一种固定化危害废弃物焚化飞灰中重金属及氯盐的方法
技术领域
本发明属于环境保护材料技术领域，具体涉及一种固定化危害废弃物焚%20化飞灰中重金属及氯盐的方法。
背景技术
随着国内经济的发展以及国人生活水平的提升，每年的垃圾生产量更是%20屡创新高，垃圾掩埋的方法无法满足国内垃圾处理的需求，且容易造成环境%20污染，病媒孳生的问题，因此，都市垃圾处理由掩埋方式转以焚化处理为主，%20但是，经过焚化处理的垃圾因为仍会产生一定比例的焚化飞灰及焚化底渣等%20废弃物，而其中焚化飞灰因为铅、镉等重金属的溶出浓度多超出危害废弃物%20的认定标准，因此被认为是危害废弃物而不可径行掩埋处理。
目前处理前述焚化飞灰的方式主要是利用卜特兰水泥进行焚化飞灰的固%20定化/稳定化后再予以掩埋。但是，水泥固化体掩埋后于酸性环境中铅、镉等%20重金属仍有溶出之虞，且因为水泥固化体长期于酸性环境下易崩解，使得其%20中的重金属更易溶出。而为了有效降低重金属自水泥固化物中溶出，一般还%20会辅以螯合剂或是利用高温热处理法，以减少重金属的溶出。利用螯合剂虽%20然可有效减少重金属溶出，然而得到的固化体强度却无法达到法规的要求；%20此外，因为螯合剂多为专利产品单价高，因此，处理成本高于仅以水泥固化处理的成本的2倍以上，而其中部分螯合剂又具臭味，且与空气接触时可能%20会产生裂化或腐败分解现象，不仅会减低处理后之焚化飞灰固化体的机械强%20度，且对重金属长期的稳定性亦有影响。而高温热处理法虽然可将重金属包%20匣于烧结的结构或玻璃质熔渣中，可有效避免金属溶出，但是烧结或熔融过%20程须耗费大量的能量成本较高，且重金属易于高温处理过程中挥发，故须再%20有空气污染处理设备以避免二次污染。此外，由于一般焚化飞灰中均含有大%20量的氯盐，而一般固化体因为无法有效固定化氯离子，所以容易再溶出氯离%20子，造成排放到水中的氯离子含量过高的问题。
因此，如何开发可有效固定焚化飞灰中重金属的新型固化剂，并减低焚%20化飞灰处理过程的耗能，成为当前亟需解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种固定化危害废弃物焚化飞灰中%20重金属及氯盐的方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种固定化危害废弃物焚化飞灰中重金属及氯盐的方法，包括如下步骤：
在含有氯盐、钙离子及重金属的危害废弃物焚化飞灰中加入碱性活化液%20得到混和泥浆，将制得的混和泥浆搅拌后于室温环境条件下固定化至少5天，%20即可得到焚化飞灰固化物；其中，
所述碱活化液包括碱金属铝酸盐，以及至少一种碱金属氢氧化物、碱金%20属硅酸盐或硅酸胶，所述碱活化液的二氧化硅与金属氧化物的莫耳比值介于%200.96-2.0，所述碱金属铝酸盐的含量为危害废弃物焚化飞灰重量的5-10wt％，%20且经固化后的所述焚化飞灰固化物的氯离子固化率大于70％。
进一步地，所述混和泥浆中的氯离子与钙、铝离子形成弗氏盐，所述危%20害废弃物焚化飞灰的重金属经由离子交换被固定于弗氏盐之层状双金属结构%20中。
进一步地，所述危害废弃物焚化飞灰中的重金属包括铅、镉、铬或铜，%20且所述危害废弃物焚化飞灰中氯盐的含量大于20％。
进一步地，所述碱性活化液与所述危害废弃物焚化飞灰的重量比介于%200.6-1.4。
进一步地，在制得的所述混合泥浆中加入水淬高炉石粉，且所述水淬高%20炉矿渣粉的含量不大于所述危害废弃物焚化飞灰重量的30％。
