一种垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法

技术领域

本发明属于危险废物无害化及资源化领域，尤其涉及一种垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法。

背景技术

目前对于城市生活垃圾的处置方法有很多，其中焚烧处置法被广泛认为是最有效的方法之一，因为这种方法不仅可以大量减少生活垃圾体积和质量，而且在焚烧过程中产生热能可以转化为电能使用从而达到资源再利用等多方面具有优势。然而随着垃圾焚烧方法的广泛使用，使得处理过程中产生的危险固体废物-城市生活垃圾焚烧（MSWI）飞灰数量与日俱增。

由于飞灰主要由不规则颗粒组成，表面结构粗糙，因而易富集大量的重金属（Pb、Zn、Cu、Cd等）及其他污染物（二噁英，呋喃、氯化物等），若对飞灰不进行合理的处理，这些有毒物质在自然环境中极易被释放，对环境和生态造成危害。一般对于飞灰的处理方法是填埋、固化/稳定化和资源回收。资源回收由于其高昂的成本以及二次污染问题实用性较差，而在2020年6月1日开始实施的《GB 18598-2019》中对水溶性盐总量大于10%的废物不允许填埋，更加限制了飞灰的处理方式。

因此，如何安全、经济、有效地处理MSWI飞灰已成为当务之急。用危险废弃物制备微晶玻璃是一种流行的方法，本发明主要提供了一种飞灰制备微晶玻璃的方法，为飞灰的有效、绿色化处理提供帮助。

发明内容

本发明目的在于针对上述技术问题提供一种垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法,以减少垃圾焚烧飞灰的危害，并使其得到资源化利用。

为实现上述目的，本发明具体技术方案如下：

一种垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法，所述垃圾焚烧飞灰是利用焚烧法处置城市生活垃圾过程中产生的危险固体废物，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将所述垃圾焚烧飞灰放置于干燥箱内进行烘干处理得到干燥灰渣，将所述干燥灰渣放置于破碎机中破碎得到灰渣粉末；

步骤2：将步骤1得到的所述灰渣粉末与二氧化硅混合剂充分混合均匀后，放置于加热容器内熔化得到熔融玻璃液；

步骤3：将步骤2得到的所述熔融玻璃液所述加热容器中取出并倒入水中进行水淬，得到基础玻璃质熔渣；

步骤4：将步骤3得到的所述基础玻璃质熔渣烘干、研磨后得到基础玻璃粉末，将所述基础玻璃粉末放置于模具内，将所述模具放置于所述加热容器内对所述基础玻璃粉末进行核化晶化热处理后冷却至室温，得到微晶玻璃。

进一步地，所述步骤1还包括将破碎后的所述灰渣粉末过筛，将筛余的所述灰渣粉末放置于所述破碎机中再次破碎并过筛。

进一步地，对所述灰渣粉末过筛采用的筛孔尺寸为0.0374mm至0.150mm。

进一步地，所述步骤2中，将步骤1得到的所述灰渣粉末与二氧化硅混合剂混合均匀并放置于加热容器内后，将所述加热容器匀速升温至预热温度，并保持所述预热温度至预热时间对所述灰渣粉末进行预热，将预热后的所述灰渣粉末加热至熔化温度，并保持所述熔化温度至熔化时间得到熔融玻璃液。

进一步地，所述预热温度为800℃至1000℃，所述预热时间为15min至40min，所述熔化温度为1250℃至1600℃，所述熔化时间为1h至3h。

进一步地，步骤2中所述二氧化硅混合剂质量占所述灰渣粉末质量的20%至100%。

进一步地，所述步骤4中，所述基础玻璃粉末颗粒直径为0.0374mm至0.150mm。

进一步地，所述步骤4中，对所述基础玻璃粉末进行核化晶化热处理的具体方法为：将加热容器匀速升温至核化温度并保持所述核化温度至核化时间，升温至晶化温度并保持所述晶化温度至晶化时间。

进一步地，所述核化温度为700℃至800℃，所述核化时间为0.5h至3h，所述晶化温度为800℃至1200℃，所述晶化时间为0.5h至3h。

进一步地，所述加热容器为马弗炉或工业窑炉。

本发明一种垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法具有以下优点：本发明所述方法工艺简单、资源化程度高、成本低廉，易于产业化，具有显著的环保效益和经济价值，本方法以垃圾焚烧飞灰为主要原料，实现了垃圾焚烧飞灰无害化处置和资源化处置的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中垃圾焚烧飞灰的化学组成分析示意图；

