一种回收生活垃圾焚烧飞灰中重金属和可溶性氯盐的方法

技术领域

本发明属于化工及环境保护技术领域，具体涉及一种从生活垃圾焚烧飞灰中回收重金属和可溶性氯盐的方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，城市化进程日益加速，垃圾的产量也在不断增加，导致全球范围内出现了“垃圾围城”的现象。这种情况引发了一系列环境污染问题，包括土地资源的严重浪费、地下水的污染、病菌的传播等。为了应对这些问题，焚烧处理技术逐渐崭露头角。焚烧处理因其占地面积较小、能有效减少垃圾体积、并可实现热电联产等优势，已成为全球范围内许多国家广泛采用的垃圾处理方法。在我国，这一技术也得到了广泛应用。然而，垃圾焚烧处理后会产生相当于垃圾重量2～5％的生活垃圾焚烧飞灰（下称飞灰）。这些飞灰中含有有毒重金属如Cd、Cr、Pb、Zn等，而且在各种自然条件下容易被浸出。但飞灰中的重金属如Zn, Cu, Pb和可溶性氯盐如氯化钙，氯化钾，和氯化钠也具有很高的回收价值。

我国飞灰的主要处理方法为固化稳定化后进入填埋场，但该方法增容比大，需要大量的填埋场地，且无法实现对飞灰中重金属和可溶性氯盐的回收。因此，开发一种中新型的飞灰处理方法，以实现飞灰的资源化利用具有极其重要的意义。

酸浸法可以有效浸出飞灰中的重金属，净化后的浸出液有可以作为回收可溶性氯盐的原料。此外，酸浸后的飞灰中重金属及氯的含量降低，可作为水泥原材料或其他建筑材料。同时，我国每年化工产业产出大量副产盐酸，使副产盐酸的市场价格保持相对低廉。这种经济上的优势为采用盐酸浸出飞灰中重金属的方法提供了可行性。然而目前酸浸法处理飞灰，仍存在一下技术难题：

1. 因为飞灰的性质与矿石具有显著差异，传统的湿法冶金方法不适用于飞灰中重金属的浸出，造成浸出效率低下。

2. 因飞灰浸出液中含有氯化钙，氯化钾，氯化钠等具有回收价值的可溶性盐，这对重金属的回收造成了限制。既要高效回收浸出液中的重金属，又要减少对可溶性氯盐回收的影响。

发明内容

本发明的目的在于开发一种同时实现飞灰中重金属和可溶性氯盐回收的方法。

本发明提供的技术方案如下。

A. 将飞灰和水加入酸浸反应器中并进行混合，使得混合后的灰浆具备良好的流动性。随后，向反应器中注入盐酸，以将灰浆的pH值控制在2. 5以下。通过采用空气搅拌方式，对灰浆进行搅拌，同时为反应体系提供所需的氧气。反应温度应根据实际运行状况来确定。提高温度能够加速铜和铅的浸出过程，同时也能增加锌的浸出量，但这也会伴随着能源消耗的增加。

B.对经过酸浸处理的灰浆进行固液分离，将液体部分分离出来形成浸出液1，而固体部分则形成浸出渣。

C. 将步骤B中得到的浸出渣进行一次水洗或多次逆流水洗，并进行固液分离。分离后得到的固体部分即为经过处理后的飞灰，而分离得到的液体部分则与步骤A中的飞灰混合，用以配置新的灰浆。

D.将浸出液1的pH值调整至在2.7至2. 9的范围内。随后，向浸出液中加入硫化钠溶液并进行搅拌，以促使重金属生成硫化物沉淀。同时，监测浸出液的pH值变化，当浸出液的pH值上升至3.1至3.25的范围并保持稳定时，停止向其中加入硫化钠溶液。

E. 对已经添加了硫化钠的浸出液1进行固液分离。在固液分离后，得到的固体部分是重金属的硫化物沉淀物，而液体部分则成为浸出液2。

F. 将浸出液2的pH值调整值8.5至11范围，以去除其中残留的重金属以及硅、铝、铁、镁等杂质。

G.对经过pH值调整的浸出液2进行固液分离，分离后得到的液体部分被称为浸出液3。

H. 向浸出液3中添加氧化剂和含有三价铁的絮凝剂，并根据运行情况调整pH值，以去除浸出液3中的二价硫离子和砷。

I. 对已经去除了二价硫离子和砷的浸出液3进行固液分离，分离后获得的液体部分即为浸出液4，该浸出液4可作为回收可溶性氯盐的原料。

本发明的理论依据为：

1. 生活垃圾焚烧飞灰中富含大量零价铝。在浸出的过程中，零价铝可能与锌、铜、铅等金属发生置换反应，产生零价锌、零价铜和零价铅等产物。步骤A中采用客气搅拌可以为反应体系充氧。氧气的存在有助于促使零价铜和零价铅发生吸氧腐蚀，从而使它们溶解进溶液中。

