本发明专利技术提供了一种基于CaO‑Al2O3‑SiO2三相比例调整的等离子体熔融飞灰玻璃化的方法，通过添加碎玻璃粉或玻璃瓶包裹的预处理，调整飞灰预处理后样品中CAS三相的质量百分比至CaO 8％～30％、Al2O3 5％～17％、SiO2 60～75％，使飞灰预处理样品在1250～1400℃的温度下熔融，熔融时间小于25min。本发明专利技术通过调整飞灰样品中CAS三相的比例关系，促进玻璃态熔渣的形成，经过预处理的可熔融形成玻璃态熔渣，且经过预处理后熔渣中各重金属的固化率也有一定的提升，控制二次飞灰的析出和重金属迁移，提高重金属在熔渣中的固定率及稳定性，同时降低熔融温度和系统能耗。
Vitrification of plasma melted fly ash based on CaO-Al2O3-SiO2 three-phase ratio adjustment
The invention provides a method for vitrification of plasma melted fly ash based on three-phase proportion adjustment of CaO Al2O3 SiO2. By adding glass powder or pretreatment of glass bottle wrapping, the mass percentage of CAS three-phase in sample pretreated by fly ash is adjusted to 8%-30%, 5%-17% of Al2O3, 60-75% of SiO 2. The samples pretreated with fly ash melted at 1250 - 1400 (?) C for less than 25 minutes. The invention promotes the formation of glass slag by adjusting the three-phase ratio of CAS in fly ash sample, and can melt into glass slag after pretreatment, and the solidification rate of heavy metals in the slag after pretreatment is also improved to a certain extent, the precipitation of secondary fly ash and the migration of heavy metals are controlled, and the heavy metals in the slag are improved. Fixed rate and stability, while reducing melting temperature and system energy consumption.
【技术实现步骤摘要】
基于CaO-Al2O3-SiO2三相比例调整的等离子体熔融飞灰玻璃化的方法
本专利技术涉及危险废物处理领域，具体涉及一种基于CaO-Al2O3-SiO2三相比例调整等离子体熔融飞灰玻璃化的方法。
技术介绍
随着焚烧技术在生活垃圾处理领域的广泛应用，垃圾焚烧飞灰产量日益增加，预计到2020年，年排放量将达到1000万吨。焚烧飞灰中含有高浓度的重金属、盐类物质和致癌物质二噁英、呋喃等，属于危险废物范畴，需无害化处理。目前，焚烧飞灰的处理方法有水泥固化、化学药剂稳定化、湿式提取、熔融固化等。水泥固化和化学药剂稳定化是使用水泥或化学试剂将重金属包裹或螯合稳定化，对二噁英和盐类物质没有作用，长时间放在填埋场的稳定性无法确定，很可能成为二次污染源；湿式提取只能提取出飞灰中的重金属和盐类物质，且含重金属的溶液仍是污染源需进一步处理；熔融固化可将飞灰无害化、减量化和资源化，是目前最为先进的一种飞灰处理方式。其主要是利用在高温条件下，将飞灰中的有机物热解、气化生成小分子量物质，而无机物则被熔融玻璃化，形成稳定物质(玻璃态熔渣)。然而，并不是所有的飞灰都可熔融形成玻璃态熔渣，且飞灰中的易挥发重金属(如，Cd、Pb、Cu等)在高温条件下易挥发进入尾气，造成二次污染。如何控制二次污染、降低系统能耗是目前高温熔融处理面临的一大难题。因此，开发出一种适合各组分焚烧飞灰的处理方法，使其在较低熔融温度、较短时间内熔融形成稳定的玻璃态熔渣，且降低重金属的挥发、提高重金属的稳定性，降低二次污染和系统能耗，具有显著意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种普遍适用于各组分焚烧飞灰的，控制二次飞灰生成和重金属迁移挥发，降低熔融温度，减少系统能耗和二次污染的方法。该方法可促进玻璃态熔渣的生成，提高重金属在熔渣中的固定率，且原料来源广泛，价格低廉，实现废物的综合利用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：基于CaO-Al2O3-SiO2(CAS)三相比例调整的等离子体熔融飞灰玻璃化的方法，将飞灰经过预处理后得到的样品在等离子体熔融炉中熔融固化处理，得到玻璃态熔渣。所述预处理是指在飞灰中添加碎玻璃粉或玻璃瓶包裹飞灰的处理方法，调整飞灰预处理后样品中CAS三相的质量百分比为CaO8％～30％、Al2O35％～17％和SiO260～75％。优选飞灰预处理样品中CAS三相的质量比为CaO21.6％、Al2O314.4％和SiO264.0％。优选飞灰预处理后的样品在等离子体熔融炉中熔融固化处理过程中，熔融温度为1250～1400℃，熔融时间小于等于25min。