一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法

技术领域

本发明属于危废物处置技术领域，具体涉及一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法。

背景技术

随着我国城镇化的快速发展，国内生活垃圾焚烧及危险废物焚烧行业迅速发展。生活垃圾焚烧飞灰、危险废物焚烧飞灰和底渣的年产生量已超千万吨且逐年增加。由于飞灰（生活垃圾焚烧飞灰和危险废物焚烧飞灰）含有重金属及二噁英、危废焚烧底渣含有重金属，因此均属于危险废弃物（废物类别HW18），必须进行无害化处理。

目前，灰渣的主要处置手段为填埋，填埋处置不能有效解决二噁英、重金属的污染，长期存在再次逸出的风险，造成环境污染；且填埋占用大量土地资源，在发达地区面临无地填埋的难题。随着绿色生态建设理念的践行，资源化利用才是解决灰渣的最终出路。

现有的垃圾焚烧飞灰或者危废焚烧灰渣的资源化利用途径主要有制备玻璃态渣、水泥、微晶玻璃及保温矿物棉等，其中玻璃态渣、水泥等建筑材料存在资源化产品附加值低；微晶玻璃和保温矿物棉附加值相对较高，有利于降低灰渣处置成本。已报道的垃圾焚烧飞灰熔融制备矿物棉中存在废玻璃添加比例高，熔融温度较高，处置成本高等问题。

发明内容

为解决上述灰渣填埋容易造成环境污染且占用土地资源的技术问题，本发明提供一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法。

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，包括以下步骤：

S1. 配料、混合：将飞灰和底渣进行混合得到混合物料，所述混合物料的酸度系数满足M

S2.等离子炉熔融：将步骤S1得到的混合物料加入至等离子炉中，熔融得到液态熔渣；

S3.多辊离心吹制成纤、集棉：将步骤S2得到的液态熔渣引流入多辊离心甩丝成纤机，通过多点雾化加入粘结剂，经牵伸得到纤维，并将所述纤维送至集棉机得到棉毡；

S4.热风固化、重整：将步骤S3得到的棉毡在固化炉内加压并鼓入热风，热风穿透毡层固化，即得矿物棉。

进一步地，步骤S1所述飞灰是垃圾飞灰或危废飞灰。

进一步地，步骤S1中混合物料还加入含铁尘泥作为铁源，含铁尘泥是向混合物料提供铁氧化物，一方面增加矿物棉的耐热性，提高矿物棉的使用温度；另外高酸度系数时，氧化铁的加入可以显著降低熔渣粘度，改善熔渣流动性，顺利成纤，熔融过程可以在较低温度下进行，减少能耗，含铁尘泥的加入有助于降低熔体的熔制温度70-130℃，同时还能提高矿物棉最高使用温度约200-300℃；。

进一步地，步骤S1所述混合物料中主要组分为13-25份CaO、25-40份SiO

进一步地，步骤S2中混合物料在1250-1500℃下熔融，并通过调节等离子炉输入功率来控制熔池温度，使液态熔渣粘度维持在1-3 Pa·s，该粘度范围有利于熔渣顺利成纤。

进一步地，步骤S3所述多辊离心甩丝成纤机是四辊离心机，在工作时熔渣的流量为2-3t/h，各辊转速分别为：第一辊2800-3500r/min、第二辊4000-5000r/min、第三辊5000-6000r/min、第四辊5500-7000r/min。

进一步地，步骤S3中粘结剂的加入量占液态熔渣总质量的3-4%。

进一步地，步骤S3所述粘结剂为无机粘结剂，包括水玻璃、硫酸铝或膨润土。

进一步地，步骤S4中热风的温度是220～250℃。

本发明的有益效果：

（1）以飞灰（垃圾焚烧飞灰或危废焚烧飞灰）中的CaO提供矿物棉的钙源，危废焚烧底渣中的SiO2、Al2O3提供矿物棉的硅源和铝源，含铁尘泥中的Fe2O3提供氧化铁源，基于各种固体废物中多元氧化物调整比例，满足矿物棉的成分要求；

(2)利用含铁尘泥增加混合料中氧化铁含量，有利于降低高酸度系数下矿物棉熔体的熔制温度，节约能耗；同时氧化铁含量的增加还能提高矿物棉最高使用温度约200-300℃；

（3）实现了环保与冶金行业之间固体废弃物的协同无害化处置及高附加值的资源化利用。

附图说明

图1是本发明的矿物棉制备工艺流程示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述，实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。

垃圾焚烧飞灰或危废焚烧飞灰的氧化物为CaO、SiO

实施例1

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，包括以下步骤：

S1.配料、混合：将危废飞灰45份和底渣55份混合后得到混合物料，其中按质量份数配比CaO为22.9份、SiO

S2.等离子炉熔融：将步骤S1得到的混合物料加入至等离子炉中，在1350℃下熔融2h得到液态熔渣，并通过调节等离子炉输入功率来控制熔池温度，使液态熔渣粘度维持在1.5Pa·s。

S3.多辊离心吹制成纤、集棉：将步骤S2得到的液态熔渣引流入四辊离心甩丝成纤机，通过多点雾化加入3%无机粘结剂水玻璃，经牵伸得到纤维，并将所述纤维送至集棉机得到棉毡，其中成纤机在工作时熔渣的流量为2.5t/h，各辊转速分别为：第一辊3000r/min、第二辊4500r/min、第三辊5500r/min、第四辊5500r/min。

