一种焚烧垃圾飞灰陶粒的制备方法
技术领域
本发明属于危废处理及资源化利用技术领域，具体涉及一种焚烧垃圾飞灰陶粒的制备方法和应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，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。
垃圾焚烧飞灰的来源：近年来，随着经济的迅速发展人民生活水平的提高，所产生的垃圾呈现逐年增长的趋势，据报道，我国生活垃圾年平均增长量为8％-10％,截止到2016年，我国城市生活垃圾产生量已超过2亿吨，预计到2020年，全国城市生活垃圾产生量能达到3亿吨左右。调查研究显示，每吨生活垃圾燃烧发电能产生20kg飞灰，2亿吨的城市生活垃圾能产生0.04亿吨的飞灰，这些飞灰若能被二次利用，不仅省却处理危废所需的巨额费用，还能资源化带来经济效益。
垃圾焚烧飞灰的危害：将生活垃圾进行焚烧处理可以有效减少垃圾堆放对环境造成的危害，但是我国生活垃圾种类繁多，成分复杂，在焚烧过程中垃圾中含有的氯化物和重金属会进行迁移和转化，使垃圾焚烧飞灰中富含多种重金属及二噁英等高浓度毒性物质，飞灰中富含的Cu、Zn、Pb、Cr、Cd等重金属离子基本具有致癌致畸形等影响。若飞灰中的重金属未经有效加工处理导致重金属被释放到外环境中，将会对人体和环境造成巨大的危害。
垃圾焚烧飞灰的处理方法：对垃圾焚烧飞灰的无害化处理主要分为以下几个方面：(1)安全填埋法(2)固化稳定法(3)化学浸提法。其中安全填埋法是飞灰经过合适的处理后，当成危废按照危险废物填埋标准进行填埋，该方法会占用大量的土地，且防治飞灰中有毒物质浸出对填埋场所要求较高，花费较高存在风险。固化稳定法是将飞灰与固化剂稳定剂混合，将其中的重金属物质固定，降低毒性浸出率，方便后续运输、处理等。化学浸提法是使飞灰与酸碱等化学药剂进行反应，使重金属熔解在药剂中，后经电化学法回收该部分重金属，经化学浸提法处置过的飞灰可重新进行资源化利用。资源化利用法是依据飞灰中含大量SiO2等化学成分，可作为烧制陶瓷类物质的基础。通过与黏土等物质的混合在高温下将重金属固定在硅酸铝盐网格的玻璃体中，阻止其浸出，除此之外高温下二噁英等毒性物质被分解，能彻底解决二噁英带来的危害。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种焚烧垃圾飞灰陶粒的制备方法。垃圾焚烧飞灰为危险废物，经鉴定其中含有大量重金属及二噁英等毒性物质，然而现有的处理垃圾焚烧飞灰的方法花费较高，且不能保证重金属、二噁英等毒性物质得到彻底解决，安全系数较低。本发明充分利用了垃圾焚烧飞灰，解决现有和废水处理方法不能花费高、安全系数低、浪费能源的问题。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种焚烧垃圾飞灰陶粒材料，包括垃圾焚烧飞灰、坊子土、焦宝石，其中垃圾焚烧飞灰占的百分比大于等于30％，剩余为坊子土和焦宝石，并且坊子土和焦宝石占的百分比大于等于10％；
垃圾焚烧飞灰为垃圾焚烧过程中，在高温条件下挥发的重金属和无机盐等物质在冷却过程中冷凝或者发生化学反应而产生的物质。
垃圾焚烧飞灰采用热回收系统、烟气净化系统捕集，主要成分是不可燃的无机物及部分未燃尽的有机物，被列入《国家危险废物名录中》，对环境具有潜在的危害能力。
在本发明的一些实施方式中，包括以下重量份的原料：垃圾焚烧飞灰30-70份、坊子土10-60份、焦宝石10-60份。
本发明使用的原料及配比范围的选择原理：
1.焚烧技术可使垃圾得到减量化但是也会产生富含重金属及有机毒物的飞灰，对环境及人体造成潜在威胁，故本发明旨在提供一种解决飞灰的危害且可参考做路基材料被资源化利用的方法。
2.坊子土中含部分SiO2和Al2O3等能构成陶粒骨架的基本物质，但其成分不能完全满足成陶粒的要求，故在使用坊子土的同时添加焦宝石更有利于陶粒成瓷。
3.焦宝石属于黏土类物质，其经济利用价值高于坊子土，故与坊子土按照一定比例做配方，既能满足陶粒成瓷的性能又能节约一定的经济成本。
4.配方配比范围在经过烧结工艺后陶粒内部能够出现玻璃体，陶粒表面出现釉层。此现象的出现表明垃圾焚烧飞灰中的重金属可以被有效的固定在陶粒内部。
垃圾焚烧飞灰中对环境造成潜在危害的成分是重金属和二噁英，本发明提供的处理垃圾焚烧飞灰的方法安全性较高，飞灰中的二噁英通过高温处理分解，重金属熔融固化在陶粒中，成瓷的陶粒玻璃相包覆重金属阻止重金属的浸出。所以本发明提供的处理垃圾焚烧飞灰的方法具有安全系数高的特点。解决了现有的垃圾焚烧飞灰中的重金属难回收再利用，进行掩埋如果不进行处理，重金属会污染环境的问题。
在本发明的一些实施方式中，包括以下重量份的原料：垃圾焚烧飞灰30-70份、坊子土10-60份、焦宝石10-60份。
第二方面，上述焚烧垃圾飞灰陶粒路基材料的制备方法，具体步骤为：
