一种资源化利用城市垃圾焚烧飞灰的方法技术

本发明专利技术提供一种资源化利用城市垃圾焚烧飞灰烧制含氯、硫水泥熟料的方法。利用城市垃圾焚烧飞灰烧制含氯、硫水泥熟料，可以有效地将垃圾焚烧飞灰中的重金属物质结合在水泥熟料矿物中，并能保证焚烧飞灰中重金属不易从水化体系中浸出，从而确保其安全使用；所述的含氯、硫水泥熟料的烧成温度在１０００－１３００℃之间；同时还可以减少氯、硫等的挥发及其造成的二次环境污染。本发明专利技术具有显著的社会效益和经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新材料技术、环保
，涉及城市垃圾焚烧飞灰处理技术。
技术介绍
随着经济的高速发展和人民生活水平的迅速提高，我国城市化进程不断加快，城市固体废弃物产生量也急剧增加，呈指数级增长。2002年我国城市垃圾已达1.5亿t以上，并以每年8％～10％的增长率不断增加。急剧增加的城市废弃物的排放已成为制约经济发展的重要因素，对人类生存的自然环境也构成了严重的威胁和影响，如何经济有效地治理这些垃圾，防止污染，也日益成为全社会所关注的迫切需要解决的环境热点问题。焚烧法处理固体废弃物尤其是城市生活垃圾因其高效快捷、减容显著、能源利用率高等优点在全世界范围得到广泛的应用，我国的一些大城市近年也已建了不少垃圾焚烧炉。由于垃圾焚烧技术具备减量化、无害化、便捷高效等优势，预计垃圾焚烧将成为城市垃圾的主要处理方式之一。然而，城市垃圾焚烧后将产生大量的飞灰，随着垃圾焚烧处理技术的迅猛发展，焚烧飞灰的产生量也迅速增加。目前，上海2座年处理30万吨的垃圾焚烧厂已投入运行，按国外垃圾焚烧厂的运行数据计算，60万吨垃圾焚烧后每年将产生近2万吨飞灰。据预测，上海未来5年垃圾焚烧飞灰的年产生量将逐步增加到8万吨，全国的垃圾焚烧飞灰产生量将可能超过30万吨。垃圾焚烧飞灰由于富集了有害的Pb、Zn、Cr等重金属以及二恶英类的高毒性当量被普遍认为是一种危险废物，我国现行的环境保护法规要求垃圾焚烧飞灰在最终处置前必须进行特殊处理。因此，开发适宜的焚烧飞灰处置利用技术已成为近年来环保领域研究热点之一。当今社会的发展面临着人口膨胀、资源短缺、环境恶化三大问题，自然资源耗竭和贫化已逐渐成为阻碍经济稳定、高速发展的主要因素之一。大力发展循环经济和清洁生产，实现自然生态系统和社会经济系统的良性循环，为子孙后代留下充足的发展条件和发展空间。树立全面、协调、可持续的科学发展观，重塑一个资源消耗低、环境污染少、经济效益好的国民经济体系，为建设资源节约型社会奠定基础。因此，资源化利用垃圾焚烧飞灰是各种固体废弃物处理技术中最关键、也是最重要的。对垃圾焚烧飞灰利用的有效方法是采取高温处理，包括熔融和烧结两种方式，利用高温环境可以对焚烧飞灰中的二恶英类进行彻底分解破坏，二恶英类在高温下的分解率可高达99.9％，熔融可将重金属固化在网格中实现稳定化目的，玻璃态熔渣可以作为建筑材料达到资源化利用。熔融处理的缺点在于所需能源和费用很高，而且在熔融过程中氯、硫等挥发性有害物质几乎是全部排放出去了，若没有行之有效的回收措施必然会造成严重的二次环境污染。烧结是在高温作用下，固体颗粒获得扩散能量，将大部分甚至全部气孔从晶体中排除，在低于熔点温度下变成致密坚硬的烧结体并符合材料特性的要求；物料的烧结温度范围通常显著低于其熔融温度。在无机非金属材料工业中，烧结是生产除玻璃外的陶瓷、水泥、耐火材料等大部分工业产品的重要手段。物料在烧结过程中可以有效地固化各种重金属，很多陶瓷产品和彩色水泥熟料的生产中为了达到色彩要求、结构致密等目的都会有意识地加入一些重金属；烧结还可以大幅度地降低煅烧温度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种资源化利用城市垃圾焚烧飞灰烧制含氯、硫水泥熟料的方法。本专利技术是的技术方案是，以城市垃圾焚烧飞灰作为原料，烧制含氯、硫水泥熟料。进一步，在烧制含氯、硫水泥熟料的过程中，用CaO吸收城市垃圾焚烧飞灰中的氯、硫。所述的含氯、硫水泥熟料的烧成温度低于普通硅酸盐水泥熟料的烧成温度。所述的含氯、硫水泥熟料的烧成温度在1000-1300℃之间。所述的含氯、硫水泥熟料中的主要矿物包括阿里尼特、硅酸二钙、无水硫铝酸钙、氯铝酸钙、铁酸钙及少量的硅酸三钙。