申请日2018.08.13
公开(公告)日2018.10.12
IPC分类号C03C10/00; C03C6/06
摘要
本发明属于固废资源化利用领域，公开了一种垃圾焚烧灰渣协同酸洗污泥制备微晶玻璃的方法。该方法以垃圾焚烧灰渣为主要原料，以酸洗污泥为形核剂，采用高温熔融获得基础玻璃，通过一步热处理获得微晶玻璃。本发明实现了垃圾焚烧灰渣和酸洗污泥的无害化处置与高值化利用，通过熔融‑一步热处理方法制备微晶玻璃，具有工艺流程短、节能降耗、易于产业化的优点。
权利要求书
1.一种垃圾焚烧灰渣协同酸洗污泥制备微晶玻璃的方法，其特征在于，将垃圾焚烧产生的飞灰、底灰和酸洗污泥混合，采用高温熔融、成形获得基础玻璃，经核化晶化一步热处理得到微晶玻璃;其中，所述飞灰为微晶玻璃提供钙源，所述底灰为微晶玻璃提供硅源，所述酸洗污泥作为制备微晶玻璃的形核剂和助熔剂。
2.根据权利要求1所述一种垃圾焚烧灰渣协同酸洗污泥制备微晶玻璃的方法，其特征在于，进行混合时，控制各物质的质量百分比为：垃圾焚烧飞灰0～50wt%、垃圾焚烧底灰30wt%～80wt%和酸洗污泥3wt%～20wt%，总量为100wt%。
3.根据权利要求1或2所述一种垃圾焚烧灰渣协同酸洗污泥制备微晶玻璃的方法，其特征在于，将垃圾焚烧产生的飞灰、底灰和酸洗污泥混合得到的混合物中，CaO为0～25wt%、SiO2为12wt%～35wt%、Al2O3为9wt%～20wt%、K2O为4wt%～8wt%、Na2O为3wt%～7wt%、CaF2为2wt%～8wt%，Fe2O3为4wt%～10wt%，Cr2O3为0.5wt%～5wt%。
4.根据权利要求1所述一种垃圾焚烧灰渣协同酸洗污泥制备微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法具体为：
(1)混合：将垃圾焚烧飞灰、底灰和酸洗污泥混合均匀;混合时，控制各物质的质量百分比为：垃圾焚烧飞灰0～50wt%、垃圾焚烧底灰30wt%～80wt%和酸洗污泥3wt%～20wt%，总量为100wt%;
(2)熔融：将混合均匀的原料在1300～1600℃融化成玻璃熔体，保温时间为0.5～3h;
(3)成形：熔体经压延或浮法得到基础玻璃;
(4)核化晶化一步热处理：将所述基础玻璃一步热处理得到微晶玻璃，控制一步热处理的温度为700-900℃，保温时间为1-3h。
说明书
一种垃圾焚烧灰渣协同酸洗污泥制备微晶玻璃的方法
技术领域
本发明属于固废资源综合利用领域，具体公开了一种垃圾焚烧灰渣协同酸洗污泥制备微晶玻璃的方法。
背景技术
随着垃圾焚烧技术在中国的推广，垃圾焚烧灰渣的处置制约了垃圾焚烧行业的发展。垃圾焚烧产生20wt%底灰和4wt%飞灰，统称为垃圾焚烧灰渣，因其含有重金属和二噁英被列为HW18危险固废。
目前，垃圾焚烧灰渣一般采用防渗填埋、水泥固化、熔融固化等处置方式。防渗填埋不仅占用了大量土地，容易造成土壤和地下水资源污染，而且二噁英逸出造成空气污染;水泥固化法处置，因重金属不稳定、二噁英富存于除尘灰等造成环境风险;熔融固化法将垃圾焚烧灰渣进行玻璃化，实现了重金属玻璃固化，但没有资源化利用。因此，垃圾焚烧灰渣无害化处置及资源化利用已成为垃圾焚烧行业亟需解决的重要难题。
为解决上述难题，人们研究了以垃圾焚烧飞灰为主要原料，经玻璃化、形核、晶化等制备微晶玻璃，实现了重金属稳定固化和二噁英高温分解解毒并固化。传统的微晶玻璃制备方法为熔融-烧结法和熔融-两步热处理法。熔融-烧结法是将高温熔体进行水淬、磨粉、压形、烧结得到微晶玻璃。中国发明专利(CN106396411A)公开了一种微晶玻璃的制备方法，将垃圾飞灰和硅砂混合熔融，采用熔融-烧结法制备微晶玻璃。该发明制备微晶玻璃存在流程长、能耗高、微晶玻璃密度偏低等缺点。熔融-两步热处理法是将高温熔体浇注成形，经核化、晶化和退火制备微晶玻璃。中国发明专利(CN102531389A)公开一种垃圾焚烧飞灰电弧炉熔融制备微晶玻璃的方法，该方法以水洗处理后的垃圾焚烧飞灰为主要原料，与形核剂TiO2、Cr2O3混合，采用熔融-两步热处理法制备微晶玻璃，工艺连贯性较好，但包含两个热处理阶段，工艺流程较长，能耗较高。
