生活垃圾焚烧飞灰与水泥、硅灰、粉煤灰共造粒的方法及其在沥青路面中的清洁应用

摘要

本发明公开一种生活垃圾焚烧飞灰与水泥、硅灰、粉煤灰共造粒的方法及其在沥青路面中的清洁利用。分别称取生活垃圾焚烧飞灰、水泥、硅灰和粉煤灰，依次添加水泥、硅灰、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰，每次添加一种粉体后均需要干粉混匀；然后加入总干粉质量20～30％的水，搅拌均匀、振荡成型后养生7天；最后破碎造粒。将造粒颗粒以替代部分矿粉或集料的形式加入到沥青混合料中进行路面应用。该生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料可在路面面层、基层中使用，铺设的路面路用性能各项指标满足规范要求。路面在应用过程中，生活垃圾焚烧飞灰中的重金属及其化合物浸出毒性合格，不会对环境造成二次污染，实现生活垃圾焚烧飞灰的资源化与清洁利用。

说明书

技术领域

本发明涉及生活垃圾焚烧飞灰造粒方法及其在沥青路面中的清洁应用，属于固体废 弃物处理处置与资源化、道路铺面材料及其加工制备技术交叉领域。

背景技术

生活垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧厂烟气净化系统的捕集物和烟道及烟囱底部沉降 的底灰。研究表明，生活垃圾焚烧飞灰中含有二噁英类及重金属等有毒有害物质，因此， 我国将其列为《国家危险废物名录》中的HW18类危险废物，不妥善处置会直接威胁周 围环境及人类健康，并会引发公众群体事件进而影响垃圾焚烧行业积极健康发展。生活 垃圾焚烧飞灰的毒性和易造成二次污染的特性也是生活垃圾焚烧厂选址受公众质疑的重 要原因。

目前，国内生活垃圾焚烧飞灰主要处置方式及缺点有：(1)直接进入危险废物填埋 场填埋。处理成本高，无填埋场的区域在远距离运输中存在二次污染风险；(2)螯合剂 稳定化或水泥固化后进入卫生填埋场填埋。浸出毒性不合格现象时有发生，二次污染风 险高。存在增容量大、占有土地资源等问题。随着垃圾焚烧的普及，卫生填埋场的逐步 关停或填埋场容量饱和，生活垃圾焚烧飞灰面临无法填埋的风险；(3)水泥窑协同处置。 Cl元素影响水泥质量，会限制水泥使用范围，对设备腐蚀危害较大。

国外发达国家飞灰的处置技术有：德国采用矿井深埋，日本采用高温熔融，美国采 用飞灰炉渣混合处置等。考虑到我国国情、投资处置成本以及现行法规限制等，以上发 达国家采用的技术均不适宜我国飞灰处置。

因此，开发环境友好、符合我国经济发展的垃圾焚烧飞灰处置技术，从根本上改变 飞灰处置现状，突破当前垃圾焚烧行业能源、环境、资源三者之间的矛盾，成为中国垃 圾焚烧行业可持续发展的重大战略需求。

本发明拟在生活垃圾焚烧飞灰重金属类物质水泥固化技术的基础上，将多种无机胶 凝材料按照粒径大小不一形成密级配进行造粒，进一步将造粒后的致密生活垃圾焚烧飞 灰颗粒应用于路面铺设中，以期实现生活垃圾焚烧飞灰在路面中的资源化清洁应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种生活垃圾焚烧飞灰造粒的方法，并实现了造粒后生活 垃圾焚烧飞灰在沥青路面中的清洁应用。通过对生活垃圾焚烧飞灰进行造粒，并将造粒 后致密的生活垃圾焚烧飞灰颗粒应用于路面，使飞灰颗粒中的重金属及其化合物浸出毒 性合格，不会对环境造成二次污染，实现了生活垃圾焚烧飞灰的资源化清洁利用。

本发明采取的技术方案如下：

1、一种生活垃圾焚烧飞灰造粒方法，按生活垃圾焚烧飞灰：水泥：硅灰：粉煤灰的 质量比为1：0.62：0.2：0.18的比例分别称取各原料，依次添加水泥、硅灰、粉煤灰、生 活垃圾焚烧飞灰，每添加一种粉体后干粉混匀；然后加入总干粉质量20～30％的水，搅拌 均匀、振荡成型后养生7天；最后破碎造粒。