在含氯、硫水泥熟料烧成过程中，城市垃圾焚烧飞灰中的重金属被水泥熟料矿物结合进去并稳定存在。所述的城市垃圾焚烧飞灰中的重金属包括Zn、As、Co、Cr、Cd、Pb、Cu、Ni等。所述的城市垃圾焚烧飞灰中的重金属在水泥中的固化率为70-99％。所述的含氯、硫水泥中的重金属的浸出量远低于固体废物浸出毒性鉴别标准GB5085.3-1996。以垃圾焚烧飞灰作为水泥原料，辅以粉煤灰等其它废弃物进行原材料的组成调整，在1000℃-1300℃温度下烧制以阿利尼特(AliniteC21S6A·CaCl2)、无水硫铝酸钙(3CaO·3Al2O3·CaSO4)等含氯、硫熟料矿物及硅酸二钙(Ca2S)为主的新型含氯、硫水泥，并确保其安全使用。由于我国居民的生活习惯所造成的生活垃圾焚烧飞灰中普遍存在氯、硫等含量高的特点，垃圾焚烧飞灰大量直接入水泥窑烧制普通硅酸盐水泥熟料必然会带来严重的烧成系统窑尾结皮、堵塞等工艺问题，导致水泥窑无法正常运转。因此，本专利技术拟资源化利用垃圾焚烧飞灰，并辅以粉煤灰等其他固体废弃物进行原材料的组成调整，在远低于硅酸盐水泥熟料烧成温度的条件下，利用CaO吸收垃圾焚烧飞灰中的氯、硫等烧结研制以阿利尼特(AliniteC21S6A·CaCl2)、无水硫铝酸钙(3CaO·3Al2O3·CaSO4)等含氯、硫熟料矿物及硅酸二钙(Ca2S)为主的新型含氯、硫水泥。本专利技术的方法的一个重要的技术特征是，含氯、硫水泥的煅烧温度远低于硅酸盐水泥熟料烧成温度，优选1000℃-1300℃之间。在较低温度下煅烧的好处是可以显著地减少氯、硫等的挥发及其引起的二次环境污染。通过本专利技术的方法，不仅可以实现城市垃圾焚烧飞灰的全部资源化利用，同时可有效地固化垃圾焚烧飞灰中重金属并减少氯、硫等挥发造成的二次环境污染，真正做到了变废为宝。这一专利技术将环境废弃物处置与材料科学的发展有机地溶为一体，是对焚烧飞灰等废弃物处置利用的突破，具有显著的社会效益和经济效益。由于城市垃圾焚烧灰渣中其炉渣基本上不含重金属及其他有害物质，不属危险废弃物，作为水泥原料使用时一般不存在技术问题，故本专利将不作详细介绍。只有垃圾焚烧飞灰富含重金属物质和有害的挥发性成分(见表2)，属于危险废弃物。本专利技术所用垃圾焚烧飞灰取自上海浦东御桥垃圾焚烧厂烟气除尘器，焚烧飞灰的主要化学成分波动范围见表1。表1 焚烧飞灰的主要化学成分波动范围(％) 从表1中可以看出焚烧飞灰中的主要化学成分是CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，都是含氯、硫水泥原料中的必需组分，应该是可以利用的。而且，从表1还可知，垃圾焚烧飞灰中SO3、Cl-等含量很高，这是由于我国居民的生活习惯所造成的，我国生活垃圾焚烧飞灰中普遍存在氯、硫等含量高的特点，这样的垃圾焚烧飞灰直接入水泥窑在高温下烧制普通硅酸盐水泥熟料必然会带来严重的烧成系统窑尾结皮、堵塞等工艺问题，导致水泥窑无法正常运转。因此只有在较低温度下煅烧才能减少氯、硫等的挥发及其引起的二次环境污染。焚烧飞灰中还含有较高浓度的重金属等有害物质，其重金属含量及浸出毒性见表2。表2 焚烧飞灰的浸出毒性 从表2可以看出，焚烧飞灰浸出液中Zn、Pb、Cd、Cr的浓度均高于固体废物浸出毒性鉴别标准(GB5085.3-1996)，也正是因为这一点使焚烧飞灰被普遍认为是一种危险废物，使得对其的利用增加了难度。焚烧飞灰作为新型含氯、硫水泥原料之一与粉煤灰等其它废弃物及石灰石混合后制成的水泥熟料的主要矿物是阿里尼特(C21S6A·CaCl2)、硅酸二钙(C2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种资源化利用城市垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：以城市垃圾焚烧飞灰作为原料，烧制含氯、硫水泥熟料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施惠生，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]