一种基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒及其制备方法、应用。包括飞灰陶粒和相变材料，飞灰陶粒包括如下重量份的原料垃圾焚烧飞灰15

【技术实现步骤摘要】
一种基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于无机非金属材料
，具体涉及一种基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]随着我国城镇化的快速发展和人民生活水平的日益提升，城镇生活垃圾产量也随之快速增长。城市生活垃圾的产生量日益增多，以8％～10％的年增长率迅速递增。垃圾焚烧能减少垃圾90％的体积，并可将垃圾中贮存的化学能转变为热能等其它形式的能量，具有处理速度快、占地面积小、减量化和无害化效率高，可进行资源化回收等优点。垃圾焚烧飞灰是指在垃圾焚烧发电厂烟气净化系统收集而得的残余物，总量约为生活垃圾处理量的3％～4％。我国垃圾焚烧飞灰产生量巨大，随着垃圾焚烧产业的爆发式增长，未来还将继续增加，2020年垃圾总焚烧量达59.14万吨/日，年产生飞灰量约为1000万吨，飞灰资源化处置势在必行。《国家危险废物名录》把固体废物焚烧飞灰列为危险废物编号HW18
‑
251。飞灰毒性较高的主要原因是，垃圾焚烧使部分重金属高温挥发，而后在烟气净化系统中冷凝附着在飞灰颗粒上；另外，垃圾焚烧生成的二噁英也会附着在飞灰颗粒上。因此，垃圾焚烧飞灰常含有较高浸出浓度的铅(Pb)和镉(Cd)等重金属，还含有较高浓度的二噁英，在对其进行最终处置之前一般需先经过固化/稳定化处理。
[0004]目前，对垃圾焚烧飞灰的安全无害化处理措施主要是水泥固化、沥青固化、熔融固化技术、化学药剂固化稳定化等，经过固化稳定化处理后的产物，如满足浸出毒性标准或者资源化利用标准，可以进入填埋场进行填埋处置或进行资源化利用。以上的飞灰处置方式处置成本普遍较高，大规模推广应用难度较大，目前大多数的焚烧飞灰仍是进行填埋处理。其中填埋场用地紧缺，建设投资大，重金属和二噁英溶出对人体健康及生活环境的危害性也不容忽视。因此如何采取合适的技术对垃圾焚烧飞灰进行处理，并达到稳定化、资源化和无害化的目标，成为社会亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒及其制备方法、应用。利用飞灰通过回转窑系统进行高温烧结，将飞灰中的重金属熔融固化在陶粒中，将二噁英进行高温热解，从而实现对飞灰的无害化、资源化处理，并以飞灰陶粒为载体，负载相变材料制备相变储能陶粒，将其作为资源加以有效利用，既可安全处置垃圾焚烧飞灰，又实现了飞灰陶粒的高值化利用。
[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0007]第一方面，一种基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒，包括飞灰陶粒和相变材料，飞灰陶
粒包括如下重量份的原料垃圾焚烧飞灰15
‑
45份、黏土25
‑
45份、市政污泥25
‑
55份，飞灰陶粒具有毛细孔的结构，相变材料负载在飞灰陶粒的毛细孔结构中。
[0008]解决了利用垃圾焚烧飞灰制备成相变陶粒，相变陶粒中包括陶粒材料和相变材料，陶粒材料由焚烧飞灰、黏土、市政污泥制备而成，其中黏土其主要化学成分为SiO2和Al2O3，占比分别为50.24％和42.24％，为陶粒的烧结提供所需要SiO2和Al2O3成分，提高陶粒的成型率和烧成强度，但黏土不易添加太多，一是浪费资源，二是会使陶粒的烧结温度升高。
[0009]市政污泥，因为飞灰中SiO2和Al2O3含量较低，若只添加黏土类物质会造成生产成本较高，而且垃圾焚烧飞灰的处置量也不会太高，通过添加市政污泥，可以提高飞灰陶粒的强度，还可以提高垃圾焚烧飞灰的处置量。
[0010]垃圾焚烧飞灰和黏土、市政污泥配合，提高飞灰陶粒的强度，只有具有一定的强度，才能提高毛细孔的成孔率，提高飞灰陶粒作为载体的强度，能够更好的发挥相变陶粒的作用，解决了垃圾焚烧飞灰制备相变陶粒的问题。
[0011]而且，市政污泥中含一定量的炭(C)，其可发挥一定的成孔的作用，有助于飞灰陶粒形成毛细孔。
[0012]将相变材料负载在毛细孔中，有利于提高相变材料和飞灰陶粒的结合力，因为毛细孔具有很好的固化相变材料的作用，不容易渗出，提高材料的耐久性，在一定的毛细孔的数量下，能够提高相变材料的负载量，更好的发挥相变方面的性能。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，陶粒材料包括如下重量份的原料垃圾焚烧飞灰20
