一种碳酸化法稳定固化垃圾焚烧飞灰中重金属的方法技术

本发明专利技术涉及稳定固化垃圾焚烧飞灰技术，旨在提供一种碳酸化法稳定固化垃圾焚烧飞灰中重金属的方法。包括：对垃圾焚烧飞灰进行洗涤、干燥；与乙醇和三乙胺混合得到悬浊液；通入二氧化碳进行碳酸化反应，反应产物进行固液分离操作，获得飞灰

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸化法稳定固化垃圾焚烧飞灰中重金属的方法


[0001]本专利技术涉及稳定固化垃圾焚烧飞灰
，尤其涉及一种碳酸化法稳定固化垃圾焚烧飞灰中重金属的方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的快速发展，“垃圾围城”困境不断升级，垃圾焚烧技术对垃圾减量化、无害化、资源化起到了很大的作用。但是随着垃圾焚烧技术的广泛推广应用，其所产生的飞灰也与日俱增。飞灰由于含有大量氯化物、重金属盐、二噁英等有毒有害物质被列为危险废弃物，表1是垃圾焚烧飞灰中的主要元素的组成示例(ND代表未检出)。此外，重金属和二噁英也成为飞灰处置过程中的难点问题，必须通过相应的固化处置达到填埋标准，才能够进行填埋处置。
[0003]表1焚烧飞灰组成(wt％)
[0004][0005]目前水泥固化技术是最常见的飞灰固化技术，甚至不限于飞灰，很多危险废物都可以采用水泥固化进行处理，具有操作简单、处理成本低、工艺成熟等优点。其反应机理为在水泥的水化过程中，金属可通过吸附等多种方式与水泥发生反应，最终以稳定形式沉积在水泥水化表面。同时水泥为碱性，也抑制了重金属的浸出。但其存在增容增量明显的问题，并且由于飞灰中的盐分高，固化体容易破碎，使得重金属长期稳定性变差。
[0006]除水泥固化外，也有化学药剂固化技术，其重金属固化的稳定化程度高、增容增量小，但是多种重金属的同步固化实现困难，并且药剂成本价格高。
[0007]除以上两种固化技术外，目前垃圾焚烧飞灰处理的主要方式还有热处理技术，其主要优点有重金属浸出浓度低，处理后的飞灰化学性能和机械性能好，在专利“一种生活垃圾焚烧飞灰水洗后制成的飞灰烧结砖制备方法”(CN101905967B)中，固体样飞灰要在1000
‑
1100℃的熔炉中进行烧结，需要大量的热量，能耗高；在专利“一种飞灰熔融处理系统及处理工艺”(CN111001652)中，对飞灰进行熔融处理，虽然在熔融过程中增加了热量收集装置，缓解能耗高的问题，但是增加了处置设备的成本。
[0008]中国专利技术专利“一种焚烧飞灰资源化利用的安全预处理方法”(CN102825059B)介绍了以碳酸化法固化垃圾焚烧飞灰的技术，该方法对焚烧飞灰进行碳酸化，使飞灰中两性重金属从水溶态转变为碳酸盐结合态，从而降低重金属的溶出率。但是，该技术存在以下不足：(1)碳酸化程度不高，碳酸化反应较慢，反应器复杂，反应条件苛刻；(2)固化处置设备的成本较高，且重金属固化效果不显著，无法达到资源化利用的标准。例如，碳酸化时间达到
20小时以上，处置时间长，且无法实现重金属的固化。
[0009]因此，寻找一种重金属稳定固化效果好、成本低、能耗少、处置效率高、可实现飞灰资源化利用的方法是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种碳酸化法稳定固化垃圾焚烧飞灰中重金属的方法。
[0011]为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0012]提供一种碳酸化法稳定固化垃圾焚烧飞灰中重金属的方法，包括以下步骤：
[0013](1)对垃圾焚烧飞灰进行洗涤后，干燥处理以除去水分；
[0014](2)将干燥的飞灰加至乙醇溶液中，充分搅拌；然后加入三乙胺，继续搅拌得到悬浊液；
[0015](3)在搅拌条件下向悬浊液中通入二氧化碳，进行碳酸化反应；
[0016](4)充分搅拌反应所得混合物并进行固液分离操作，获得飞灰
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碳酸钙凝胶固体；
[0017](5)对飞灰
‑
碳酸钙凝胶固体进行干燥处理，然后转至马弗炉中恒温热处理；自然降温，最终实现飞灰的固化稳定。
[0018]本专利技术中，步骤(1)中所述垃圾焚烧飞灰是指以流化床、炉排炉或回转窑焚烧方式处理垃圾时所排放的飞灰。
[0019]本专利技术中，步骤(1)中所述洗涤是指将飞灰与洗涤剂混合后进行充分搅拌，所用洗涤剂为自来水或饱和澄清石灰水，液固比控制在6:1，单位ml/g；洗涤时使用磁力搅拌，转速200rpm，时间30min；所述干燥是指，在105℃的通风环境下干燥12小时。
[0020]本专利技术中，步骤(2)中所述乙醇和飞灰的液固比为0.02
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0.08，单位L/mg；三乙胺和飞灰的液固比为0.002，单位L/mg。