2.在步骤D中，通过监控浸出液的pH变化来确定重金属沉淀反应的终点。这是因为重金属硫化物的溶度积常数非常低，当浸出液中重金属离子过量时，浸出液中的硫离子浓度较低，从而维持了浸出液的pH值稳定。然而，当二价硫离子过量时，这些离子会与浸出液中的氢离子反应，形成硫氢根离子和硫化氢，导致浸出液的pH值上升。随着pH值升至3.25以上，浸出液中的铝离子开始与氢氧根离子反应，生成氢氧化铝沉淀，这将再次稳定浸出液的pH值。因此，为了获得较高浓度的重金属沉淀物，将pH值控制在3.1至3.25之间作为沉淀反应的终点是合理的决策。

3.在步骤F中，通过提高浸出液的pH值，可以增加浸出液中二价硫离子的浓度，进而促使残留的重金属发生沉淀。同时，在较高的pH值下，浸出液中的硅、铝、铁、镁等离子也会生成沉淀，从而实现对浸出液的净化目标。

4.在步骤I中，通过向浸出液中加入氧化剂，可以促使残留的硫离子、硫氢根离子和硫化氢氧化生成单质硫沉淀。同时，氧化剂还可以将亚砷酸根离子氧化为砷酸根离子。使用含有三价铁的絮凝剂会产生大量氢氧化铁，而砷酸根离子与氢氧化铁反应，生成溶解度很低的沉淀物。

本发明具有以下有益效果：

1. 处理后的飞灰，减量化效果明显。

2. 处理后的飞灰中的氯含量和重金属含量大幅下降，使得处理后的飞灰更适合作为水泥原材料或其他建筑材料。

3. 通过将重金属以硫化物沉淀的形式回收，可以方便后续的选矿和冶炼处理。

4. 通过对浸出液中的重金属和砷进行净化，使得浸出液成为可用于回收可溶性氯盐的原材料。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图：

其中浸出渣采用了2次逆流水洗，在实施过程中水洗的次数可以根据实际运行状况进行增减。

图2是实施例1中重金属沉淀物的图片。

具体实施方法

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

一种回收生活垃圾焚烧飞灰中重金属和可溶性氯盐的方法，工艺流程图如图1所示，其中重金属的浸出和回收，包括如下步骤：

A. 将150克的飞灰加入到1升的烧杯中，再加入750毫升去离子水，充分混合以形成灰浆。随后，在水浴中将温度升至80℃，并使用机械搅拌器以600转/分的速度进行剧烈搅拌，以确保灰浆充分混合和充氧。随后，向灰浆中加入31%浓度的盐酸，以将灰浆的pH值控制在大约2左右。进行浸出处理，持续1.5小时。

B. 以每分钟3000转的转速将灰浆进行离心分离，持续5分钟。分离后，将液体部分经过滤纸过滤，从而获得浸出液。

C. 将分离得到的固体部分使用150毫升去离子水进行两次洗涤，然后在105℃下干燥12小时，从而得到经过处理的飞灰。

D. 使用浓度为1mol/L的NaOH溶液将浸出液的pH值调整至2.8。

E. 将5mol/L的硫化钠溶液滴加到浸出液中，直到pH值上升至3.2并保持稳定后，停止加入硫化钠。

F. 在每分钟3000转的转速下，对滴加了硫化钠的浸出液进行离心分离，持续5分钟。分离后的固体部分使用100毫升去离子水进行两次洗涤，然后在105℃下干燥12小时，从而得到重金属沉淀物。

用XRF测定飞灰，处理后飞灰和重金属沉淀物的化学组成。结果如表1所示。

表1。

处理后飞灰的质量占原飞灰的19.69%。计算可得，Zn，Cu和Pb的浸出率分别为86.11%，97.32%和94.01%。

用ICP测定浸出液中回收重金属前后的重金属浓度可得从浸出液中回收Zn，Cu和Pb的回收率分别为99.88%，99.99%和99.89%。

则使用该方法从飞灰中回收Zn，Cu和Pb的总回收率分别为为86.01%，97.31%和93.91%。