‑
40份、黏土30
‑
40份、市政污泥30
‑
50份；进一步，陶粒材料包括如下重量份的原料垃圾焚烧飞灰30
‑
40份、黏土30
‑
40份、市政污泥30
‑
50份。
[0014]飞灰的掺入量与市政污泥的掺量具有协同的关系，飞灰的掺入量会影响陶粒的烧失量，废水的掺量越高，烧失量较高的成分占比越多，陶粒的烧失量越大。飞灰的掺入量影响陶粒的强度和成型性能。飞灰的掺入量有助于降低Cl的浸出量。
[0015]飞灰对陶粒的影响较大，保持强度和孔隙结构，以便于更好的形成相变陶粒，陶粒中的各成分相互协同以减少烧失量。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，市政污泥中的Fe2O3+Na2O+MgO+K2O+CaO的质量含量为10
‑
15％，SiO2的质量含量为30
‑
40％，Al2O3的质量含量为10
‑
15％。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，相变材料为石蜡、羧酸或多元醇等；进一步为石蜡。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，飞灰陶粒的粒度直径为10
‑
20mm。制备得到的飞灰陶粒的粒度直径保持在一定的范围内，可以更好的浸渍相变材料。提高与相变材料的接触面积，提高毛细孔填充相变材料的效果。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，飞灰陶粒的孔隙率为50
‑
70％。通过黏土、市政污泥含量的配比，控制飞灰陶粒的孔隙率，控制相变材料的负载量，并且协同飞灰陶粒的强度，保持飞灰陶粒的强度。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，相变陶粒中，相变材料的负载量为大于等于48％；进一步为48
‑
60％。相变陶粒中相变材料的负载量能够满足相变陶粒的相变焓在80J/g以上，相变温度在40
‑
60℃之间。
[0021]第二方面，上述基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒的制备方法，所述方法为：
[0022]将垃圾焚烧飞灰、黏土和市政污泥混合、造粒、烧结得到飞灰陶粒；
[0023]将飞灰陶粒在真空下浸渍液态的相变材料，降至常压后飞灰陶粒吸附渗入相变材料，然后得到相变陶粒。
[0024]本申请解决了将垃圾焚烧飞灰制备相变陶粒的方法，通过黏土和市政污泥的添加，促进陶粒的烧结和强度的提高。通过真空浸渍的方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒，其特征在于：具体步骤为：包括飞灰陶粒和相变材料，飞灰陶粒包括如下重量份的原料垃圾焚烧飞灰15
‑
45份、黏土25
‑
45份、市政污泥25
‑
55份，飞灰陶粒具有毛细孔的结构，相变材料负载在飞灰陶粒的毛细孔结构中。2.如权利要求1所述的基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒，其特征在于：陶粒材料包括如下重量份的原料垃圾焚烧飞灰20
‑
40份、黏土30
‑
40份、市政污泥30
‑
50份；进一步，陶粒材料包括如下重量份的原料垃圾焚烧飞灰30
‑
40份、黏土30
‑
40份、市政污泥30
‑
50份。3.如权利要求1所述的基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒，其特征在于：市政污泥中的Fe2O3+Na2O+MgO+K2O+CaO的质量含量为10
‑
15％，SiO2的质量含量为30
‑
40％，Al2O3的质量含量为10
‑
15％。4.如权利要求1所述的基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒，其特征在于：相变材料为石蜡、羧酸或多元醇等；进一步为石蜡。5.如权利要求1所述的基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒，其特征在于：飞灰陶粒的粒度直径为10
‑
20mm；或，飞灰陶粒的孔隙率为50
‑
70％。6.如权利要求1所述的基于垃圾焚烧飞灰的相变陶粒，其特征在于：相变陶粒中，相...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟屹，朱英，王启春，李静，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：