一种利用垃圾焚烧飞灰制备储热材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用垃圾焚烧飞灰制备储热材料的方法，所述方法包括以下步骤：将垃圾焚烧飞灰进行烧结后淬火处理，得到玻璃化转变飞灰；将得到的玻璃化转变飞灰与基体材料混合后进行压制成型，然后再次烧结，得到复合相变储热材料。本发明专利技术通过将垃圾焚烧产生的飞灰烧结并淬火，发生玻璃化转变，改变材料微观结构，再与基体材料压制、烧结，制得复合相变储热材料，所述储热材料储热密度大，工作温度范围宽，热稳定性强，实现了垃圾焚烧飞灰的资源化利用，降低了储热材料的制备成本，扩展了飞灰的应用领域。

A method of making thermal storage materials from MSW incineration fly ash

【技术实现步骤摘要】
一种利用垃圾焚烧飞灰制备储热材料的方法
本专利技术属于固体废弃物利用
，涉及一种利用垃圾焚烧飞灰制备储热材料的方法。
技术介绍
城市固体废物是指城市居民生活、工业制造等活动中产生的固体废弃物的混合体，是主要的不可再生资源之一，其处理方法主要有焚烧、堆肥以及填埋等，处理原则即为近年来提倡的无害化、减量化、资源化，因此焚烧成为国内外主要的处理方式，而固体废弃物焚烧过程中产生的飞灰却是一种危险废物，需要进行再处理。目前，垃圾焚烧飞灰的处理技术主要包括提取分离技术、固化和化学稳定技术以及热处理技术，其中热处理技术通过高温热处理能够有效破坏飞灰中的二噁英类物质，处理产物还有其他用途，是飞灰处理的常用方法，根据飞灰的状态变化，主要包括烧结、熔融以及玻璃化等方式。CN108424164A公开了一种利用垃圾焚烧飞灰低温烧结多孔陶瓷的方法，以垃圾焚烧飞灰和水泥为原料，再加入陶瓷废料、四硼酸钠、玻璃钢废材进行混合固化后，通过烧结制得多孔陶瓷材料，但该方法在利用垃圾焚烧飞灰的同时，还需其他多种原料，如水泥、四硼酸钠等，其原料成本较高，制备过程耗时较长，所得材料未能充分利用飞灰组分的特性。CN105884200A公开了一种利用工业飞灰与玻璃化熔渣制造微晶玻璃陶瓷复合材料的方法，将两种或多种工业废渣按照一定比例混合均匀制成配合料生料，高温熔融并水淬处理，制得复合玻璃化熔渣，预处理后将得到的玻璃化熔渣粉体与不同比例的原始工业飞灰混合均匀，平铺在耐火模具中进行烧结晶化热处理，再对粗产品进行切割、打磨、抛光之后成为微晶玻璃陶瓷复合材料。该方法对工业飞灰和工业废渣进行共同利用，但对工业飞灰的处理仅是烧结热处理，并未作为主要成分，也未明确其与玻璃化熔渣的作用，所得材料只用作高强度的陶瓷材料，应用范围有限。由于垃圾飞灰的主要组分与玻璃相近，而无机玻璃的熔化与凝固过程热量变化大，表明其储热密度高，可用作储热材料，因此，在垃圾焚烧飞灰资源化利用的同时，还应依据飞灰组分的特性充分扩展其应用领域，更有效提高其利用价值。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种利用垃圾焚烧飞灰制备储热材料的方法，所述方法通过将垃圾焚烧产生的飞灰熔融烧结并淬火，发生玻璃化转变，改变材料的微观结构，再与基体材料压制、烧结，制得复合相变储热材料，实现了垃圾焚烧飞灰的资源化利用，扩展了飞灰的应用领域。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种利用垃圾焚烧飞灰制备储热材料的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将垃圾焚烧飞灰进行烧结后淬火处理，得到玻璃化转变飞灰；(2)将步骤(1)得到的玻璃化转变飞灰与基体材料混合后进行压制成型，然后再次烧结，得到复合相变储热材料。本专利技术中，通过将垃圾焚烧飞灰烧结处理后淬火，发生玻璃化转变，改变材料的微观结构，改善储热性能，再将其与基体材料压制成型，通过熔融热处理，形成复合材料，该材料储热性能优异，提供了一种新的飞灰资源化利用途径，既解决了飞灰的污染问题，又提高了其资源化利用的附加值。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述垃圾焚烧飞灰的组分包括SiO2、Al2O3和CaO。优选地，步骤(1)所述垃圾焚烧飞灰的组分还包括MgO、Na2O、Li2O或B2O3中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：MgO和Na2O的组合，Li2O和B2O3的组合，MgO、Na2O和Li2O的组合等。本专利技术中，固体废弃物垃圾焚烧产生的飞灰中，一般均包括SiO2、Al2O3和CaO组分，根据垃圾种类的不同，可能还会有MgO、Na2O、Li2O、B2O3或氯化物等。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述烧结的温度为600～1500℃，例如600℃、800℃、1000℃、1200℃、1400℃或1500℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为800～1300℃。优选地，步骤(1)所述烧结的升温速率为1～10℃/min，例如1℃/min、2℃/min、4℃/min、6℃/min、8℃/min或10℃/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为2～8℃/min。优选地，步骤(1)所述烧结的时间为1～4h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h或4h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1.5～2.5h。优选地，步骤(1)所述烧结在空气气氛中进行。本专利技术中，烧结过程中，垃圾焚烧飞灰置于坩埚中，优选为铂金坩埚，采用管式炉进行烧结。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述淬火处理为水淬。优选地，步骤(1)所述淬火处理时的降温速率为60～120℃/s，例如60℃/s、70℃/s、80℃/s、90℃/s、100℃/s、110℃/s或120℃/s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，垃圾焚烧飞灰高温烧结处理后，采用水淬的方式快速冷却，发生玻璃化转变，形成非晶体结构，扩展熔融温度范围，储热性能优异。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)得到的玻璃化转变飞灰研磨后干燥。优选地，所述研磨为在球磨机中进行球磨。优选地，所述球磨的转速为400～900r/min，例如400r/min、500r/min、600r/min、700r/min、800r/min或900r/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为500～700r/min。优选地，所述球磨的时间为4～10h，例如4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为6～8h。优选地，所述研磨后玻璃化转变飞灰的粒径为10～20μm，例如12μm、14μm、16μm、18μm或20μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，所述干燥的温度为100～140℃，例如100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃或140℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为110～130℃。优选地，所述干燥的时间为4～10h，例如4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为6～8h。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述基体材料包括多孔陶瓷材料、多孔金属材料或多孔碳材料中任意一种。优选地，所述多孔陶瓷材料包括Al2O3、MgO、SiO2或SiC中任意一种。优选地，步骤(2)所述玻璃化转变飞灰与基体材料的质量比为(0.5～4):1，例如0.5:1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1或4:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，基体材料一般选择为多孔材料，其与玻璃化转变飞灰共同进行热处理时，玻璃化转变后的飞灰熔融后进入基体材料的多孔结构中，既可以使两者充分结合，增强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用垃圾焚烧飞灰制备储热材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将垃圾焚烧飞灰进行烧结后淬火处理，得到玻璃化转变飞灰；(2)将步骤(1)得到的玻璃化转变飞灰与基体材料混合后进行压制成型，然后再次烧结，得到复合相变储热材料。

