞灰，混合搅拌均匀，得到印染煤飞灰混合粉。在1050℃温度条件下对印染煤飞灰混合粉加热处理60分钟，从集尘器中回收二次飞灰。将螯合剂与二次飞灰按质量比2.5:100混合，搅拌均匀得到螯合灰。上述螯合剂为n,n-二乙基二硫代氨基甲酸钠、或分子量为1260的二硫代酸官能化聚氨基酰胺树枝状聚合物、或分子量为1330的二硫代酸官能化聚氨基酰胺树枝状聚合物、或分子量为1400的二硫代酸官能化聚氨基酰胺树枝状聚合物。将水和螯合灰按水固比3:1(ml:g)混合，搅拌均匀，静置12小时后进行固液分离，将得到的液体烘干获得干燥物，将干燥物磨粉得到钾肥。
[0051]
钾肥重金属浸出浓度检测与钾肥中钾含量检测均同实施例1。螯合剂种类对钾肥中钾含量及重金属浸出浓度影响的试验结果见表4。
[0052]
表4
[0053][0054]
由表4可看出，两种螯合剂获得的钾肥钾含量较为接近，且钾肥重金属浸出浓度均较低，均在容许范围内。
[0055]
上述未特别提及的技术均参照现有技术。
[0056]
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。