一种垃圾焚烧灰中重金属的固化方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种垃圾焚烧灰中重金属的固化方法及其应用，该固化方法包括以下步骤：(1)将垃圾焚烧灰与水两者按一定配比混合形成混合物，并置于球磨罐中；接着，向该球磨罐中加入磨球；(2)将球磨罐密封，然后在行星球磨机的带动下使该球磨罐执行球磨处理；接着，打开球磨罐，并分离出磨球得到球磨产物；然后，过滤该球磨产物，得到的滤渣在60℃～85℃下干燥4h～24h，即得到固化重金属后的垃圾焚烧灰。本发明专利技术通过对关键的球磨工艺，如混合物的配比、磨球的质量与直径规格、以及后续处理工艺的反应条件等进行改进，能够将原垃圾焚烧灰中的有害重金属固化，减少其浸出，扩大垃圾焚烧灰的环保应用途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于固体废弃物资源利用、环境保护
，更具体地，涉及一种垃圾焚烧灰中重金属的固化方法及其应用。
技术介绍
随着中国城市化的加剧，城市生活垃圾产生量越来越多，并呈现逐年增加的态势；在各个大中型城市当中，有大约三分之二出现了垃圾围城的局面。这么大的垃圾产生量就需要找到一个合理的处理与处置办法，一般情况下，垃圾的处理方式为填埋、堆肥以及焚烧处理。根据文献报道，填埋处理大约占垃圾处理的40％～50％，但是随着可耕地的减少以及填埋成本的增加，而且长时间填埋可能会使得垃圾中的重金属等污染物会渗透到水体，进而危害人体健康；堆肥处理约占2％～6％，并且堆肥处理逐渐减少；垃圾焚烧技术因其减量化，其中可使城市生活垃圾的体积减少90％，质量减少70％，而得到广泛的应用。但是垃圾焚烧过程伴随大量灰渣的产生，包括飞灰和底灰。垃圾焚烧飞灰是从焚烧烟气中捕集下来的细灰，由于其在烟气中停留时间较长，因此就会富集较多的重金属；垃圾焚烧底灰是从焚烧设备底部排出的灰渣，又称为炉渣。一般来说，底灰被认为是一种安全稳定的产物，可以用来进行路基铺设、水泥等的添加原料及直接填埋；而飞灰中由于含有较多的重金属，比如重金属Cu，Pb，Zn，Cd，Cr等，其在利用过程的浸出，会对环境及地下水造成一定的污染，进而威胁人类健康。因此，垃圾焚烧飞灰必须进行预处理，才能加以利用。按照国际逐级提取标准，飞灰中的重金属是有四种形态，即：酸可溶
态、可还原态、可氧化态和残渣态。相比较而言，酸可溶态重金属在酸溶液中容易浸出，比如酸雨的情况下；而可氧化态和可还原态重金属分别在氧化性和还原性环境下比较容易浸出；最为稳定的是残渣态，被认为是不浸出的。化学固化的目的主要是将垃圾焚烧灰中的有害重金属由比较容易浸出的酸可溶态、可氧化态、可还原态，向更加稳定、不易浸出的残渣态转变。目前，对飞灰中重金属主要有水泥固化、化学固化稳定化以及高温熔融的玻璃化处理方式。相比较而言，水泥固化由于具有增容性，高温熔融玻璃化需要消耗大量的能源，使得成本较高，因此对飞灰的处理采用化学固化稳定化的方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种垃圾焚烧灰中重金属的固化方法及其应用，其中通过对其关键的球磨工艺，如进行球磨处理的混合物原料中各组成的配比、磨球的质量与直径规格、以及后续处理工艺的反应条件等进行改进，能够在不污染研磨液的条件下将原垃圾焚烧灰中的有害重金属固化，减少其浸出，扩大城市生活垃圾焚烧灰的环保应用途径；并且，该方法是在球磨工艺中通过行星球磨机的机械能，使得磨球与飞灰之间在水溶液中进行碰撞，进而在飞灰表面形成局部的高温，使飞灰中的重金属由比较容易浸出的酸可溶态、可氧化态、可还原态，向更加稳定、不易浸出的残渣态转变，从而固化飞灰中的重金属。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种垃圾焚烧灰中重金属的固化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将垃圾焚烧灰与水两者按(5g～12g)：80ml的配比混合形成混合物，并置于球磨罐中；接着，向该球磨罐中加入磨球，所述磨球的直径为2mm～15mm；(2)将所述步骤(1)中的所述球磨罐密封，然后在行星球磨机的带
动下使该球磨罐执行球磨处理6h～24h，所述行星球磨机的转速为250rpm～500rpm；接着，打开所述球磨罐，并分离出所述磨球得到球磨产物；然后，过滤该球磨产物，将所述过滤得到的滤渣在60℃～85℃下干燥4h～24h，即得到固化重金属后的垃圾焚烧灰。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中向所述球磨罐中加入的所述磨球与所述垃圾焚烧灰两者的质量之比为12。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中向所述球磨罐中加入的所述磨球为多个，这多个磨球的直径至少有两种规格；优选的，所述磨球的直径为6mm～10mm，所述多个磨球为20个～36个直径为6mm的磨球、以及12个～32个直径为10mm的磨球。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中打开所述球磨罐，并分离出所述磨球得到球磨产物后，该球磨罐的内壁和所述磨球还经过清洗处理，该清洗处理得到的废液连同所述球磨产物一起经过所述过滤得到所述滤渣。