一种低温熔融无害化处理垃圾焚烧飞灰和底灰的方法

摘要

本发明公开了一种低温熔融无害化处理垃圾焚烧飞灰和底灰的方法，该方法是将垃圾焚烧飞灰经过水洗预处理，将垃圾焚烧底灰经过磁选和筛分分级处理，筛分所得粒径小于1mm的垃圾焚烧底灰进行水洗预处理，筛分所得粒径在1～3mm范围内的垃圾焚烧底灰采用重选预处理，筛分所得粒径在3～25mm范围内的垃圾焚烧底灰进行磨矿预处理；将预处理的垃圾焚烧底灰与水洗预处理的垃圾焚烧飞灰一起造粒，所得粒料经过干燥处理和熔融处理。该方法不仅达到了垃圾焚烧飞灰和底灰的低温熔融无害化处理，还可为有色冶金提供部分生产原料，实现了资源循环利用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种垃圾焚烧飞灰和底灰的处理方法，特别涉及一种通过低温熔融作用同步处置垃圾焚烧底灰(渣)和飞灰的方法，通过将预处理后的垃圾焚烧飞灰和底灰合理搭配协同熔融处理，实现垃圾焚烧厂飞灰和底灰的厂内自我消纳，且可以回收有价金属，属于垃圾焚烧飞灰和底灰的无害化处置技术领域。

背景技术

经济快速增长的同时也带来了一系列环境问题，其中城市生活垃圾的爆发式增长和简易的填埋处理方式对环境的污染和人类健康的危害开始显现。为有效解决这一问题，具有高减容、高减量，高温消毒以及热能利用等优点的垃圾焚烧发电法逐渐被推广应用。

垃圾焚烧过程仍然会产生两种副产物，即底渣和飞灰，其中底渣约占80％wt。一般而言，底渣多由金属、陶瓷、玻璃、石头和未燃烧完全的有机物组成，其硅、钙、铝含量较高，主要成分与天然砂石和水泥类似，因此多用来替代骨料和水泥，制备混凝土。飞灰虽然也含有钙、硅、铝等有价组分，但其富含的二噁英及Cl、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等有害物质使其被列为危险废弃物(HW18类)，需进行无害化处理后才可排放。

相比于目前广泛应用的水泥螯合固化飞灰的处理方式，熔融固化处理更具彻底性。熔融固化法通过高温作用实现了二噁英的高效降解和重金属的稳定固化，同时减容减重，有效规避了水泥固化增容严重且存在二次释放风险的问题。

垃圾焚烧飞灰的熔融固化通常需要较高的熔融温度(1400～1500℃)，因此对一次性投入和后续运营提供了较高要求，从而限制了其推广及应用。为了降低熔融过程所需能耗，增强该技术的经济适用性，相关研究陆续报道，发明专利(公开号CN106765145A、CN101773709A、CN1796011A、CN105251758A等)均提出采用垃圾焚烧飞灰外配熔剂的方式降低体系熔点，减少处理能耗，部分方法取得了较为理想的效果，但外加熔剂大幅增加了熔融处理的成本，此外部分体系的熔融温度仍不低于1300℃，综合成本未能显著降低。

发明内容

针对目前熔融法处理垃圾焚烧飞灰过程中熔融体熔点高带来的高能耗问题，本发明的目的在于提供一种低温熔融无害化协同处理垃圾焚烧飞灰和底灰，同时回收有价金属的方法，该方法通过垃圾焚烧发电厂焚烧过程产生飞灰和底灰的相互配合，在无需额外添加熔剂的情况下，形成低熔点混合体系，有效降低了处理能耗，实现了飞灰和底灰的低温熔融无害化处理，通过垃圾焚烧发电厂自产废物的厂内自消化，减少运输及螯合固化处理成本，达到了“以废治废，协同处置”的目的，同时对飞灰和底灰中的部分有价金属得到有效回收，可以用作为有价有色冶金原料，体现资源循环利用的特点。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种低温熔融无害化处理垃圾焚烧飞灰和底灰的方法，其包括以下步骤：

1)将垃圾焚烧飞灰经过水洗预处理；

2)将垃圾焚烧底灰经过磁选和筛分分级处理，筛分所得粒径小于1mm的垃圾焚烧底灰进行水洗预处理，筛分所得粒径在1～3mm范围内的垃圾焚烧底灰采用重选预处理，筛分所得粒径在3～25mm范围内的垃圾焚烧底灰进行磨矿预处理；