综上，利用垃圾焚烧灰渣制备微晶玻璃存在着成本高、能耗高、工艺流程长等问题。因此，亟需研发一种垃圾焚烧灰渣制备微晶玻璃的方法，以实现垃圾焚烧灰渣变废为宝，转危为安。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种垃圾焚烧灰渣协同酸洗污泥制备微晶玻璃的方法，能够实现垃圾焚烧灰渣短流程、低能耗、无污染制备微晶玻璃。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种垃圾焚烧灰渣协同酸洗污泥制备微晶玻璃的方法，将垃圾焚烧产生的飞灰、底灰和酸洗污泥混合，采用高温熔融、成形获得基础玻璃，经核化晶化一步热处理得到微晶玻璃;其中，所述飞灰为微晶玻璃提供钙源，所述底灰为微晶玻璃提供硅源，所述酸洗污泥作为制备微晶玻璃的形核剂和助熔剂。
进一步地，进行混合时，控制各物质的质量百分比为：垃圾焚烧飞灰0～50wt%、垃圾焚烧底灰30wt%～80wt%和酸洗污泥3wt%～20wt%，总量为100wt%。
进一步地，将垃圾焚烧产生的飞灰、底灰和酸洗污泥混合得到的混合物中，CaO为0wt%～25wt%、SiO2为12wt%～35wt%、Al2O3为9wt%～20wt%、K2O为4wt%～8wt%、Na2O为3wt%～7wt%、CaF2为2wt%～8wt%，Fe2O3为4wt%～10wt%，Cr2O3为0.5wt%～5wt%。
进一步地，所述方法具体为：
(1)混合：将垃圾焚烧飞灰、底灰和酸洗污泥混合均匀;混合时，控制各物质的质量百分比为：垃圾焚烧飞灰0～50wt%、垃圾焚烧底灰30wt%～80wt%和酸洗污泥3wt%～20wt%，总量为100wt%;
(2)熔融：将混合均匀的原料在1300～1600℃融化成玻璃熔体，保温时间为0.5～3h;
(3)成形：熔体经压延或浮法得到基础玻璃;
(4)核化晶化一步热处理：将所述基础玻璃一步热处理得到微晶玻璃，控制一步热处理的温度为700-900℃，保温时间为1-3h。
进一步地，所述飞灰包括CaO 40%～50wt%、K2O 12%～20wt%和Na2O 12%～20wt%;所述底灰包括SiO2 40%～50wt%;所述酸洗污泥包括CaF2 35wt%～45wt%、Fe2O325wt%～35wt%和Cr2O32.5wt%～5wt%。
本发明的原理是：
1)垃圾焚烧灰渣中含氧化物为CaO、K2O、Na2O、SiO2、Fe2O3、MgO和Al2O3等;其中，飞灰中的CaO为45wt%左右，K2O和Na2O均为15wt%左右，为微晶玻璃提供钙源;底灰中SiO2为45wt%左右，为微晶玻璃提供硅源;
2)酸洗污泥含CaF2 35wt%～45wt%、Fe2O3 25wt%～35wt%和Cr2O30.5wt%～5wt%，可作为微晶玻璃的形核剂，CaF2同时还是助熔剂。
因此，垃圾焚烧灰渣协同酸洗污泥制备微晶玻璃在科学上是可行的。在本发明中，为了实现短流程制备微晶玻璃，将形核和晶化两个工序合为一个工序进行一步热处理，该技术的关键是降低形核与析晶的温度差。以垃圾焚烧灰渣中的Na2O和K2O作为微晶玻璃的网络外体，对玻璃的析晶有一定的作用，降低了析晶活化能，增加了析晶的驱动力促进析晶，从而降低析晶温度，缩小了形核与析晶的温度差，实现了熔融-一步热处理方法制备微晶玻璃。
本发明的有益技术效果：
(1)本发明所述方法以垃圾焚烧飞灰中的CaO作为微晶玻璃的钙源，底灰中SiO2作为微晶玻璃的硅源，满足基础玻璃的成分要求;
(2)本发明所述方法以酸洗污泥中的CaF2、Fe2O3和Cr2O3作为微晶玻璃的形核剂，CaF2同时还作为助熔剂，降低了熔融温度;
(3)本发明所述方法以垃圾焚烧灰渣中的Na2O和K2O作为微晶玻璃的网络外体，降低了析晶活化能，增加了析晶的驱动力，缩小了形核与析晶的温度差，实现了熔融-一步热处理方法制备微晶玻璃，缩短了工艺流程，降低能耗;
(4)本发明所述方法实现了垃圾焚烧灰渣和酸洗污泥的无害化处置与高值化利用。