【技术特征摘要】
1.一种利用垃圾焚烧飞灰制备储热材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将垃圾焚烧飞灰进行烧结后淬火处理，得到玻璃化转变飞灰；(2)将步骤(1)得到的玻璃化转变飞灰与基体材料混合后进行压制成型，然后再次烧结，得到复合相变储热材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述垃圾焚烧飞灰的组分包括SiO2、Al2O3和CaO；优选地，步骤(1)所述垃圾焚烧飞灰的组分还包括MgO、Na2O、Li2O或B2O3中任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述烧结的温度为600～1500℃，优选为800～1300℃；优选地，步骤(1)所述烧结的升温速率为1～10℃/min，优选为2～8℃/min；优选地，步骤(1)所述烧结的时间为1～4h，优选为1.5～2.5h；优选地，步骤(1)所述烧结在空气气氛中进行。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述淬火处理为水淬；优选地，步骤(1)所述淬火处理时的降温速率为60～120℃/s。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)得到的玻璃化转变飞灰研磨后干燥；优选地，所述研磨为在球磨机中进行球磨；优选地，所述球磨的转速为400～900r/min，优选为500～700r/min；优选地，所述球磨的时间为4～10h，优选为6～8h；优选地，所述研磨后玻璃化转变飞灰的粒径为10～20μm。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述干燥的温度为100～140℃，优选为110～130℃；优选地，所述干燥的时间为4～10h，优选为6～8h。7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述基体材料包括多孔陶瓷材料、多孔金属材料或多孔碳材料中任意一种；优选地，所述多孔陶瓷材料包括Al2O3、MgO、SiO2或Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄云，王燕，黄巧，姚华，王娜峰，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11