本专利技术首先分析飞灰原样的化学组成及各组分所占比例，重点分析CaO、Al2O3、SiO2含量及所占比例；其次分析碎玻璃粉、玻璃瓶中CaO、Al2O3、SiO2各组分含量及所占比例；最后根据可形成玻璃态熔渣的CAS三相比例范围，确定在一定量的飞灰时需要添加碎玻璃粉的量或玻璃瓶包裹的大小、或在玻璃瓶大小一定的情况下玻璃瓶包裹所需飞灰的量、或碎玻璃粉量一定的情况下所需飞灰的量。本专利技术通过添加碎玻璃粉或玻璃瓶包裹的预处理方法，改变了熔融样品的氧硅比、碱基度，生成以[SiO4]四面体结构为主体的玻璃态熔渣，而重金属离子以网络外体或网络中间体的形式被包围在[SiO4]四面体之中，得到固化，且碎玻璃粉、玻璃瓶可在熔融过程中形成一种阻碍膜，增加重金属向外逸出的阻力，减少重金属的挥发。此外，由CAS三相熔点图可知，CAS三相比例在合适的范围内可降低熔融混合物的熔点。因此，考虑到可形成玻璃态熔渣的条件及相对较低的熔融温度，本专利技术提出了一种基于CAS三相比例调整的等离子体熔融飞灰玻璃化的方法，给出了飞灰在相对降低的熔融温度、较短的熔融时间内可形成玻璃态熔渣的CAS三相比例关系，旨在形成以[SiO4]四面体结构为主体的玻璃态熔渣，显著提高重金属在熔渣中的固定率及稳定性，降低重金属浸出毒性，且降低熔融温度，减少重金属挥发，同时增强玻璃态熔渣的物理机械性能，实现熔渣的资源化利用。与已有技术相比，本专利技术的优点体现在：1.本专利技术具有普适性，可适用于各组分含量差异较大的各类飞灰；2.添加碎玻璃粉或用玻璃瓶包裹可促进以[SiO4]四面体为主体结构的玻璃态熔渣的形成，显著提高重金属在熔渣中的固定率及稳定性；3.添加碎玻璃粉或用玻璃瓶包裹可降低熔融温度，降低系统能耗和重金属挥发，减少处理成本和二次污染，且可实现以废治废。具体实施方式首先，分析飞灰样品、碎玻璃粉、玻璃瓶的化学组成；其次在组分分析的基础上，通过添加碎玻璃粉或玻璃瓶包裹调节样品中CAS三相的质量比例在CaO8％～30％、Al2O35％～17％、SiO260～75％范围内；最后在等离子熔融炉中进行熔融玻璃化处理。本实施方式中，碎玻璃粉的化学组成为SiO271.2％，CaO7.5％，Al2O35.2％，Na2O13.2％，MgO1.7％及一些微量物质；5mL玻璃瓶的化学组成为SiO275.6％，CaO4.7％，Al2O316.9％及一些微量物质。实施例1(1)取一种生活垃圾焚烧飞灰，其主要化学组成为CaO38.4％，Cl20.2％，K2O8.1％，Na2O7.9％，SO37.3％，SiO24.9％，MgO2.6％，Fe2O32.5％，ZnO1.6％，Al2O33.4％，TiO21.0％和一些微量物质，折算成CaO、Al2O3、SiO2三相总和为100％，则CAS三相比例为CaO82.2％、Al2O37.3％、SiO210.5％；(2)秤取20g焚烧飞灰样品，加入27.5g碎玻璃粉，充分混合研磨成100目，经混合预处理后样品的化学组成为SiO243.3％，CaO20.5％，Al2O34.4％，Na2O11.0％，MgO2.1％，Cl8.5％，K2O3.4％，SO33.1％，Fe2O31.1％，ZnO0.7％及一些微量物质。折算成CaO、Al2O3、SiO2三相总和为100％，则CAS三相比例为CaO30.0％、Al2O36.5％、SiO263.4％。(3)将经预处理后的样品(CaO30.0％、Al2O36.5％、SiO263.4％)和未经预处理的样品(CaO82.2％、Al2O37.3％、SiO210.5％)分别置于1400℃的等离子体熔融炉中熔融处理22min，所得熔渣在空气中自然冷却，经破碎研磨后分析。结果发现：未经预处理的飞灰无法形成玻璃态熔渣，而经过预处理的可熔融形成玻璃态熔渣，且经过预处理后熔渣中各重金属的固化率也有一定的提升，Zn的固化率由19.36％提高到27.49％，Cr的固化率由78.49％提高到84.72％，Ni的固化率由69.31％提高到88.37％。实施例2(1)取一种生活垃圾焚烧飞灰，其主要化学组成为CaO31.1％，Cl26.9％，K2O6.5％，Na2O8.2％，SO39.3％，SiO28.3％，MgO2.1％，Fe2O32.4％，ZnO1.5％，Al2O30.9％，TiO20.5％和一些微量物质，折算成CaO、Al2O3、SiO2三相总和为100％，则CAS三相比例为CaO77.2％、Al2O32.2％、SiO220.6％；(2)秤取20g焚烧飞灰样品，加入22.4g碎玻璃粉，充分混合研磨成100目，经混合预处理后样品的化学组成为SiO241.5％本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于CaO‑Al2O3‑SiO2(CAS)三相比例调整的等离子体熔融飞灰玻璃化的方法，其特征在于：将飞灰经过预处理后得到的样品在等离子体熔融炉中熔融固化处理，得到玻璃态熔渣。
【技术特征摘要】
1.基于CaO-Al2O3-SiO2(CAS)三相比例调整的等离子体熔融飞灰玻璃化的方法，其特征在于：将飞灰经过预处理后得到的样品在等离子体熔融炉中熔融固化处理，得到玻璃态熔渣。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理是指在飞灰中添加碎玻璃粉或玻璃瓶包裹飞灰的处理方法，调整飞灰预处理后样品中CAS三相的质量百分比为CaO8％～30％、A...
【专利技术属性】
技术研发人员：马文超，陈冬梅，陈冠益，郭振飞，方云豪，钟磊，颜蓓蓓，程占军，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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