所述生活垃圾焚烧飞灰为经过二噁英低温热降解处理后的飞灰。

优选的，所述生活垃圾焚烧飞灰粒径小于1mm。

优选的，所述生活垃圾焚烧飞灰粒径小于0.075mm的质量百分比含量大于75％，且 处于0.058～0.075mm粒径范围的生活垃圾焚烧飞灰质量分数大于70％。

优选的，所述造粒的粒径为0～4.75mm。

优选的，所述养生采用水泥的养生条件和要求进行。

2、生活垃圾焚烧飞灰造粒方法获得的生活垃圾焚烧飞灰颗粒在路面中的清洁应用。

优选的，按质量百分比计，所述生活垃圾焚烧飞灰颗粒在沥青混合料矿料中的添加 量为2～8％；生活垃圾焚烧飞灰颗粒替代部分矿粉或集料加入到沥青混合料中，沥青混合 料采用SMA-13型级配、SMA-16型级配、AC-20C型级配、AC-25C型级配或ATB-25 型级配。

本发明所述硅灰为中、高品质的硅灰，也称为微硅粉或凝聚硅灰，英文为Microsilica orSilicafume，是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，矿热电炉内产生出大量挥发 性很强的SiO₂和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。

本发明所述粉煤灰至少为II级灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰 是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为SiO₂、Al₂O₃、 FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等。

本发明的有益效果在于：本发明充分利用了生活垃圾焚烧飞灰、水泥、硅灰以及粉 煤灰的胶凝性质以及大小不一的粒径，将生活垃圾焚烧飞灰与水泥、硅灰和粉煤灰按一 定质量比例、添加次序进行混合，得到具有密实级配的干粉混合物，并进行共同造粒。 此法得到的生活垃圾焚烧飞灰颗粒致密，生活垃圾焚烧飞灰与周围介质的接触面积大大 降低，一方面可以缓解其对沥青混合料路用性能的影响程度，增大单位面积内的生活垃 圾焚烧飞灰应用量；另一方面可以进一步减缓生活垃圾焚烧飞灰中的重金属及其化合物 的浸出，提高生活垃圾焚烧飞灰清洁应用的效果。生活垃圾焚烧飞灰颗粒可以代替矿粉 或集料直接加入沥青混合料中用于铺设路面，在路面基层、沥青面层中均可使用。路面 在应用过程中，生活垃圾焚烧飞灰中的重金属及其化合物浸出毒性合格，不会对环境造 成二次污染，且铺设的路面路用性能各项指标均满足规范要求。

另外，生活垃圾焚烧飞灰、硅灰和粉煤灰皆为工业废物，粉煤灰是我国当前排量较 大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，大量的 粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有 毒化学物质还会对人体和生物造成危害。硅灰则是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅) 时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO₂和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷 凝沉淀而成。硅灰是大工业冶炼中的副产物，需要用除尘环保设备进行回收。因此，本 发明还解决了上述生活或工业废物的堆积问题，有效缓解对环境造成的压力，实现飞灰 的资源化利用。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法， 通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

本发明所用生活垃圾焚烧飞灰来源于重庆某垃圾焚烧厂，为经炉排炉式垃圾焚烧炉 的布袋除尘器收集的生活垃圾焚烧飞灰，生活垃圾焚烧飞灰首先进行二噁英低温热降解 处理，低温热降解的最佳工艺参数如下：

热降解温度：400℃，

飞灰排出温度：≤150℃，

固相停留时间：1-2h，

气氛：氮气气氛，O₂体积浓度≤1％，

脱氯活性介质：CaO，质量浓度≥10％。

在上述工艺条件下二噁英的降解率达95％以上，生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量 降低至10ngTEQ/kg以下；另外，生活垃圾焚烧飞灰中可溶盐含量为20～30％，重金属含 量见表1。

表1生活垃圾焚烧飞灰中重金属含量(干基，mg/kg)

元素类别 重金属含量 Be 未检出 V 26.9 Cr 164.3 Mn 676.9 Co 13.3 Ni 28.5 Cu 578.0 Zn 5123.1 As 43.5 Se 2.3 Cd 139.4 Sb 46.3 Ba 1199.7 Hg 18.1 Tl 5.1 Pb 1854.7 U 6.8 Th 12.8 Ag 0.1