[0021]本专利技术中，步骤(3)中所述二氧化碳是纯净二氧化碳或含二氧化碳的其他气体(如垃圾焚烧烟气、燃煤烟气等)，二氧化碳的通入速率为0.2
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0.5L/min，碳酸化反应时间10
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60min。
[0022]本专利技术中，步骤(4)中所述固液分离操作是指在静置沉淀后进行过滤操作，或者直接进行离心过滤操作。
[0023]本专利技术中，步骤(5)中所述干燥处理是指在常温下真空干燥4小时，或者在常压及40℃下干燥2小时。
[0024]本专利技术中，步骤(5)中所述恒温热处理时，控制恒定温度为500℃，时间为4小时。
[0025]专利技术原理描述：
[0026]本专利技术中首先需要对垃圾焚烧飞灰进行洗涤，主要是为了去除飞灰中不利于碳酸化反应的无机盐(如氯化钠和氯化钾等)。自来水是最普遍常用的洗涤溶剂，而澄清石灰水还可以最大程度固定住垃圾焚烧飞灰中用于碳酸化反应的钙源。干燥操作能去除洗涤后垃圾焚烧飞灰中游离的水分子，避免影响本专利技术中的碳酸化反应。本专利技术提及的充分搅拌均是指使用合适的搅拌方式，如桨叶式搅拌或磁力搅拌，对混合溶液进行搅拌，搅拌时长大于30min。
[0027]本专利技术的碳酸化反应过程具体包括：将飞灰中游离钙离子全部溶解在乙醇中，与
二氧化碳反应生成碳酸钙分子；然后通过三乙胺分子中的N与碳酸钙分子中的O形成氢键，起到封端的作用，使得碳酸钙分子不会聚集生成沉淀，生成凝胶状的碳酸钙寡聚体。碳酸钙寡聚体的存在，有利于碳酸钙充分吸附包裹垃圾焚烧飞灰；通过固液分离操作附着在飞灰表面，从而形成飞灰
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碳酸钙凝胶固体。
[0028]本专利技术中提供了两种固液分离操作，均能够获得获取飞灰
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碳酸钙凝胶固体。其中静置沉淀
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过滤所需成本较低，但处置时间长，获取固体含湿量较高；而离心
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过滤操作增加了离心设备，成本增加，但处置时间短，获取固体含湿量较低。具体实施时，可以根据实际情况进行选择。
[0029]由于三乙胺和乙醇具有较强的挥发性以及较低的沸点，恒温热处理前的干燥处理能去除飞灰
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碳酸钙凝胶固体中大量三乙胺和乙醇，使得碳酸钙存在形式从凝胶状变为无定形碳酸钙；高温恒温热处理可使无定形碳酸钙转变为方解石，并通过结晶交联的方式将垃圾焚烧飞灰颗粒紧密的联结固化住，实现飞灰的固化稳定。
[0030]与现有技术的碳酸化反应相比，本专利技术具有以下创新之处：(1)本专利技术对飞灰进行碳酸化处理，仅需在常温常压下进行，与现有飞灰碳酸化技术或飞灰高温处置等技术相比降低了能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳酸化法稳定固化垃圾焚烧飞灰中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对垃圾焚烧飞灰进行洗涤后，干燥处理以除去水分；(2)将干燥的飞灰加至乙醇溶液中，充分搅拌；然后加入三乙胺，继续搅拌得到悬浊液；(3)在搅拌条件下向悬浊液中通入二氧化碳，进行碳酸化反应；(4)充分搅拌反应所得混合物并进行固液分离操作，获得飞灰
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碳酸钙凝胶固体；(5)对飞灰
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碳酸钙凝胶固体进行干燥处理，然后转至马弗炉中恒温热处理；自然降温，最终实现飞灰的固化稳定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述垃圾焚烧飞灰是指以流化床、炉排炉或回转窑焚烧方式处理垃圾时所排放的飞灰。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述洗涤是指将飞灰与洗涤剂混合后进行充分搅拌，所用洗涤剂为自来水或饱和澄清石灰水，液固比控制在6:1，单位ml/g；洗涤时使用磁力搅拌，转速200rpm，时间30min...

【专利技术属性】
技术研发人员：林晓青，陈杰，李晓东，严建华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：