一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法与应用，方法包括：将垃圾与硅质改性固废、掺杂剂混合并焚烧，所得焚烧产物再与硅质固废、水混合，再经消解、压制成型，最后进行二氧化碳加压矿化反应，得到矿化产品。与现有技术相比，本发明专利技术提供了一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源利用的方法，该方法将垃圾焚烧飞灰、固体废弃物、工业烟气的资源化利用结合，不仅解决了垃圾焚烧飞灰在资源化利用过程中的活性问题，还通过加入改性固废优化了垃圾焚烧飞灰中活性成分的组成，结合矿化工艺在真正意义上实现了垃圾焚烧飞灰的资源化利用；并减少了以上排放物的处理工艺和处理成本，有利于推进工业节能提效和绿色低碳发展。展。

【技术实现步骤摘要】
一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法及应用


[0001]本专利技术属于垃圾资源化利用
，涉及一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法及应用。

技术介绍

[0002]2022年，工业和信息化部、发改委等六部门联合发布《工业能效提升行动计划》，提出到2025年，规模以上工业单位增加值能耗比2020年下降13.5％；我国能源消费主要在工业领域，加快工业节能提效，更够极大地提升资源利用效率、降低成本、提升行业绿色低碳发展水平。目前垃圾焚烧产业爆发式增长，垃圾(如医疗垃圾、生活垃圾、其他危险废物等)焚烧飞灰产量巨大，到2020年底，垃圾总焚烧量达59.14万t/日，年产生垃圾焚烧飞灰量约为1000万t，而飞灰中含有大量苯并芘、苯并蒽、二噁英等有机污染物，Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni等重金属，金属的氧化物、氢氧化物、硫化物、氯化物等物质以及与水泥熟料比较相近的CaO、SiO2、Al2O3等成分；其颗粒粒径小，容易逃逸于大气环境中造成环境污染，我国已明文规定“焚烧飞灰”属于危险废物，具有毒性，并按分类规定了危废类别。目前对于飞灰的处理方法主要是无害处理如熔融固化，但熔融固化过程耗能高且固化后的产物强度低，少有用作建筑或交通场景使用，利用方式较为局限、处理量少，大多数情况下只能将其填埋，极大地浪费了土地资源。
[0003]中国专利CN114453402A中提出了一种垃圾焚烧飞灰高效矿化及无害化处置的方法，将垃圾焚烧飞灰与水混合均匀，通入含有二氧化碳的烟气，固定飞灰中重金属离子，得到无害化块状的碳酸化垃圾焚烧飞灰；中国专利CN113773048A公开了一种垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖及方法和应用，将垃圾飞灰、废玻璃和其他废弃物等固化烧结，固定飞灰中的重金属，减少溶出，并形成强度较好的包裹结构，提高烧结砖强度，但是其烧结过程需消耗较高的能量；中国专利CN111777345B中提出了一种水泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰的方法，将垃圾焚烧飞灰改性处理作为干法水泥生产过程中的助烧剂，改善熟料的易烧性，提高熟料的早期强度，但其垃圾焚烧飞灰的处理量仅相当于干法水泥生产线生料质量的0.1～5.0％。以上专利虽然解决了垃圾焚烧飞灰的部分污染物问题，但是存在消纳量少、工艺流程复杂、处理工艺耗能高、处理过程丧失垃圾焚烧飞灰活性的同时并未从根本上解决垃圾焚烧飞灰的资源化利用等问题，后续仍需进行填埋或其他资源化路径；无法真正意义上实现垃圾焚烧飞灰资源化利用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是提供一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法及应用，用于解决垃圾焚烧飞灰处理工艺中所存在的消纳量少、工艺流程复杂、处理工艺耗能高、处理过程丧失垃圾焚烧飞灰活性、所得产品固碳率低、抗压强度较差的问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法，包括以下步骤：
[0007]S1：将垃圾与硅质改性固废、掺杂剂混合并焚烧，得到改性垃圾焚烧飞灰；
[0008]S2：将改性垃圾焚烧飞灰与硅质固废、水混合，再经消解、压制成型，得到坯体；
[0009]S3：将坯体于含二氧化碳的气氛中进行矿化反应，得到矿化产品。
[0010]进一步地，步骤S1中，所述的硅质改性固废的硅含量(以SiO2的质量比计，下同)不低于55wt％。
[0011]进一步地，步骤S1中，所述的硅质改性固废与垃圾的质量比为(0.01
‑
1):100，优选为(0.1
‑
0.5):100。
[0012]进一步地，步骤S1中，所述的掺杂剂为含有碱金属、碱土金属、过渡金属、硼、氮、铝、磷中至少一种元素的物质。
