一种从城市垃圾焚烧飞灰中回收磷的方法

摘要

本发明公开了一种从城市垃圾焚烧飞灰中回收磷化合物的方法，其步骤：a.从城市垃圾焚烧发电厂取来垃圾焚烧飞灰，用低浓度盐酸对飞灰进行改性，去除部分重金属，将改性后的飞灰进行过滤，取滤渣烘干；b.用盐酸对步骤a中烘干的滤渣进行淋溶浸出，得磷元素以正磷酸根离子的形式释放到上清液中；c.对步骤b中的滤液，用氢氧化钠调节pH，用氯化钙进行结晶，磷酸根离子以磷酸钙的形式沉淀下来；d.将沉淀产物漂洗烘干得到固体沉淀，最后分析确定沉淀产物为磷酸钙。方法易行，操作简便，能回收垃圾焚烧飞灰中的磷化合物，建立自然界人工磷循环通道。为垃圾焚烧飞灰的资源化利用提供了一条新途径，有利于进一步研究垃圾焚烧飞灰的资源循环利用。

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，更具体涉及一种从城市垃圾焚烧飞灰中回收磷化合物的方法，它适用于城市垃圾焚烧飞灰的资源化利用及化学磷回收。

背景技术

磷是生命活动中不可缺少的营养元素之一，它在细胞的生命活动中起着不可替代的作用。在生物圈内，大部分的磷只是单向流动，没有有效循环。磷酸盐资源也因而成为一种不能再生的资源，现存量越来越少，特别是随着工业的发展而大量开采磷矿加速了这种损失。磷在参与环境(包括岩石、土壤和水)、生物和人体循环的过程中，它同时又成为造成环境污染的一种重要成分。随着生活垃圾的产量日益增多和对生活垃圾处置要求的提高，焚烧法在未来会成为主流处理方式，这不可避免的会产生大量的垃圾焚烧飞灰。垃圾焚烧飞灰中的磷(以P₂O₅计)含量可以达到5％，是一种潜在的磷资源。垃圾焚烧飞灰中含有大量的重金属，各个国家都将其看作危险废弃物，使得垃圾焚烧飞灰的处理处置成为了一大难题。因此从中回收磷并建立人工的磷循环，在未来会成为一个合理利用垃圾焚烧飞灰的一个重要方向。

近些年来，随着国内外研究学者对废水中的磷回收进行的一系列研究，目前用于从废水中回收磷的工艺主要有沉淀法，吸附法，生物法等。飞灰之中含有大量的重金属，使得从中回收磷的方法比较单一，沉淀法是最佳选择。回收的磷酸钙可以作为化肥厂生产磷肥的重要磷源。

发明内容

本发明目的是在于提供了一种从城市垃圾焚烧飞灰中回收磷化合物的方法，原料易得，方法易行，操作简便，能回收垃圾焚烧飞灰中的磷化合物，建立自然界人工磷循环通道。该处理为垃圾焚烧飞灰的资源化利用提供了一条新途径，有利于进一步研究垃圾焚烧飞灰的资源循环利用。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种从城市垃圾焚烧飞灰中回收磷化合物的方法，其步骤是：

A、飞灰预处理：对取得的飞灰进行研磨过筛(180－210目的筛网)，得到颗粒均匀的飞灰，采用盐酸进行浸泡改性，pH为4.5－5.5，固液比为1:5，浸泡10－14小时，获得一种飞灰A；

B、过滤：将预处理后的飞灰A进行过滤，将滤渣在118－122℃条件下烘干，再次进行研磨过筛(180－210目的筛网)，得到颗粒均匀的改性飞灰B；

C、淋溶：取一定量(3—8g)飞灰B进行淋溶，加入2mol/L的盐酸，控制固液比1:5，温度控制在室温(20－25℃，以下同)，搅拌速度50-200r/min，搅拌时间1.5－2.5h，使得预处理后的飞灰B与酸溶液充分反应；

D、过滤：采用循环水式真空泵对充分反应后的溶液进行过滤，得到上清液C；

E、加碱调节：取上清液C，用氢氧化钠调节pH，pH为8.5－10.5，最佳pH为9.5，在这一步中要严格控制pH，结晶时的pH对产物的回收影响最大；

F、加氯化钙结晶：调节好pH后，pH为8.5－10.5，加入氯化钙进行结晶，氯化钙的加入比例为每1千克飞灰B加入85－95g氯化钙进行结晶，温度控制在23－27℃，最佳的控制温度为25℃，搅拌时间为13－17分钟；

G、结晶产物的处理：用循环水式真空泵(SHZ-D(Ⅲ))对结晶溶液进行抽滤，不断加水冲洗，并进行抽滤，对结晶产物进行漂洗。在103－107℃条件下烘干，得到纯净的固体沉淀，采用电镜扫描和X射线衍射分析沉淀物的基本性质，确定产物为磷酸钙。

