一种垃圾焚烧灰渣共熔融的方法
技术领域
本发明涉及废渣处理技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧灰渣共熔融的方法。
背景技术
生活垃圾经炉排炉焚烧后会产生约1～3％的飞灰和20～23％的炉渣。其中飞灰属于危险废物，常规的飞灰处理方法为“螯合预处理+分区填埋”，该方法相应的管理规范较成熟，但仍存在土地快速消耗和污染泄漏的隐患。高温熔融工艺可以通过熔融使飞灰形成稳定的玻璃体，将重金属物质固化在玻璃体中，被认为是无害化、资源化程度更高的飞灰处置技术。炉排炉焚烧原灰由于Si、Al等无机惰性物质含量低，无法单独在较低熔融温度下(≤1300℃)形成稳定的硅铝酸盐共融物。通过添加石英砂等Si源可以有效调节炉排炉飞灰的碱度(CaO/SiO2)，从而促进炉排炉飞灰熔融效果，形成玻璃体。但是，硅源需另行购置，会增加熔融处理成本。
此外，本领域对于焚烧炉渣的处理目前尚未形成标准化模式。焚烧炉渣通常包含有金属(如Pb、Ni、Sb和Sn等)和非金属(如P、Si、Al和S等)元素。目前，生活垃圾焚烧炉渣主要用于路堤、路基填充材料等。然而，炉渣内重金属含量较高，在长期弱酸性、潮湿条件下会产生重金属泄露的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种垃圾焚烧灰渣共熔融的方法。本发明提供的方法将垃圾焚烧产生的飞灰和炉渣进行共熔融，在有效降低飞灰熔融温度、降低熔融产物浸出毒性的同时，节省了常规飞灰熔融中硅源的投入成本，且能同时实现焚烧炉渣的无害化处置。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种垃圾焚烧灰渣共熔融的方法，包括以下步骤：
将垃圾焚烧产生的飞灰和炉渣混合后进行共熔融，得到玻璃体熔渣；所述飞灰和炉渣的质量比为1:2～2:1；所述共熔融的温度为1200～1500℃。
优选的，所述飞灰和炉渣的质量比为1:2；所述共熔融的温度为1250～1300℃。
优选的，所述共熔融的时间为2～6h。
优选的，所述飞灰为高钙飞灰，所述高钙飞灰中氧化钙的质量百分含量为20～50％。
优选的，所述炉渣中二氧化硅的质量百分含量为20～40％。
优选的，所述共熔融前还包括将硼酸和飞灰与炉渣进行混合。
优选的，所述硼酸的加入量小于等于飞灰、炉渣和硼酸总质量的10％。
优选的，所述硼酸的加入量为飞灰、炉渣和硼酸总质量的2.5～5％。
本发明提供了一种垃圾焚烧灰渣共熔融的方法，包括以下步骤：将垃圾焚烧产生的飞灰和炉渣混合后进行共熔融，得到玻璃体熔渣；所述飞灰和炉渣的质量比为1:2～2:1；所述共熔融的温度为1200～1500℃。本发明以垃圾焚烧产生的炉渣为硅源和飞灰进行共熔融，在确保飞灰玻璃化的同时，降低了成本，无需另购硅源，实现“以废制废”，同时为炉渣处置方式的标准化发展提供了思路；本发明利用炉渣替代常规硅源添加剂(石英砂等)，通过调节炉渣和飞灰的比例，降低飞灰熔点，实现有效玻璃化，使玻璃体熔渣的重金属浸出毒性达标；进一步的，本发明还向飞灰和炉渣中加入硼酸，利用硼酸进一步降低飞灰的熔点。实施例结果表明，使用本发明的方法进行共熔融，产生的玻璃体熔渣的重金属浸出毒性能够满足HJ/T300-2007中的要求。
附图说明
图1为对比例1中不同熔融温度下所得熔渣的XRD图；
图2为实施例1中在不同灰渣比和不同共熔融温度下所得熔渣的观察结果；
图3为实施例3中在不同共熔融温度和硼酸含量下所得熔渣的XRD图。
具体实施方式
本发明提供了一种垃圾焚烧灰渣共熔融的方法，包括以下步骤：
将垃圾焚烧产生的飞灰和炉渣混合后进行共熔融，得到玻璃体熔渣；所述飞灰和炉渣的质量比为1:2～2:1；所述共熔融的温度为1200～1500℃。
本发明所述飞灰和炉渣优选为生活垃圾经炉排炉焚烧后产生的飞灰和炉渣。在本发明中，所述飞灰优选为高钙飞灰，所述高钙飞灰中氧化钙的质量百分含量优选为20～50％，更优选24～40％，本发明对飞灰中其他金属或非金属元素的含量不做具体限定；所述炉渣中二氧化硅的质量百分含量优选为20～40，更优选25～35％；本发明对炉渣中其他金属或非金属元素的含量不做具体限定。在本发明的具体实施例中，使用的飞灰和炉渣的具体化学组成见表1(列于实施例部分)。
在本发明中，所述飞灰和炉渣的质量比为1:2～2:1，优选为1:2～1:1，更优选为1:2；所述共熔融的温度为1200～1500℃，优选为1250～1300℃；所述共熔融的时间优选为2～6h，更优选为3～5h；所述共熔融的供热方式优选为发热电极供热(即电阻式熔融)。在共熔融过程中，大部分低沸点的重金属在熔融过程中挥发，进入气相，剩余的高沸点重金属被包裹固化，形成稳定的玻璃体熔渣，其中混合物玻璃化的温度与飞灰和炉渣的比例相关，炉渣的比例越高，玻璃化温度越低，在本发明的具体实施例中，当飞灰和炉渣的质量比为1:2时，混合物在1250～1300℃下即可进行玻璃化，说明炉渣的加入可以显著降低共熔融温度，实现飞灰的有效玻璃化，降低飞灰中盐类和重金属挥发，达到固化重金属效果。