进一步地，经固化后的所述焚化飞灰固化物的抗压强度大于160kgf/cm2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明一种固定化危害废弃物焚化飞灰中重金属及氯盐的方法，采用%20焚化飞灰，当作反应的无机粉体，透过添加碱活化液与其进行反应后，形成%20一种可自身固定重金属及氯盐之材料。因为无须额外添加水泥及重金属螯合%20剂，因此可大幅度减少二氧化碳之排放量，且反应的无机粉体为废弃物本身，%20因此，透过此技术之发展，不仅能减少天然资源之消耗，减少二氧化碳之排%20放量，更能有效达到更好的固定化危害废弃物的办法。
2、本发明一种固定化危害废弃物焚化飞灰中重金属及氯盐的方法，由于%20焚化飞灰具有重金属且氯盐含量高，不可直接掩埋处理，经过本发明之固定%20化处理方法而得的焚化飞灰固化体，可有效的减低其重金属及氯离子溶出量，%20且不影响该固化体的机械强度，因此可直接进行掩埋处理不须担心掩埋后重%20金属或是氯离子溶出的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完%20整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部%20的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性%20劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种固定化危害废弃物焚化飞灰中重金属及氯盐的方法，包括如下步骤：
在含有氯盐、钙离子及重金属的危害废弃物焚化飞灰中加入碱性活化液%20得到混和泥浆，碱性活化液与危害废弃物焚化飞灰的重量比介于0.6-1.4。
将制得的混和泥浆搅拌后于室温环境条件下固定化至少5天，即可得到%20焚化飞灰固化物；且经固化后的焚化飞灰固化物的氯离子固化率大于70％，经%20固化后的焚化飞灰固化物的抗压强度大于160kgf/cm2。
混和泥浆中的氯离子与钙、铝离子形成弗氏盐，危害废弃物焚化飞灰的%20重金属经由离子交换被固定于弗氏盐之层状双金属结构中。
危害废弃物焚化飞灰是一般家庭或工业垃圾焚烧后的残余物，其中含有%20钙离子、以及铅、镉、铬、铜等重金属，且氯盐含量大于20％。
碱性活化液是由碱活化剂与水混合后而得，碱活化剂包括碱金属铝酸盐，%20及至少一种碱金属氢氧化物、碱金属硅酸盐或硅酸胶。较佳地，碱金属铝酸%20盐是选自铝酸钠或铝酸钾，碱金属氢氧化物及碱金属硅酸盐是选自硅酸钠、%20硅酸钾、及氢氧化钠、氢氧化钾，且碱金属铝酸盐的含量为危害废弃物焚化%20飞灰重量的5-10wt％。
在常温下只有碱对硅酸盐物质的网状结构具有直接的破坏作用；碱性越%20强、温度越高，越易造成硅酸盐网状结构的断链。一般来说，结晶物质的活%20性较低，而非晶物质因结构不完整所以活性较高，因此，为了有效地使晶质%20或非晶质硅酸盐产生化学活性，必须以高碱性溶液破坏Si-O-Si及/或Si-O-Al%20网状结构，使颗粒表面网状聚集体解聚、瓦解，形成硅氧四面体、铝氧四面%20体之单体或寡聚体等活性物，造成其化学活性提升，而此等SiO4、AlO4四面%20体则会再度经过脱水、缩合、硬化等过程，重新聚合键结而形成胶结材料，%20因此，较佳地，碱性活化液的二氧化硅与碱金属氧化物的莫耳比值(SiO2/M2O，%20M为碱金属元素)介于0.96-2.0。
要说明的是，本发明固定危害废弃物焚化飞灰中之重金属及氯盐之方法%20还可以再添加水淬高炉石粉于该混合浆料中，在制得的混合泥浆中加入水淬%20高炉石粉，且水淬高炉矿渣粉的含量不大于所述危害废弃物焚化飞灰重量的%2030％。利用高炉炉石粉的活性及其所提供大量的硅、钙离子，更容易形成聚合%20胶结材料及形成不溶解的弗氏盐。
