一种利用垃圾焚烧飞灰的陶粒制备方法及制得的陶粒

技术领域

本发明涉及一种垃圾焚烧飞灰资源化利用的方法，具体涉及一种利用垃圾焚烧飞灰制备陶粒实现飞灰的彻底解毒及资源化利用的方法，属于冶金环保技术领域。

背景技术

随着我国经济社会的飞速发展，城市化进程不断加快，垃圾产生量也逐年增加，据国家统计局统计，2019年我国生活垃圾清运量达2.42亿吨，其中焚烧无害化处理量为1.22亿吨。生活垃圾焚烧因其减容减量、能源回收、焚烧的高温可以杀灭细菌和病毒、无害化程度更高的优势而越来越受到青睐。然而，垃圾焚烧过程会产生3％-10％的飞灰，照此推算，2019年我国垃圾焚烧飞灰产生量超700万吨。

垃圾焚烧飞灰由于含有高浓度的剧毒二噁英(0.1～5ng I-TEQ/g)和多种高浸出浓度的重金属(Zn、Pb、Cu、Cr、Cd、Ni、As、Hg、Se等)，而被列入《国家危险废物名录》，其废物类别为HW18，废物代码为772-002-18。垃圾焚烧飞灰管理严格，2021年颁布实施的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》对危险废物的容器和包装物以及收集、贮存、运输、利用、处置危险废物的设施、场所等都有严格的要求。同时，我国飞灰的收集、储存、处置必须严格遵照《危险废物储存污染控制标准》(GB 18597-2001)、《危险废物填埋污染控制标准》(GB 18598-2019)、《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484-2020)、《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(试行)》(HJ 1134-2020)。

目前，垃圾焚烧飞灰无害化处置技术相对成熟，资源化利用研究较少。飞灰的无害化处置技术可分为热处置和非热处置技术，其中，热处置技术主要包括烧结、熔融玻璃化、低温热处置、水热法处置、超临界水氧化；非热处置方法包括水泥固化、药剂稳定化、生物/化学浸提、机械化学法处置。然而，垃圾焚烧飞灰的无害化处置占用大量宝贵的土地资源，由此，亟待开发更为高效合理的资源化利用途径。

专利“利用垃圾焚烧飞灰为原料的陶粒及其制备方法(ZL200610013336.7)”公开了一种实现垃圾焚烧飞灰无害化处理的方法。虽然该方法可以得到性能基本满足要求的陶粒，然而，存在垃圾焚烧飞灰配加量较低(适宜配加量小于60％)、熔融温度高(～1400℃)、熔融时间长(～50min)、陶粒筒压强度差等问题。

发明内容

针对垃圾焚烧飞灰资源化利用难的问题，本发明旨在提供一种利用垃圾焚烧飞灰制备陶粒的方法，该方法将以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石和高硅物质，与水混合均匀后，经造球、干燥、焙烧，即可得到性能优异的陶粒。通过调控主要组分质量比，来控制焙烧过程液相的生成量，从而提高陶粒的筒压强度，降低焙烧温度。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种利用垃圾焚烧飞灰的陶粒制备方法，该方法以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石和高硅物质，并控制主要组分质量比为：CaO/SiO

作为优选，所述高硅物质为粘土、粉煤灰、污泥中的一种或几种。

作为优选，所述主要组分质量比为：CaO/SiO

作为优选，所述焙烧温度为900～1050℃，所述焙烧时间为10～15min。

作为优选，所述生球水分为9％～20％。

作为优选，所述生球粒径为10～20mm。

另一方面，本发明提供了一种根据上述任一方案所述方法制备的陶粒。

作为优选，所述陶粒堆积密度为500～650kg/m

相对于现有技术而言，本发明技术方案的有益效果如下：

本发明提出利用垃圾焚烧飞灰制备陶粒的资源化利用思路，以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石和高硅物质，与水混合均匀后，经造球、干燥、焙烧，得到陶粒。通过大量的实验表明，通过优化体系中主要组分含量，并控制主要组分质量比为：CaO/SiO

本发明可一步实现垃圾焚烧飞灰的彻底解毒，同时可制备得到性能优异的陶粒，可为垃圾焚烧飞灰的清洁、高效和大规模处置利用提供新途径，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明内容作进一步的详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石、粉煤灰、粘土，并控制体系主要组分质量比，与水混合均匀后，经造球机造球，得到陶粒生球，生球经烘箱干燥、马弗炉焙烧，即可制备得到陶粒。