3)将步骤2)中各种预处理的垃圾焚烧底灰混合，并与步骤1)中水洗预处理的垃圾焚烧飞灰一起造粒，所得粒料经过干燥处理和熔融处理。

优选的方案，垃圾焚烧飞灰与水按固液比1kg:5～10L混合水洗后，再进行压滤处理，脱水至垃圾焚烧飞灰含水率为10～15％。经过水洗过程可以有效脱除垃圾焚烧飞灰中的水溶性的卤素盐和可溶性重金属盐，避免了高温熔融过程中产生含重金属的烟尘，减少二次污染，同时降低重金属含量。本发明的压滤过程指通过板式压滤机进行压滤处理，所得滤液经蒸发结晶，获得有价有色冶金原料。

优选的方案，粒径小于1mm的垃圾焚烧底灰与水按固液比1kg:5～10L混合水洗后，再进行压滤处理，脱水至垃圾焚烧底灰含水率为10～15％(质量百分比含量)。

优选的方案，粒径在3～25mm范围内的垃圾焚烧底灰磨矿至平均粒度不高于3mm。

本发明的将垃圾焚烧底灰进行分级分开处理，通过筛分可以将垃圾焚烧底灰分成小于－1mm(粒径小于1mm)、1～3mm、3～25mm、+25mm(粒径大于3mm)四个粒级，筛分所得粒度小于1mm的底灰因富含重金属，采用与飞灰相同的水洗处理方式，以回收重金属；粒度在1～3mm范围内的底飞经重选除去金属类物质。而粒度为3～25mm的底灰主要成分为玻璃体和瓷片，将其进行磨矿处理，磨至平均粒度为3mm。大于25mm的底灰可直接用作建材骨料。

优选的方案，所述粒料的化学组成满足：(CaO+MgO)/SiO₂的质量比为0.6～1.36，Al₂O₃/SiO₂质量比不低于0.18，Ca/Fe质量比为4.5～10.0。本发明通过垃圾焚烧底灰及垃圾焚烧飞灰进行预处理，再严格控制化学组成，可以大幅度降低熔融温度，熔融温度可以降低至1200℃左右，相对现有技术可以明显降低垃圾焚烧飞灰和底灰的处理能耗。

优选的方案，所述干燥处理采用热风干燥，热风温度为150℃～260℃，干燥时间0.2～0.5h。热风可以来源于熔融渣冷却过程余热回收的热废气。

优选的方案，所述熔融处理的温度为1150～1250℃，时间为0.5～1h。所述熔融处理可以利用包含等离子体熔融炉在内的熔融炉实现，将水含量低于3％的团块进行加热熔融。

优选的方案，所述熔融处理所得产物以不低于600℃/min的速度进行快速冷却。通过控制冷却速度，可以有效避免二噁英的二次生成。

优选的方案，步骤1)和步骤2)中水洗预处理所得滤液经过蒸发结晶获得有价有色金属冶炼原料。

较优选的方案，所述蒸发结晶过程采用熔融处理过程产生的高温废气供热。

优选的方案，垃圾焚烧飞灰和垃圾焚烧底灰来自炉排炉焚烧炉或流化床焚烧炉产生的飞灰和底灰。

优选的方案，造粒过程采用强力混合机将混合料混匀，然后利用对辊压球机对混合料进行压块，不同物料的配合使得压球水分控制在8％～12％(质量百分比含量)，利于压制，最终获得团块粒径为10mm～25mm。

与已有技术比较，本发明技术方案的优点体现在：

1)本发明根据垃圾焚烧底灰不同粒级的性质以及化学组成特性，对垃圾焚烧底灰进行分级并分开预处理，在不出厂、无需额外添加熔融助剂的条件下，将其与垃圾焚烧发电厂自产飞灰协同熔融处理，利用各自的化学组成成分的配合形成了低熔点混合物，降低了熔融处理温度，减少了处理能耗，节约了处理成本。

2)本发明通过预先脱除垃圾焚烧飞灰和-1mm粒级垃圾焚烧底灰中的重金属，减少熔融过程产生含重金属的烟尘，避免产生二次污染，同时减少熔渣中的重金属含量。

3)本发明对垃圾焚烧飞灰和底灰熔融处理所得低熔点混合物经过压块处理有效避免了转运处理过程产生扬尘而造成的二次污染。

4)本发明对垃圾焚烧飞灰和底灰熔熔融处理过程产生热废气用于含重金属滤液的蒸发结晶，使得热能被有效利用的同时也获得了有价有色冶金原料，体现了绿色循环经济的特性，同时也降低了处理成本。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