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中的所述垃圾焚烧灰为炉排炉灰和流化床灰中的至少一种。按照本专利技术的另一方面，提供了利用上述垃圾焚烧灰中重金属的固化方法得到的得到固化重金属后的垃圾焚烧灰在制作砖或水泥的应用。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于通过将飞灰(即，垃圾焚烧灰，尤其是城市生活垃圾焚烧灰)与水形成混合物作为反应参与物，并利用球磨工艺对该混合物进行球磨处理，整个反应过程能够在常温常压下操作，无废气排放，节能环保。本专利技术通过对球磨工艺的具体处理过程及条件进行控制，通过行星球磨机的机械能，使得磨球与飞灰之间在水溶液中进行碰撞，进而在飞灰表面形成局部的高温，使飞灰中的重金属由比较容易浸出的酸可溶态、可氧化态、可还原态，向更加稳定、不易浸出的残渣态转变，从而固化飞灰中的重金属，为垃圾焚烧灰的进一
步资源化利用打下良好的基础。机械研磨通过磨球的机械撞击，不仅能够使得研磨材料固体细化；而且随着机械研磨过程的进行，机械能转化为反应物质的化学能储存在物质内部，从而增加反应物质的活化能，使得飞灰中的重金属形态发生转化，进而影响重金属的浸出，达到化学固化重金属的目的。本专利技术中混合物中的垃圾焚烧灰与水两者的配比为(5g～12g)：80ml；尤其是，该混合物进行球磨的磨球的总质量优选为垃圾焚烧灰质量的12倍，磨球为多个，磨球的直径在2mm～15mm(尤其是在6mm～10mm)内分布；本专利技术通过对上述多个磨球的组合，包括磨球的质量、直径大小等进行进一步优选，可以在研磨过程中，使磨球与飞灰之间在水溶液中进行碰撞，进而由于飞灰表面会形成局部的高温，使飞灰中的重金属由比较容易浸出的酸可溶态、可氧化态、可还原态，向更加稳定、不易浸出的残渣态转变，进而固化飞灰中的重金属。综上，本专利技术中的垃圾焚烧灰中重金属的固化方法是将垃圾焚烧灰与水溶液按照一定的比例混合，放于行星球磨机中，并按照一定的磨球和灰的质量比，采用直径不等的多个磨球在常温常压下执行研磨，并利用磨球与飞灰的碰撞来破坏垃圾焚烧灰中的重金属的化学形态，将容易浸出的重金属的化学形态向更加稳定的残渣态转变。通过本专利技术，能够以节能、便于操控的方式来进行飞灰资源化利用前的预处理，将容易浸出的重金属固化，为飞灰的进一步资源化利用打下基础。本专利技术是在常温常压下，通过机械研磨的方式，对垃圾焚烧灰中重金属进行化学固化，既降低了水泥固化的增容性，又克服了高温熔融固化的耗能高的缺点。本专利技术中的垃圾焚烧灰(包括炉排炉灰和流化床灰)均可采用从实际电厂采集的垃圾焚烧灰，本专利技术中的重金属固化处理方法对目前比较盛行的炉排炉焚烧方式下的垃圾焚烧灰中重金属的固化作用尤其显著；经该处理方法得到的固化重金属后的垃圾焚烧灰可用于制作环保砖或水泥。附图说明图1是本专利技术的工艺流程图；图2是本专利技术实施例1和实施例2中的垃圾焚烧灰(实施例1中为炉排炉焚烧灰，实施例2为流化床焚烧灰)原灰和经固化处理后的垃圾焚烧灰的重金属总量，以及这两种飞灰中不同重金属元素经固化处理后的平衡性对比；图3是机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垃圾焚烧灰中重金属的固化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将垃圾焚烧灰与水两者按(5g～12g)：80ml的配比混合形成混合物，并置于球磨罐中；接着，向该球磨罐中加入磨球，所述磨球的直径为2mm～15mm；(2)将所述步骤(1)中的所述球磨罐密封，然后在行星球磨机的带动下使该球磨罐执行球磨处理6h～24h，所述行星球磨机的转速为250rpm～500rpm；接着，打开所述球磨罐，并分离出所述磨球得到球磨产物；然后，过滤该球磨产物，将所述过滤得到的滤渣在60℃～85℃下干燥4h～24h，即得到固化重金属后的垃圾焚烧灰。

【技术特征摘要】
1.一种垃圾焚烧灰中重金属的固化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将垃圾焚烧灰与水两者按(5g～12g)：80ml的配比混合形成混合物，并置于球磨罐中；接着，向该球磨罐中加入磨球，所述磨球的直径为2mm～15mm；(2)将所述步骤(1)中的所述球磨罐密封，然后在行星球磨机的带动下使该球磨罐执行球磨处理6h～24h，所述行星球磨机的转速为250rpm～500rpm；接着，打开所述球磨罐，并分离出所述磨球得到球磨产物；然后，过滤该球磨产物，将所述过滤得到的滤渣在60℃～85℃下干燥4h～24h，即得到固化重金属后的垃圾焚烧灰。2.如权利要求1所述垃圾焚烧灰中重金属的固化方法，其特征在于，所述步骤(1)中向所述球磨罐中加入的所述磨球与所述垃圾焚烧灰两者的质量之比为12。3.如权利要求1所述垃圾焚烧灰中重金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔瑜，李挺豪，王文霞，周俊波，黄经春，成珊，徐明厚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42