S4.热风固化、重整：将步骤S3得到的棉毡在固化炉内加压并鼓入温度是220～250℃的热风，热风穿透毡层固化，即得矿物棉。

实施例2

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：

步骤S1将垃圾焚烧飞灰35份、底渣65份混合后得到混合物料，其中按质量份数配比CaO为23.9份、SiO

步骤S2中熔渣粘度为2.3Pa·s。

步骤S3中成纤机在工作时熔渣的流量为2t/h，各辊转速分别为：第一辊3300r/min、第二辊4700r/min、第三辊5800r/min、第四辊5800r/min。

实施例3

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：

步骤S1将危废飞灰35份和底渣65份混合后得到混合物料，其中按质量份数配比CaO为20.4份、SiO

步骤S2中在1330℃下熔融，熔渣粘度为1Pa·s。

步骤S3中成纤机在工作时熔渣的流量为3t/h，各辊转速分别为：第一辊3500r/min、第二辊5000r/min、第三辊6000r/min、第四辊7000r/min。

步骤S3中加4%无机粘结剂水玻璃。

实施例4

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：

步骤S1将垃圾焚烧飞灰25份和底渣75份混合后得到混合物料，其中按质量份数配比CaO为20.4份、SiO

步骤S2中在1350℃下熔融，熔渣粘度为2.4Pa·s。

步骤S3中成纤机在工作时熔渣的流量为2.5t/h，各辊转速分别为：第一辊2800r/min、第二辊4000r/min、第三辊5000r/min、第四辊5500r/min。

步骤S3中加3%无机粘结剂硫酸铝。

实施例5

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：

步骤S1将危废飞灰20份和底渣80份混合后得到混合物料，其中按质量份数配比CaO为16.6份、SiO

步骤S2中在1450℃下熔融，熔渣粘度为2.7Pa·s。

步骤S3中加4%无机粘结剂硫酸铝。

实施例6

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：

步骤S1将危废飞灰15份和底渣85份混合后得到混合物料，其中按质量份数配比CaO为15.3份、SiO

步骤S2中在1480℃下熔融，熔渣粘度为3Pa·s。

步骤S3中成纤机在工作时熔渣的流量为2t/h，各辊转速分别为：第一辊3300r/min、第二辊4700r/min、第三辊5800r/min、第四辊5800r/min。

步骤S3中加3%无机粘结剂膨润土。

实施例7

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：

步骤S1将危废飞灰10份和底渣90份混合后得到混合物料，其中按质量份数配比CaO为14.0份、SiO

步骤S2中在1500℃下熔融，熔渣粘度为2.6Pa·s。

步骤S3中成纤机在工作时熔渣的流量为2t/h，各辊转速分别为：第一辊3300r/min、第二辊4700r/min、第三辊5800r/min、第四辊5800r/min。

步骤S3中加4%无机粘结剂膨润土。

实施例8

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：

步骤S1将垃圾焚烧飞灰25份、底渣75份和含铁尘泥10份混合后得到混合物料，其中按质量份数配比CaO为19.2份、SiO

步骤S2中在1280℃下熔融，熔渣粘度为1.7Pa·s。

步骤S3中成纤机在工作时熔渣的流量为2.5t/h，各辊转速分别为：第一辊2800r/min、第二辊4000r/min、第三辊5000r/min、第四辊5500r/min。

步骤S3中加3%无机粘结剂硫酸铝。

实施例9

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：

步骤S1将危废飞灰35份、底渣65份和含铁尘泥12份混合后得到混合物料，其中按质量份数配比CaO为19.1份、SiO

步骤S2中在1250℃下熔融，熔渣粘度为1.5Pa·s。

步骤S3中成纤机在工作时熔渣的流量为3t/h，各辊转速分别为：第一辊3500r/min、第二辊5000r/min、第三辊6000r/min、第四辊7000r/min。

步骤S3中加4%无机粘结剂水玻璃。

实施例10

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：

步骤S1将危废飞灰15份、底渣85份和含铁尘泥10份混合后得到混合物料，其中按质量份数配比CaO为14.5份、SiO

步骤S2中在1350℃下熔融，熔渣粘度为1.7Pa·s。

步骤S3中成纤机在工作时熔渣的流量为2t/h，各辊转速分别为：第一辊3300r/min、第二辊4700r/min、第三辊5800r/min、第四辊5800r/min。

步骤S3中加3%无机粘结剂膨润土。

实施例11

一种利用等离子体熔融灰渣制备矿物棉的方法，步骤基本与实施例2相同，区别在于：

步骤S1将危废飞灰10份、底渣90份和含铁尘泥15份混合后得到混合物料，其中按质量份数配比CaO为13.2份、SiO

步骤S2中在1500℃下熔融，熔渣粘度为2.6Pa·s。

步骤S3中成纤机在工作时熔渣的流量为2t/h，各辊转速分别为：第一辊3300r/min、第二辊4700r/min、第三辊5800r/min、第四辊5800r/min。

步骤S3中加4%无机粘结剂膨润土。

根据国家标准《GB/T 25975-2018建筑外墙外保温用岩棉制品》、《GB/T 11835-绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》、《GB/T 19686-2015建筑用岩棉绝热制品》、《GB/T 17430-2015绝热材料最高使用温度的评估方法》，对上述矿物棉的酸度系数、导热系数、容重及最高耐热温度进行测试分析，结果如下表所示：

从实施例及上表可知：

（1）以飞灰（垃圾焚烧飞灰或危废焚烧飞灰）中的CaO提供矿物棉的钙源，危废焚烧底渣中的SiO

（2）通过实施例3与实施例9、实施例4与实施例8、实施例6与实施例10、实施例7与实施例11之间的对比可以得出，利用含铁尘泥调整混合料中的氧化铁含量，高酸度系数时混合料的熔融温度可降低约70-130℃，节约能耗；混合料中氧化铁的含量增加至10-14%，矿物棉的最高耐热温度增加200-300℃。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。