生活垃圾焚烧飞灰浸出液重金属浸出浓度见表2。

表2生活垃圾焚烧飞灰浸出液重金属浸出浓度(醋酸缓冲溶液法，mg/L)

由表中内容可知，生活垃圾焚烧飞灰中含量较高的重金属元素包括Zn、Pb、Ba、 Mn、Cu、Cr和Cd，其醋酸缓冲溶液法浸出液中也是Zn、Pb、Mn、Cu、Cd的浓度较高， 其中Pb和Cd的浓度超出了《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》中规定 的入场限值。现采用本发明所述方法对该焚烧飞灰进行无害化、资源化利用。

取上述粒径小于1mm的生活垃圾焚烧飞灰，优选生活垃圾焚烧飞灰粒径小于 0.075mm的百分比含量大于75％，且处于0.058～0.075mm粒径范围的生活垃圾焚烧飞灰 质量分数大于70％，按生活垃圾焚烧飞灰：水泥：硅灰：粉煤灰的质量比为1：0.62：0.2： 0.18的比例分别称取飞灰、水泥、硅灰和粉煤灰，依次添加水泥、硅灰、粉煤灰、生活 垃圾焚烧飞灰，每次添加一种粉体后均需要干粉混匀；然后加入总干粉质量20～30％的水， 搅拌均匀、振荡成型后养生7天；最后破碎造粒。所述造粒的粒径可以为0～4.75mm，所 述养生采用水泥的养生条件和要求进行。

将上述造粒获得的致密的生活垃圾焚烧飞灰颗粒替代部分矿粉或集料添加至沥青混 合料中，按质量百分比计，所述生活垃圾焚烧飞灰颗粒在沥青混合料矿料中的添加量为 2～8％。沥青混合料可以采用SMA-13型级配、SMA-16型级配、AC-25C型级配、AC-20C 型级配或ATB-25型级配。将加入生活垃圾焚烧飞灰颗粒的沥青混合料用于铺设路面的 沥青面层或基层均可，水稳定性试验、高温稳定性检验、低温抗裂性检验以及渗水系数 检验均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)的相关规定。

酸性有机沥青具有高表面能、大的表面活性以及强粘结力，与属于无机成分的碱性 生活垃圾焚烧飞灰发生一系列物理化学吸附作用，达到包覆生活垃圾焚烧飞灰、稳定固 化其中的重金属及其化合物的目的，实现生活垃圾焚烧飞灰的脱“危”应用。然而资源 化利用在沥青路面时，生活垃圾焚烧飞灰的物理化学组分影响了沥青路面的高温稳定性、 低温抗裂性以及抗水损坏性能等路用性能，其中影响最突出的是水稳定性。因此，以下 具体实施例中着重介绍水稳定性能试验结果。

实施例

以AC-20C型级配为例，取粒径＜2.36mm的生活垃圾焚烧飞灰颗粒，替代部分矿粉 与部分细集料，使用SBS改性沥青，与一定配比的粗集料、细集料以及矿粉，采用热拌 沥青混合料的拌和工艺进行混合料的拌制，获得生活垃圾焚烧飞灰沥青混合料。其中替 代矿粉的生活垃圾焚烧飞灰颗粒，加热温度、加热时间、添加次序同矿粉，替代细集料 的生活垃圾焚烧飞灰颗粒，加热温度、加热时间、添加次序同细集料。当生活垃圾焚烧 飞灰沥青混合料中生活垃圾焚烧飞灰颗粒所占矿料质量百分比为2％时，冻融劈裂试验的 结果TSR(冻融劈裂强度比)为84.5％，符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004) 中沥青混合料要达到劈裂强度比不小于80％的规定。

需要说明的是，本发明造粒过程中生活垃圾焚烧飞灰、水泥、硅灰、粉煤灰的用量 可以适当作调整，其仍旧在本发明所述的保护范围内，造粒后的生活垃圾焚烧飞灰颗粒 在沥青混合料中的添加量也并非仅限于2％，仍旧可以根据实际情况作调整。

需要说明的是，本发明中沥青混合料各原料的配比均按相应级配的规范要求添加， 制备沥青混合料的条件未给出的数据均按本领域常规操作条件进行，本发明中的名词术 语按本领域常规含义理解。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过 上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。