添加变高岭土为反应活性剂，固定焚化飞灰主要是利用经过培烧后的高%20岭土因为-OH键结已被打断，因此会产生层间空隙使活性增加，所以将变高岭%20土、碱性液与焚化飞灰掺混后，仅可将焚化飞灰胶结固定于变高岭土中，因%20此，并无法有效的减低氯离子及重金属的再溶出。而本发明则是利用于碱活%20化溶液中添加碱金属铝酸盐，利用强碱溶液破坏焚化飞灰表面键结使其可产%20生前导胶体，再藉由碱金属铝酸盐提供足够的铝源，让铝离子可与焚化飞灰%20的氯离子及钙离子反应形成不溶性的弗氏盐(弗莱第盐类，Friedel’sSalt，%20Ca2Al(OH)6Cl.2H2O)，因此可有效的固定焚化飞灰中的氯离子，而当形成弗%20氏盐后，焚化飞灰中的重金属离子则会跟弗氏盐结构中的阳离子进行离子交%20换，而可将重金属进一步固定于形成之弗氏盐结构，而可有效的防止焚化飞%20灰固化物掩埋后重金属及氯离子的再溶出。
为了让该焚化飞灰中的氯离子可与铝离子及钙离子形成弗氏盐，混和泥%20浆中的铝离子莫耳数与氯离子莫耳数比值不小于1，钙离子莫耳数与氯离子莫%20耳数比值不小于2，更佳地，混合溶液中钙离子莫耳数与铝离子莫耳数的比值%20介于1-4之间；较佳地，该钙离子、铝离子、氯离子的莫耳数之间的比值不%20小于所形成之钙铝氯化合物之钙、铝、氯莫耳数的比值的1.5倍。
然而，当高碱性溶液自硅酸盐(焚化飞灰)表面溶解出之SiO4、AlO4单%20体若数量太少，则胶结材料会因结构不完整而造成强度不足，因此，本发明%20除了以碱金属氢氧化物、碱金属硅酸盐，及/或硅酸胶控制碱活化液的碱性之%20外，并进一步藉由碱金属铝酸盐调控碱活化液的铝含量，依照实际情形补足%20所需的AlO4单体，如此不仅可弥补高碱性溶液自焚化飞灰表面溶解出之AlO4%20单体数量不足的缺点，因此当焚化飞灰不含铝成份时，也可正常使用。
实施例2
本实施例通过2个具体例及3个比较例来对本申请进行进一步地验证。
以下具体例及比较例所使用的焚化飞灰(IFA)，其来源为都市垃圾焚烧后%20所产生的飞灰。经平均采样后以X光荧光分析仪(X-ray%20fluorescence%20Spectrometer,XRF)进行分析，分析结果下表所示。
表中显示飞灰之主要成分以CaO、SiO2、Al2O3与Fe2O3四种含量为主，%20其中CaO占64.5％、SiO2占8.1％、Al2O3占4.2％，Fe2O3占4.6％。
焚化飞灰XRF分析
<具体例1>
首先将42g氢氧化钠、150g硅酸钠与14g铝酸钠加入水(110g)中搅拌混%20合均匀后得到一SiO2/Na2O的莫耳比值为0.96、SiO2/Al2O3的莫耳比值为20，%20且铝酸钠含量为该焚化飞灰重量的5wt％的碱性活化液，再将285g焚化飞灰与%20316g的该碱性活化液搅拌混合，得到一混合浆体。最后将混合浆体于约30℃%20的室温环境条件固定化后即可得到一焚化飞灰固化物。
<具体例2>
首先将27g氢氧化钠、150g硅酸钠与14g铝酸钠加入水(110g)中搅拌混%20合均匀后得到一SiO2/Na2O的莫耳比值为1.28、SiO2/Al2O3的莫耳比值为20，%20且铝酸钠含量为该焚化飞灰重量的5wt％的碱性活化液，再将271g焚化飞灰与%20301g的该碱性活化液搅拌混合，得到一混合浆体。最后将混合浆体于约30℃%20的室温环境条件固定化后即可得到一焚化飞灰固化物。
<比较例1>
首先将42g氢氧化钠与150g硅酸钠与加入水(110g)中搅拌混合均匀后%20得到一SiO2/Na2O的莫耳比值为0.96的碱性活化液，再将272g焚化飞灰与%20302g的该碱性活化液搅拌混合，得到一混合浆体。最后将混合浆体于约30℃%20的室温环境条件固定化后即可得到一焚化飞灰固化物。