将各个原料分别粉碎后干燥；
将粉碎后的各原料混合，在混合料中加入水；
将加水混合后的混合料进行干燥得到预制陶粒，预制陶粒进行烧结处理。
本发明的方法巧妙，通过垃圾焚烧飞灰、坊子土、焦宝石按照一定的比例相互配合，得到一种可以处理垃圾焚烧飞灰中重金属和二噁英等有毒物质的发明方法。
在本发明的一些实施方式中，各个原料粉碎后的粒度为≤100目；优选的，粉碎后的粒度为100-200目。
在本发明的一些实施方式中，混合料中加的水和混合料的重量比为1：3-5。混合料中进行加水处理的目的是利用水来将飞灰中可溶的有毒物质溶解，并且可以使各物料充分混合在一起。
在本发明的一些实施方式中，加水后的混合料造粒，后对陶粒进行干燥的方法为：先进行烘干，然后进行恒温处理。优选的，烘干的温度为100-110℃，烘干的时间为2-4h。优选的，恒温处理的温度为460-480℃，恒温处理的时间为20-30min。本发明中对陶粒进行烘干处理的目的是蒸发陶粒中自由水，防止陶粒直接放入高温中出现较多裂纹，影响烧结效果。
在本发明的一些实施方式中，预制陶粒烧结的温度为1000-1300℃，烧结的时间为20-30min。
在本发明的一些实施方式中，预制陶粒的粒径为10mm-20mm。
本发明的有益效果：
本发明以垃圾焚烧飞灰为主要原料，为处理垃圾焚烧飞灰提供了一种新的解决方法。除此之外飞灰为危废，大大降低了生产陶粒的成本，同时大大降低了飞灰堆放对周围环境造成的危害，实现了资源的再利用，具有显著的环境和经济效益。
通过高温烧结过程，陶粒原料之间通过进行固相、液相反应最终形成陶粒。与此同时，通过陶粒窑系统对飞灰进行高温焚烧，将飞灰中的重金属熔融固化在陶粒中，将二恶英进行高温热解，从而实现无害化、资源化处理。成瓷的陶粒玻璃相包覆重金属阻止重金属的浸出。按照“轻集料及其试验方法”GB/T17431.1-2010测试烧成飞灰陶粒的桶压强度，结果表示桶压强度在0.5Mpa-0.75Mpa之间，满足轻集料的标准，可参考作为路基材料。
附图说明
图1为实施例1制备的飞灰陶粒的形貌图；
图2为实施例2制备的飞灰陶粒的形貌图；
图3为实施例3制备的飞灰陶粒的形貌图；
图4为实施例4制备的飞灰陶粒的形貌图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
一种飞灰制备陶粒的方法，按照以下操作步骤进行：一、将垃圾焚烧飞灰、坊子土、焦宝石等原料分别粉碎烘干，使破碎颗粒≤100目；二、分别保存粉碎好的各原料；三、将粉碎好的原料按照如下质量比混合(飞灰：坊子土：焦宝石分别为70份、20份、10份)；四、将水加入到混合好的粉碎料中，搅拌均匀后手工团粒，放入100-110℃烘箱中2-4h后取出；五、将烘干的陶粒放入马弗炉中升温至470℃，保温20-30min，在升温至1000-1160℃，保温20-30min后得到飞灰陶粒的制备。
步骤一中将各原料分别粉碎并粉碎至≤100目，目的是为了减少不同原料之间粒径的差异，避免原料混合后因密度、粒径的不同而导致分层，从而导致产物个体之间的差异。
水和混合料的重量比为1:4。
经过烧结工艺后陶粒内部能够出现玻璃体，陶粒表面出现釉层。此现象的出现表明垃圾焚烧飞灰中的重金属可以被有效的固定在陶粒内部。图1形貌扫描图片显示，绝大部分金属元素进入晶粒，被玻璃体裹覆，稳定安全。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处为：
各原料配比不同，垃圾焚烧飞灰：坊子土：焦宝石分别为70份、10份、20份；
烧结温度不同，实施例2的烧结温度为1020-1200℃，其他步骤及参数与实施例1相同。
经过烧结工艺后陶粒内部能够出现玻璃体，陶粒表面出现釉层。此现象的出现表明垃圾焚烧飞灰中的重金属可以被有效的固定在陶粒内部。图2形貌扫描图片显示陶粒中出现许多晶粒，重金属可以进入晶粒中，被玻璃体裹覆，稳定安全。
实施例3
本实施例中各原料配比为垃圾焚烧飞灰：坊子土：焦宝石为50份、20份、30份，烧成温度为1150-1250℃，其他操作步骤及参数与实施例1相同。
经过烧结工艺后陶粒内部能够出现玻璃体，陶粒表面出现釉层。此现象的出现表明垃圾焚烧飞灰中的重金属可以被有效的固定在陶粒内部。图3飞灰陶粒断面扫描形貌图，陶粒呈现高度瓷化，表明烧结过程中重金属固定在陶粒中，性能稳定安全。
实施例4
本实施例中各原料配比为垃圾焚烧飞灰：坊子土：焦宝石分别为30份、10份、60份，烧成温度为1160-1300℃，其他操作步骤及参数与实施例1相同。
经过烧结工艺后陶粒内部能够出现玻璃体，陶粒表面出现釉层。此现象的出现表明垃圾焚烧飞灰中的重金属可以被有效的固定在陶粒内部。图4形貌扫描图片，验证了玻璃体多于晶粒，且玻璃体包裹晶粒，陶粒性能稳定安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
