生活垃圾焚烧飞灰电熔法玻璃化工艺技术研究_李胜春.pdf
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1、 年第 卷第期 :收稿日期:;收到修改稿日期:作者简介:李胜春(),男 :生活垃圾焚烧飞灰电熔法玻璃化工艺技术研究李胜春,朱春江(上海歌灵新材料科技有限公司,上海 )摘要:对生活垃圾焚烧飞灰电熔法玻璃化制品的工艺进行了研究,发现添加飞灰的质量分数为 时,玻璃态样品具有优异的耐酸、耐水和耐碱性能。按照 固体废物玻璃化处理产物技术要求进行检测,发现样品的各项指标远优于技术要求中规定的指标,尤其是绝大多数样品未检出可浸出的有害物质含量。采用该方法制备的玻璃适用于装饰玻璃、水淬玻璃及玻璃棒等制品,是生活垃圾资源化、飞灰玻璃制品高值利用的有效探索。关键词:垃圾焚烧;飞灰;电熔;玻璃化;危废中图分类号:文
2、献标志码:文章编号:(),(,):,“”,:;我国城镇生活垃圾的构成比较复杂,其中包含有纸类、厨余垃圾、塑料和橡胶等可燃组分,在焚烧过程中极易生成、呋喃、重金属、二恶英和烟尘等有害污染物。尤其是飞灰作为垃圾焚烧后富集重金属、二恶英、呋喃和可溶盐等危害物的主要载体,其产量约占垃圾焚烧总量的。由于入炉垃圾的种类、焚烧炉类型、焚烧工艺及烟气净化配置的不同导致成分组成也存在极大的差异。截至 年底,玻璃搪瓷与眼镜 年月我国垃圾焚烧总量达到 万吨日,产生飞灰量超过 万吨年。飞灰对环境的危害性主要体现在二恶英和重金属污染两个方面,严重危害人们的身体健康,属于致癌、致畸、致突变作用的剧毒污染物,且因易溶于脂肪
3、,能在生物体内累积,对人体和生物造成长久危害。因此飞灰作为一种危险废物,需要特殊处理。鉴于飞灰的严重危害性,我国已把飞灰列入危险废物名录,按相关管理规定,需对飞灰进行严格特殊处置。目前处置飞灰的方法主要有安全填埋法、固化稳定化法、湿式提取法和热处理法等。与其他处置方法相比,电熔玻璃化法是最安全、最可靠的处理方法之一,可实现飞灰的减量最大化、无害化程度高、二次污染小,几乎无潜在风险,但因消耗相对较多的电能而制约其规模化推广。因此,如何提升飞灰玻璃化后的玻璃品质,使其产品高值化从而抵消生产成本,是今后经济发达地区处置飞灰工作的重要研究课题。实验方法 实验原料实验用飞灰为生活垃圾焚烧飞灰,外加辅料为
4、硅砂、长石和助熔剂(包括纯碱、硼砂、氟硅酸钠),飞灰的化学组成见表。飞灰干燥后过筛制成直径约为 的粉体。表飞灰的化学组分组分质量分数组分质量分数 合计 实验过程按表中的比例进行配料,并将混合好的配合料置于刚玉坩埚中,采用熔融急冷法制备玻璃样品。按照图的升温曲线进行加热,在高温条件下使配合料充分熔化、澄清形成均化的玻璃液,然后将玻璃液浇注成圆柱体型制成样品,将样品放入 的马弗炉中退火、保温后随炉自然冷却至室温。样品的直径为,厚度约为。表实验配方(质量分数)试样编号飞灰 硅砂 长石 助熔剂 合计 性能测试测试玻璃块化学稳定性(耐酸、耐水、耐碱性)的流程为:分别在质量分数为的盐酸、自来水和质量分数为
5、的氢氧化钠溶液中浸泡 ,以侵蚀后失重百分比作为化学稳定性的衡量标准。采用射线衍射仪()测试玻璃熔块的玻璃化率,采用 射线荧光光谱仪()测试玻璃熔块的化学组成。按照 第 卷第期玻璃搪瓷与眼镜图熔制温度曲线 固体废物玻璃化处理产物技术要求 中规定的玻璃化处理水浸出和酸浸出有害物质含量限值评价有害物浸出检测值。结果与讨论 化学稳定性外加辅料中的石英砂、长石主要用于形成玻璃的网络结构体,借助玻璃体的致密网络结构提高玻璃网络体的强度,从而确保熔化后玻璃熔块的稳定性,阻止溶出重金属等易溶离子。助熔剂的作用是加速飞灰在熔制时的玻璃化过程,促进熔体的流动,降低玻璃料的高温黏度,改善玻璃的料性,降低熔制温度并减
6、少熔制电耗。实验前期测试了样品飞灰的化学稳定性,结果表明飞灰的耐酸、耐水、耐碱性均极差,其耐酸、耐水、耐碱浸出量的质量分数分别为、和 ,均生成了质轻、胶状的析出物,尤其是耐酸浸出量的质量分数高达 以上,几乎全部溶于酸中,因此必须进行无害化处理。图(,)为样品的化学稳定性测试结果。图()试样和()试样的化学稳定性如图()所示,当飞灰的质量分数为 时,随着硅砂的增加和助熔剂的减少,在熔融过程中形成更多的稳定、网状结构,并形成良好的玻璃体,使玻璃熔块的网络结构体增强,而飞灰中的不稳定离玻璃搪瓷与眼镜 年月子作为玻璃网络结构体或者网络填充体参与到玻璃的网络结构中,形成具有刚性的非晶态玻璃物质,具有不易
7、浸出的形态,并以原子键连接的形式参与到玻璃的网络结构,使耐酸、耐水、耐碱性均得到极大的提升,其中试样的化学稳定性最高,耐酸、耐水和耐碱性溶出量均为。如图()所示,当助熔剂含量不变时,随着飞灰量的增加及硅砂的减少,玻璃熔块中的网络结构体组分减少,网络填充体、不稳定成分增加,降低了玻璃体网络结构的强度,因而耐酸、耐水和耐碱性均呈现出降低的趋势,图中试样的耐酸、耐水和耐碱性溶出量也均为。由上述实验结果可知,飞灰玻璃化后的玻璃熔块的耐水性最好,耐碱性次之,耐酸性最差。在辅料中增加形成玻璃网络结构体的组分是提高其化学稳定性的有效方式。为了促进生成玻璃态,并具有易于成型的料性,需要添加适当的助熔剂,、试样
8、的化学稳定性最佳。玻璃化率图是玻璃熔块样品,呈浅绿色,玻璃态良好,无可视性条纹、结石和气泡等缺陷,制备时熔体的流动性良好,料性较长,易于熔化,且便于成型。图试样玻璃熔块图试样玻璃熔块 图谱按照飞灰玻璃化国家标准 固体废物玻璃化处理产物技术要求 中 玻璃体含量判定规则,玻璃体的质量分数应大于,检测方法按 附录规定的射线衍射法测定玻璃体的质量分数。图是试样的 分析结果,表明试样玻璃体的质量分数为 时具备良好的玻璃态。上述实验结果说明飞灰玻璃化可以用于玻璃熔块的高值化利用,例如开发装饰玻璃、微晶玻璃、玻璃粉、玻璃棉、实心玻璃砖、发泡微晶和玻璃轻石等产品,还可进一步开拓飞灰资源化、产品化利用水平。可浸
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