图2为本发明实施例中垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法流程示意图。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、流程及方法，下面结合附图，对本发明一种垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法做进一步详细的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明所提供的实施例中，垃圾焚烧飞灰属于《国家危险废物名录》（2021版）HW18类危险废物，是利用焚烧法处置城市生活垃圾过程中产生的危险固体废物，其中含大量的重金属（Pb、Zn、Cu、Cd等）和其他污染物（二噁英、呋喃、氯化物等）。

如图1所示，在本实施例中，所取用的垃圾焚烧飞灰的化学组成主要包括了CaO、Cl、Al2O3、Fe2O3、Na2O，其中CaO约为47.21%，Cl约为22.26%，Na2O约为11.81%，Al2O3约为0.51%，Fe2O3约为0.59%。使用的二氧化硅含量高达99%以上。SiO2 为重要的玻璃网络形成体氧化物，能够以硅氧四面体的形式参与玻璃网络基本骨架的形成，Fe2O3即可以作为晶核剂促进微晶玻璃晶核的形成和晶体的成长，又可以以铁氧四面体的形式参与玻璃网络的形成，Al2O3为常见的中间体氧化物，能够以铝氧四面体的形式与硅氧四面体的形式共同形成统一的玻璃网络结构，从而使玻璃网络结构更加紧密和稳定，CaO为常见的网络外体氧化物，能够增强玻璃的化学稳定性和强度。Na2O可以降低混合物的熔点，Na+会降低聚合度与快速相分离，从而促进析晶，有利于晶体生长。因此，从垃圾焚烧飞灰的化学组成可以看出，利用垃圾焚烧飞灰和二氧化硅制备微晶玻璃是可行的。

如图2所示，在本实施例中，利用垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的具体方法如下：

首先可以取一定量的垃圾焚烧飞灰作为样本放置于电热恒温鼓风干燥箱内进行烘干处理，直至样本前后两次称量值的误差小于1%，得到干燥灰渣，然后可以将干燥灰渣放置于破碎机中破碎，将破碎后的样本过200目筛，得到灰渣粉末，其中筛余的样本可以再次放入破碎机中破碎并过筛。

接着取70g的灰渣粉末与30g的二氧化硅纯试剂充分混合均匀后，放置于200ml的刚玉坩埚内，将刚玉坩埚放置于马弗炉内，以10℃/min的速度升温至900℃并保温20min进行预热后，然后可以再继续加热至1450℃并保温2h，使灰渣粉末充分熔融、澄清，得到熔融玻璃液。其中，二氧化硅纯试剂可以作为二氧化硅混合剂与灰渣粉末混合，在对灰渣粉末进行预热后，还可以开启马弗炉的炉门放出气体，防止熔融的玻璃液溢出坩埚。

然后可以用坩埚钳将坩埚从马弗炉中取出并将坩埚内的熔融玻璃液倒入水中水淬，得到基础玻璃质熔渣。

最后可以将得到的基础玻璃质熔渣烘干、研磨、过200目筛，得到基础玻璃粉末。将过筛后的基础玻璃粉末放置于刚玉模具中，然后将刚玉模具放于马弗炉中，以8℃/min的速率升温至830℃核化温度并保温1h，升温至980℃晶化温度并保温1h。然后可以关闭电源，使其随炉冷却至室温，得到微晶玻璃。

利用TCLP法对本实施例得到的微晶玻璃进行重金属浸出毒性测试，结果表明，与垃圾焚烧飞灰原样相比，重金属Zn、Pb、和Cu的浸出浓度显著降低且远远低于美国EPA浸出浓度标准，并且这三种重金属在微晶玻璃中的固化效率均高于97%，其中Cu的固化效率高达99%以上。因此可以看出，利用垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃可以大幅减少垃圾焚烧飞灰的危害。另外本事实例得到的微晶玻璃抗压强度可达到180.65MPa，体积密度可达到2.55g/cm3，吸水率可达到1.20%，可溶性盐总量远远低于10%，能够在生产生活中广泛应用。

本发明通过以垃圾焚烧飞灰为原材料制备微晶玻璃的方式实现了对垃圾焚烧飞灰内重金属Zn、Pb和Cu的有效固化，从而实现使垃圾焚烧飞灰无害化处置和资源化处置的目的。该方法制备工艺简单、资源化程度高、成本低廉，即降低了其对环境和人类健康的风险，又具有显著的社会效益和经济价值。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本发明的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。