[發明專利]用生活垃圾焚燒飛灰制備輕混凝土的方法

無效

• 申請號: 200910049540.8
• 申請日: 2009-04-17
• 公開（公告）號: CN101531492A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 張海英;趙由才;祁景玉;許實
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B14/02;C04B18/06;C04B14/10
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種生活垃圾的廢物利用方法，更具體的說是涉及一種用 生活垃圾焚燒飛灰制備輕混凝土的方法。

背景技術

生活垃圾焚燒飛灰是一種公認的危險廢物，其中濃縮了大量的重金屬 并且還包含有少量的劇毒二惡英類有機物，我國GWKB3-2000明文規定飛灰 是一種危險廢物必須進行無害化處理。生活垃圾焚燒飛灰又是一種資源， 飛灰中含有較多的硅酸鹽、鋁酸鹽，可用做建筑材料的摻和料；飛灰中也 含有較多的玻璃體以及許多活潑的網絡活化金屬離子，飛灰還具有一定的 活性；此外，飛灰具有200目左右的粒徑組成，也增加了飛灰的活性，可 以節省資源化過程中的能耗。由此可見，生活垃圾焚燒飛灰既具有一定的 污染性又具有一定的資源性。國內外對飛灰進行處理處置的研究主要集中 在先無害化處理再進填埋場填埋上，有關飛灰的資源化利用研究很少。垃 圾焚燒技術的發展使得生活垃圾焚燒飛灰的排放量逐年增加，就上海而言， 目前的四座焚燒廠投入運營后，日處理垃圾量達幾千噸，排灰量按照2～4 ％計算則四廠日排灰量高達幾百噸。把飛灰固化然后填入危險廢物填埋場， 固化過程不但浪費了許多水泥基材料，而且固化后體積膨脹，也增加了在 危險廢物填埋場中所占的空間。危險廢物填埋場管理費用相當高(目前是 2,700元/噸)，飛灰進入危險廢物填埋場處理的高額費用給財政造成了很 大的負擔。從長遠的角度講，飛灰進填埋場還會造成二次污染。由此可見， 飛灰在危險廢物填埋場中進行處置是一種暫時安全且耗資巨大的方法。此 外，即使在危險廢物填埋場中處置是一種可行的方法，我國目前生活垃圾 焚燒廠的建設速度遠遠超過危險廢物填埋場的建設速度，每天大量的飛灰 都在等著安全處理。而目前我國僅在上海、深圳、沈陽等幾個城市建設了 滿足技術規范的危險廢物填埋場，并且所建填埋場的填埋能力和使用年限 也是有限的。由此尋找更經濟合理的處理方法迫在眉睫。

目前，飛灰常用的處理處置方法有：固化/穩定化包括水泥固化、瀝青 固化、化學藥劑穩定化等；高溫處理，包括燒結與熔融/玻璃化等，然后填 入專門填埋場或資源化利用；提取飛灰中的重金屬，包括酸浸取、生物及 生物制劑提取、高溫提取等，然后將提取的重金屬資源化利用。水泥固化 是將飛灰和水泥混合，經水化反應后形成堅硬的水泥硬化體，從而達到降 低飛灰中重金屬浸出的目的，其原理是通過包容減少飛灰表面積，同時降 低其可滲透性，達到穩定化與無害化的目的。硅酸鹽以及含有硅成分的粉 煤灰和水泥窯灰等材料自身不具有膠結的性能，但與石灰或水泥及水混合 后能形成膠結材料，從而達到包容垃圾焚燒飛灰的目的。其機理是飛灰與 水硬性材料生成了新的硅酸三鈣水化物，將重金屬包裹在固化體中，從而 降低其浸出毒性達到穩定化無害化的目的。包膠技術包括熱塑性微包膠技 術、熱固性微包膠技術和大型包膠技術。常用的熱塑性包膠材料有瀝青和 聚乙烯等。采用熱塑性包膠技術時，需對飛灰進行干燥處理以提高其在固 化體中的含量，然后在較高溫度下與聚合物混合，制取有機固化體。常用 的熱固性材料包括脲甲醛、聚酯及丁二烯等，主要用于處理放射性廢棄物。 大型包膠技術是用一種不透水的惰性保護層將飛灰等廢棄物包封起來，其 穩定性比較可靠。廢棄物在大型包膠技術前一般都先進行固化/穩定化處 理，而外部的覆蓋成為克服固化/穩定化缺陷的補救方法。從安全性的角度 考慮，該技術具有一定的優勢。玻璃固化是將飛灰或飛灰與玻璃料的混合 物加熱到1,000～1,200℃以上的熔融溫度，并控制熔爐的氣氛防止重金屬 的揮發，熔融物質淬火形成玻璃態，有害物質被固化在玻璃態中從而避免 了對環境的污染。Young?Jun?Park等人在飛灰中加入5％SiO₂后在1,500 ℃高溫下熔融30min，待飛灰的物理和化學狀態改變后，降溫使其固化形 成玻璃固化體，借助玻璃體的致密結晶結構將飛灰牢固地封閉在玻璃體中。 所得玻璃體的的維式強度為4,000～5,000MPa，抗折強度為60～90MPa， 斷裂韌性達到0.9MPa?m^1/2，完全可以資源化利用。此種處理過程有很好的 減重、減容效果，這是因為1,500℃時氯化物基本上都揮發出來，飛灰一 般可以減重2/3左右。同時熔融后重金屬被牢固地束縛在SiO₂硅氧四面體 組成的網絡結構中，浸出率很低，可以滿足目前的浸出標準。但耗電高達 600～1,250kWh/t，并且熔融過程中產生了含大量重金屬及酸性氣體的煙 塵，增加了系統處理費用，使得處理費用高達166～500美元/t，只有經濟 發達的國家才能規模化應用。陳德珍等在玻璃固化過程中利用B₂O₃、CaF₂、 硼砂等作為助熔劑將熔融溫度降到1,000℃以下，從而大大降低了熔融過 程中的能耗；同時，所得低溫玻璃固化體對Pb、Cd具有較好的固化效果。 但是玻璃固化體因其自身性能的限制，一般不能直接用作建筑材料，常作 為水泥的配合料或作為混凝土中的骨料；又因為熔融渣的堿性非常高，會 對水泥、混凝土造成一定的堿腐蝕。宋玉在玻璃固化的基礎上，利用飛灰 基原料制成了性能較好的微晶玻璃，但是處理溫度高達1,500℃，工藝上 具有相當的難度。