[0013]进一步地，所述的掺杂剂为BaCO3、Na2CO3或K2CO3中的至少一种。
[0014]进一步地，所述的掺杂剂的加入量为垃圾质量的0.001
‑
0.5％，优选为0.003
‑
0.3％，更进一步优选为0.003
‑
0.15％。
[0015]进一步地，步骤S1与步骤S2之间还包括：将改性垃圾焚烧飞灰脱氯，得到氯离子浓度为8
‑
12wt％的脱氯改性垃圾焚烧飞灰。
[0016]进一步地，步骤S2中，所述的硅质固废的硅含量不低于30wt％。进一步地，由改性垃圾焚烧飞灰与硅质固废、水组成的混合物中，改性垃圾焚烧飞灰的质量含量为20
‑
70％，硅质固废的质量含量为15
‑
70％，水的质量含量为5
‑
30％。
[0017]进一步地，步骤S3中，矿化反应中，矿化压力为0.1
‑
1.0MPa，矿化时间为2
‑
8h，反应气氛中，二氧化碳的体积分数为5
‑
99％。
[0018]一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法的应用，包括将所述方法用于垃圾焚烧飞灰、固体废弃物和工业烟气的资源化处理过程。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0020]1)本专利技术提出了一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源利用的方法，该方法将垃圾焚烧飞灰、固体废弃物、工业烟气的资源化利用结合，提高了以上物质的资源利用效率，减少了排放物的处理工艺和处理成本，有利于推进我国的工业节能提效和绿色低碳发展；
[0021]2)本专利技术提出的资源利用的方法不仅解决了垃圾焚烧飞灰在资源化利用过程中的活性问题，还通过加入改性固废优化了垃圾焚烧飞灰中活性成分的组成，结合矿化工艺在真正意义上实现了垃圾焚烧飞灰的资源化利用，为垃圾焚烧飞灰提供一种高效高值的整体解决方案，对我国建材行业的低碳化、节能化发展具有重要推动作用；
[0022]3)本专利技术优化掺杂剂的种类和用量对垃圾焚烧飞灰中活性物质的晶体结构进行重组，不仅增加了焚烧飞灰的矿化活性和固碳率，降低了矿化反应的条件，还提高了矿化程度和矿化产品的力学强度，所制备的矿化产品完全满足建筑材料或轨道交通的使用要求。
具体实施方式
[0023]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0024]一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法，包括以下步骤：
[0025]S1：将垃圾与硅质改性固废、掺杂剂混合并焚烧，得到改性垃圾焚烧飞灰；
[0026]在一些具体的实施例中，垃圾包括但不限于生活垃圾、医疗垃圾、其他危险废弃物中的任意一种或多种的组合；
[0027]在一些具体的实施例中，硅质改性固废的硅含量，以SiO2计，不低于55wt％；利用改性固废中元素硅和焚烧飞灰中的活性成分Ca(OH)2反应，形成硅酸钙盐类矿物；调整两者的添加比例可进一步调节硅酸钙盐类矿物的组分，有利于后续混料步骤中原料的水化程度、处理时间及矿化步骤中成品的力学强度；
[0028]在一些具体的实施例中，改性固废包括但不限于粉煤灰、煤矸石、铸造砂、建筑垃圾、建筑渣土、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将垃圾与硅质改性固废、掺杂剂混合并焚烧，得到改性垃圾焚烧飞灰；S2：将改性垃圾焚烧飞灰与硅质固废、水混合，再经消解、压制成型，得到坯体；S3：将坯体于含二氧化碳的气氛中进行矿化反应，得到矿化产品。2.根据权利要求1所述的一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法，其特征在于，步骤S1中，所述的硅质改性固废的硅含量，以SiO2计，不低于55wt％，所述的硅质改性固废与垃圾的质量比为(0.01
‑
1):100，优选为(0.1
‑
0.5):100。3.根据权利要求1所述的一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法，其特征在于，步骤S1中，所述的掺杂剂为含有碱金属、碱土金属、过渡金属、硼、氮、铝、磷中至少一种元素的物质。4.根据权利要求3所述的一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法，其特征在于，所述的掺杂剂为BaCO3、Na2CO3或K2CO3中的至少一种。5.根据权利要求4所述的一种改性垃圾焚烧飞灰耦合矿化资源化利用的方法，其特征在于，所述的掺杂剂的加入量为垃圾质量的0.001
‑
0.5％，优选为0.003
‑
0.3％，更进一步优选为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晨，蒋正武，刘博，成铭钊，郦怡，朱伟豪，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：