所述的飞灰是在城市垃圾焚烧发电厂烟气净化系统收集而得的细颗粒物，包括用化学药剂处理烟气时产生的物质，属于危险废物。

本发明与现有技术相比，具有以下明显突出的优点：

(1)垃圾焚烧飞灰本属于危废，处理起来比较麻烦，现采用实验方法回收垃圾焚烧飞灰中的磷，可减轻垃圾焚烧飞灰对环境的危害。

(2)对垃圾焚烧飞灰进行改性处理，可改变飞灰的活性，同时可以除去飞灰中部分可溶性重金属。

(3)该过程中生成磷酸钙，离子溶度级常数比磷酸镉、磷酸铝低，结晶产物的纯度高。

(4)磷酸钙作为优质缓释农家磷肥，是不错的选择。

(5)本发明不仅适用于污泥焚烧灰的提取回收，同时也适用于含磷尾矿以及部分磷矿行业的废渣。

附图说明

图1为一种一种从城市垃圾焚烧飞灰中回收磷化合物的方法方框示意图。

其中：1－飞灰、2－预处理、3－过滤、4－淋溶、5－过滤、6－加碱调节pH、7－加氯化钙结晶、8－结晶产物的处理。

具体实施方式

实施例1：

下面结合附图对本发明作进一步详细描述:

一种从城市垃圾焚烧飞灰中回收磷化合物的方法，其步骤是：

1.垃圾焚烧飞灰取样：实验时所用飞灰取自武汉东西湖垃圾焚烧发电厂静电除尘器，取样时长10小时，取样间隔1h/次，单次取样量200g，取样结束后将飞灰进行研磨，混合过筛(180或190或200或210目)，以保证飞灰中各元素含量的均匀性，获得一种飞灰A；

2.预处理：取研磨好的垃圾焚烧飞灰A 200g，加入1000ml的盐酸溶液进行浸泡，pH为5，时时间为2h，温度保持室温，得到颗粒均匀的改性飞灰B；

3.过滤:浸泡结束后，用循环水式真空泵对浸泡液进行抽滤，滤渣在105℃条件下烘至衡重，滤液用钼酸铵比色法测得里面的磷含量可忽略不计，即预处理过程中损失的磷可忽略不计。检测得预处理后的垃圾焚烧飞灰B中的磷含量为34.68g/Kg。

4.淋溶：取预处理烘干后的飞灰B 5g，固液比1:5，盐酸浓度2mol/L，转速100rpm，20℃常温处理2h。

5.过滤：过滤步骤4的淋溶液得到滤液，用钼酸铵比色法测得滤液中的磷含量为0.15g，即磷的溶出率为86.5％。

6.加碱调节：取步骤5的滤液，用氢氧化钠调节溶液pH，pH为8.5或9或9.5或10或10.5之间，实验所得的最佳pH为9.5，在这一步中要严格控制pH，结晶时的pH对产物的回收影响最大。

7.加氯化钙结晶：调节好pH后，pH为8.5或9或9.5或10或10.5，加入氯化钙进行结晶，实验所得的最佳条件为：氯化钙的投加量为80g/Kg，温度控制在20℃，搅拌反应时间为15min，搅拌速度为100rpm的条件下进行氯化钙结晶。

8.结晶产物的处理：用循环水式真空泵对结晶溶液进行抽滤，不断加水冲洗，并进行抽滤，对结晶产物进行漂洗。在105℃条件下烘干，得到纯净的固体沉淀，采用电镜扫描和X射线衍射分析沉淀物的基本性质，确定产物为磷酸钙。

结果表明：在淋溶实验中，飞灰质量与盐酸体积为1:5，盐酸浓度为2mol/L，转速为100rpm，20℃常温处理2h时磷的溶出是最佳的，达到了86.5％；在结晶实验中，用氢氧化钠调节溶液pH为9.5，氯化钙的投加量为80g/Kg，温度控制在20℃，搅拌时间为15min时，磷酸根离子的结晶率最高，基本上达到了98％。烘干后得到0.77g磷酸钙结晶产物，用钼酸铵比色法测得滤液中的磷基本上全部结晶沉淀；ICP测试产物重金属离子数据表明，产物中各种重金属离子均能达到农用磷肥标准。XRD测试分析，磷酸钙的纯度可以达到97％，可以作为农业缓释磷肥使用。本实例回收了垃圾焚烧飞灰中86.5％的P，处理1吨的垃圾焚烧飞灰可得到154Kg的磷酸钙结晶产物。

上述对实施过程的描述是为方便该技术领域的普通技术人员理解和应用本发明。熟悉该技术领域的人员可以对实例进行修改，并把其中说明的一般原理应用到其他实例中而不需经过专利拥有者的允许。本发明不限于这里实施的实例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明的范畴所作出的改进和修改都应该在本发明的专利保护范围之列。