对比例1

某垃圾焚烧发电厂的垃圾焚烧飞灰和垃圾焚烧底灰的高温熔融特性，如表1所示。

表1垃圾焚烧飞灰和底灰的高温熔融特性

类别变形温度/℃软化温度/℃熔化温度/℃流动温度/℃垃圾焚烧飞灰1255133014351448垃圾焚烧底灰1238128813471371

实施例1

将垃圾焚烧飞灰与水按液固比1kg:5L进行水洗预处理，再进行压滤处理，脱水至垃圾焚烧底灰含水率为15％。将垃圾焚烧底灰经过磁选和筛分分级处理，筛分所得粒径小于1mm的垃圾焚烧底灰与水按液固比1kg:10L进行水洗预处理，进行压滤处理，脱水至垃圾焚烧底灰含水率为11.4％；筛分所得粒径在1～3mm范围内的垃圾焚烧底灰采用重选预处理，回收部分重金属颗粒；筛分所得粒径在3～25mm范围内的垃圾焚烧底灰进行磨矿预处理，磨至平均粒度小于3mm；将各种预处理后的物料进行强力混合，所得混合料主要化学组成为：(CaO+MgO)/SiO₂的质量比为0.6、Al₂O₃/SiO₂质量比为0.18、Ca/Fe质量比为4.5。利用对辊压球机进行制粒，获得团块粒径为25mm。团块采用热风干燥，热废气温度为260℃，干燥时间0.2h。所得混合体系的高温熔融特性如表2所示，其流动温度降至1195℃。团块在1195℃条件下熔融处理0.8h后以600℃/min冷却速率急冷，所得玻璃体重金属浸出毒性符合国家标准。

表2垃圾焚烧飞灰和底灰混合体系的高温熔融特性

变形温度/℃软化温度/℃熔化温度/℃流动温度/℃1163117611841195

实施例2

将垃圾焚烧飞灰与水按液固比1kg:10L进行水洗预处理，再进行压滤处理，脱水至垃圾焚烧底灰含水率为10％。将垃圾焚烧底灰经过磁选和筛分分级处理，筛分所得粒径小于1mm的垃圾焚烧底灰与水按液固比1kg:5L进行水洗预处理，进行压滤处理，脱水至垃圾焚烧底灰含水率为10％；筛分所得粒径在1～3mm范围内的垃圾焚烧底灰采用重选预处理；筛分所得粒径在3～25mm范围内的垃圾焚烧底灰进行磨矿预处理，磨至平均粒度小于3mm；将各种预处理后的物料进行强力混合，所得混合料主要化学组成为：(CaO+MgO)/SiO₂的质量比为1.36、Al₂O₃/SiO₂质量比为0.20、Ca/Fe质量比为10.0。利用对辊压球机进行制粒，获得团块粒径为10mm。团块采用热风干燥，热废气温度为150℃，干燥时间0.5h。所得混合体系的高温熔融特性如表3所示，其流动温度降至1210℃。团块在1210℃条件下熔融处理0.6h后以600℃/min冷却速率急冷，所得玻璃体重金属浸出毒性符合国家标准。

表3垃圾焚烧飞灰和底灰混合体系的高温熔融特性

变形温度/℃软化温度/℃熔化温度/℃流动温度/℃1174118611941210

对比实施例1

将垃圾焚烧底灰破碎至3mm以下，将破碎后的垃圾焚烧底灰与飞灰直接混合，两者的质量比为3:1。所得混合体系的高温熔融特性如表4所示，体系的熔化温度仍在1350℃以上。且熔融过程中金属粉尘含量偏高。

表4垃圾焚烧飞灰和底灰混合体系的高温熔融特性

变形温度/℃软化温度/℃熔化温度/℃流动温度/℃1235130813551396

对比实施例2

将垃圾焚烧飞灰与水按液固比1kg:10L进行水洗预处理，再进行压滤处理，脱水至垃圾焚烧底灰含水率为10％。将垃圾焚烧底灰经过磁选和筛分分级处理，筛分所得粒径小于1mm的垃圾焚烧底灰与水按液固比1kg:5L进行水洗预处理，进行压滤处理，脱水至垃圾焚烧底灰含水率为10％；筛分所得粒径在1～3mm范围内的垃圾焚烧底灰采用重选预处理；筛分所得粒径在3～25mm范围内的垃圾焚烧底灰进行磨矿预处理，磨至平均粒度小于3mm；将各种预处理后的物料进行强力混合，所得混合料主要化学组成为：(CaO+MgO)/SiO₂的质量比为2.82、Al₂O₃/SiO₂质量比为0.16、Ca/Fe质量比为20.87。利用对辊压球机进行制粒，获得团块粒径为10mm。团块采用热风干燥，热废气温度为150℃，干燥时间0.5h。所得混合体系的高温熔融特性如表4所示，体系的熔化温度、流动温度没有明显降低。

表4垃圾焚烧飞灰和底灰混合体系的高温熔融特性

变形温度/℃软化温度/℃熔化温度/℃流动温度/℃1260132514201432