在本发明中，所述共熔融前优选还包括将硼酸和飞灰与炉渣进行混合；所述硼酸的加入量优选小于等于飞灰、炉渣和硼酸总质量的10％，更优选为飞灰、炉渣和硼酸总质量的2.5～5％。在本发明中，硼酸能够和飞灰、炉渣形成低熔点的共熔物，从而进一步降低混合物的熔点。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例及对比例中使用的飞灰和炉渣为生活垃圾经炉排炉焚烧后产生的飞灰和炉渣，具体的化学组成见表1：
表1焚烧飞灰和炉渣的化学组成(氧化物形式，单位：wt％)
对比例1
不添加任何形式的硅源，将炉排炉飞灰原灰直接进行熔融，温度分别为1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃，熔融时间均为4h，对所得熔渣的晶相结构进行测试，所得结果如图1所示，图1中：1-KCl，2-NaCl，3-CaCO3，4-CaO，5-Ca11(SiO4)4O2S，6-PbO，7-SiO2，8-ZnS，9-(CaO)12(Al2O3)7，10-Ca2(Al(AlSi)O7)，11-CaS，12-CaCl2·6H2O。
根据图1可以看出，熔融温度从1100℃上升至1500℃，可以观察到氯化钠、氯化钾等金属氯盐分解以及碳酸钙、硫酸钙等钙盐分解的现象，但是没有观察到玻璃体物质的出现，说明原灰并未进行玻璃化。
实施例1
将飞灰和炉渣进行复配，并在不同的温度下进行熔融，观察熔融产物的状态，其中飞灰和炉渣的质量比分别为1:0、1:1、1:2、2:1、0:1，每一比例下复配的灰渣混合物分别在1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃下进行共熔融，共熔融的时间均为4h。对产物的观察结果如图2所示。
根据图2可以看出，飞灰和炉渣的质量比为1:1时，在1400℃下可以得到玻璃体熔渣；飞灰和炉渣的质量比为2:1时，在1500℃下可以得到玻璃体熔渣。
飞灰和炉渣的质量比为1:2时，熔融产物色泽棕褐表面光滑，玻璃化明显，说明飞灰中加入炉渣有利于降低熔融温度、降低飞灰中盐类和重金属挥发，达到固化重金属效果，且玻璃化温度下降至1300℃，说明炉渣作为硅源添加具有良好的促玻璃化效果。
实施例2
将飞灰、炉渣和硼酸进行复配，将混合物进行共熔融，其中飞灰和炉渣的质量比分别为1:0、1:1、1:2、2:1、0:1，每一比例下硼酸的添加量分别为飞灰、炉渣和硼酸总质量的2.5％、5％、7.5％、10％。对复配物的熔点进行测试，所得结果如表2所示：
表2不同硼酸添加比例和灰渣比例下复配物的融点(℃)
根据表2可以看出，硼酸的添加量为2.5～10％的范围内，都可以降低复配物熔点，且硼酸加入量为5％时效果最佳，继续增加硼酸用量，熔点的下降幅度不大，将硼酸的加入量控制2.5～5％，可以在保证成本的前提上降低复配物的熔点。
实施例3
将飞灰和炉渣的质量比控制为1:2，在不同温度和硼酸含量下进行共熔融，共熔融时间均为4h。对产物进行XRD测试，以检测熔融产物的玻璃化效果。其中共分为6#～12#七个实验组，实验条件见表3；
表3 6#～12#实验组的实验条件
熔融产物的XRD测试结果如图3所示。根据图3可以看出，表3所示的条件下(共熔融温度为1250～1400℃，硼酸添加量为0或2.5％)，所得熔融产物的XRD谱图中，2θ值在20～40°间有较为明显非晶“馒头峰”，说明在高温焚烧过程中，矿物成分发生反应，形成铝硅酸盐类物质和一些玻璃相物质。该结果表明，在本发明的条件下，灰渣混合物能够有效的进行玻璃化。
实施例4
将飞灰和炉渣的质量比控制为1:2，在不同的共熔融温度和硼酸添加量条件下进行共熔融，按照HJ/T300中的方法检测所得玻璃体熔渣的浸出毒性。
其中，共熔融温度、硼酸添加量以及浸出毒性检测结果见表4，同时检测原炉渣和原飞灰的重金属浸出毒性，列于表4中。
表4不同条件下玻璃体熔渣的重金属浸出毒性(HJ/T300-2007)
根据表4中的数据可以看出，本发明的方法能够使灰渣混合物进行有效的玻璃化，所得玻璃体熔渣的重金属溶出毒性满足HJ/T300中的要求，实现了利用炉渣“以废制废”，显著降低了飞灰的处理成本，且为炉渣的处理提供了一条新途径。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