本实施例中，主要组分质量比为：CaO/SiO

本实施例中，生球粒径为10mm。

本实施例中，生球水分为20％。

本实施例中，焙烧温度为1050℃。

本实施例中，焙烧时间为15min。

本实施例1得到的陶粒堆积密度为530kg/m

实施例2

以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石、粘土、污泥，并控制体系主要组分质量比，与水混合均匀后，经造球机造球，得到陶粒生球，生球经烘箱干燥、马弗炉焙烧，即可制备得到陶粒。

本实施例中，主要组分质量比为：CaO/SiO

本实施例中，生球粒径为10mm。

本实施例中，生球水分为20％。

本实施例中，焙烧温度为900℃。

本实施例中，焙烧时间为10min。

本实施例2得到的陶粒堆积密度为510kg/m

实施例3

以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石、粉煤灰、粘土、污泥，并控制体系主要组分质量比，与水混合均匀后，经造球机造球，得到陶粒生球，生球经烘箱干燥、马弗炉焙烧，即可制备得到陶粒。

本实施例中，主要组分质量比为：CaO/SiO

本实施例中，生球粒径为20mm。

本实施例中，生球水分为9％。

本实施例中，焙烧温度为800℃。

本实施例中，焙烧时间为5min。

本实施例3得到的陶粒堆积密度为500kg/m

实施例4

以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石和粘土，并控制体系主要组分质量比，与水混合均匀后，经造球机造球，得到陶粒生球，生球经烘箱干燥、马弗炉焙烧，即可制备得到陶粒。

本实施例中，主要组分质量比为：CaO/SiO

本实施例中，生球粒径为15mm。

本实施例中，生球水分为9％。

本实施例中，焙烧温度为1200℃。

本实施例中，焙烧时间为30min。

本实施例4得到的陶粒堆积密度为600kg/m

实施例5

以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石和粘土，并控制体系主要组分质量比，与水混合均匀后，经造球机造球，得到陶粒生球，生球经烘箱干燥、马弗炉焙烧，即可制备得到陶粒。

本实施例中，主要组分质量比为：CaO/SiO

本实施例中，生球粒径为15mm。

本实施例中，生球水分为15％。

本实施例中，焙烧温度为1100℃。

本实施例中，焙烧时间为20min。

本实施例5得到的陶粒堆积密度为550kg/m

表1所得陶粒中可浸出重金属含量及与相关标准对比

表2所得陶粒中二噁英、可溶性氯、硫化物和硫酸盐含量、放射性及与相关标准对比

由上述实施例1～5的结果可以说明，本发明的技术方案关键是在于通过调控主要组分质量比，来控制焙烧过程液相的生成量，从而提高陶粒的筒压强度，降低焙烧温度，同时实现垃圾焚烧飞灰中二噁英的高效脱除及重金属元素的固化。而主要组分含量需要同时控制两方面的组分质量比：第一是控制原料组分满足CaO/SiO

为了进一步证明上述两方面的组分质量比控制以及焙烧条件控制的必要性，本发明进一步给出了若干对比例。

对比例1

以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石和粘土，并控制体系主要组分质量比，与水混合均匀后，经造球机造球，得到陶粒生球，生球经烘箱干燥、马弗炉焙烧，即可制备得到陶粒。

本对比例中，主要组分质量比为：CaO/SiO

本对比例中，生球粒径为10mm。

本对比例中，生球水分为20％。

本对比例中，焙烧温度为1050℃。

本对比例中，焙烧时间为15min。

本对比例1得到的陶粒堆积密度为450kg/m

对比例2

以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石和粘土，并控制体系主要组分质量比，与水混合均匀后，经造球机造球，得到陶粒生球，生球经烘箱干燥、马弗炉焙烧，即可制备得到陶粒。

本对比例中，主要组分质量比为：CaO/SiO

本对比例中，生球粒径为10mm。

本对比例中，生球水分为20％。

本对比例中，焙烧温度为1050℃。

本对比例中，焙烧时间为15min。

本对比例2得到的陶粒堆积密度为700kg/m

对比例3

以垃圾焚烧飞灰为原料，添加石灰石和粘土，并控制体系主要组分质量比，与水混合均匀后，经造球机造球，得到陶粒生球，生球经烘箱干燥、马弗炉焙烧，即可制备得到陶粒。

本对比例中，主要组分质量比为：CaO/SiO

本对比例中，生球粒径为20mm。

本对比例中，生球水分为15％。

本对比例中，焙烧温度为800℃。

本对比例中，焙烧时间为4min。

本对比例3得到的陶粒堆积密度为400kg/m

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方案。