<比较例2>
首先将27g氢氧化钠与150g硅酸钠加入水(110g)中搅拌混合均匀后得%20到一SiO2/Na2O的莫耳比值为1.28的碱性活化液，再将259g焚化飞灰与287g%20的该碱性活化液搅拌混合，得到一混合浆体。最后将混合浆体于约30℃的室%20温环境条件固定化后即可得到一焚化飞灰固化物。
<比较例3>
首先将12g氢氧化钠与150g硅酸钠加入水(110g)中搅拌混合均匀后得%20到一SiO2/Na2O的莫耳比值为1.91的碱性活化液，再将245g焚化飞灰与272g%20的该碱性活化液搅拌混合，得到一混合浆体。
最后将混合浆体于约30℃的室温环境条件固定化后即可得到一焚化飞灰%20固化物。
接着将前述制得的焚化飞灰固化物于固定化7天、14天及28天后分别%20量测其抗压强度、氯离子溶出浓度，以及重金属溶出量测。
氯离子溶出量测，系参照水溶性氯离子含量试验法。本研究为欲求精准，%20系先秤取1000g经过固定化后28天之焚化飞灰固化物的干燥样品置于烧杯%20中，再加入500g之去离子水后以封口膜封盖，其后置入超音波震荡器1hr并%20静置48hr，之后每隔5min上下反转摇动烧杯，共计3次以萃取出所含之盐分，%20静置后过滤，吸取滤液50mL于三角烧瓶内，加入1mL铬酸钾指示剂后以硝酸%20银溶液滴定至红褐色终点，再利用下式计算滴定结果，即可求得溶液中的氯%20离子含量。
水溶性氯离子含量(％)＝(f×0.0035×(A-B))/W×100
f(修正因子)＝标定所得硝酸银溶液的当量浓度/0.1N
A＝硝酸银消耗之体积(mL)；B＝空白试验硝酸银消耗之体积(mL)；W＝样品%20重量(g)
重金属溶出量测为模拟废弃物受到酸雨淋蚀后，所产生渗出水之重金属%20毒性浓度。实验作法是先秤取固体于容器中，并加入萃取液，调整液固比(L/S)%20为20，将其置于旋转装置后，设定转速30rpm及旋转时间为18±2hr，萃取%20完后之液体过滤，并以感应耦合电浆原子发射光谱仪(ICP-OES)测定其重金属%20浓度。
将前述量测结果分别整理于表1至表3。
表1
表2
N.D.:低于侦测极限，>0.1ppm IFA:焚化飞灰
表3
由前述表1-表3的结果可知，利用本发明之固定化方法处理后所得到的 焚化飞灰固化体不仅可有效的固定重金属还可同时减少氯离子的溶出，且具 体例2所得到的焚化飞灰固化物于氧护28天后的抗压强度可达16MPa，远高 于碱性活化液组份中不含有铝酸钠的固化物的抗压强度。
综上所述，本发明利用将焚化飞灰与碱性活化液混合，利用碱性活化液 中的铝含量控制，让混合后的混合浆体可反应形成弗氏盐，藉由形成弗氏盐 的过程固定焚化飞灰中的氯离子，接着再将重金属固定在所形成的弗氏盐结 构中，因此，不仅可有效固定重金属还可同时预防氯离子溶出，且所得到的 焚化飞灰固化物的抗压强度可达160kgf/cm2以上，故确实能达成本发明的目 的。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本 发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术 人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对 其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任 何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
