一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法
阅读说明：本技术 一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法 (Method for solidifying heavy metal in waste incineration slag ) 是由 谢海华 赵广林 于 2021-01-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及固废环保技术领域,具体涉及一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法,包括粉碎、涡电流分选、固化、养护几个步骤,炉渣粉碎后通过涡电流分选机筛选出重金属粉末,然后通过分子筛固化剂能够有效吸附重金属,再加上水和碱激发剂的作用,使得固化剂能够有效粘附、固定重金属粉末,然后经养护即可得到被固化的重金属。该固化方法固定的重金属放置一年只有极少量的金属浸出。(The invention relates to the technical field of solid waste environment protection, in particular to a heavy metal curing method for waste incineration slag, which comprises the steps of crushing, eddy current sorting, curing and maintaining, wherein heavy metal powder is screened out by an eddy current sorting machine after the slag is crushed, then heavy metal can be effectively adsorbed by a molecular sieve curing agent, and the curing agent can effectively adhere and fix the heavy metal powder under the action of water and an alkali activator, and then the cured heavy metal can be obtained through maintenance. The heavy metals fixed by the solidification method are only leached out with a very small amount of metals after being placed for one year.)
技术领域
本发明涉及固废环保技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法。
背景技术
随着我国城市规模的扩大，经济水平以及人民生活水平的提高，城市所产生的垃圾量也在日益增大，2017年我国生活垃圾清运量达2.36亿吨，每年以约10％的速度持续增加，垃圾焚烧处理具有快速减容、减量、去害的能力，处理率可达40％，焚烧处理后产生炉渣约占垃圾重量25％～30％，飞灰约占垃圾重量3％～5％。因飞灰含一定量有害物质，特别是Cr、Pb、Cd、Ni、Zn及Cu等重金属，属于HW18类危险固废，必须对其进行固化或稳定化处理，处理后的产物方可进行填埋和资源化利用。尽管炉渣中重金属浸出量基本符合《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)要求，但由于离子溶出具有累积性，且炉渣在贮存、处置和资源化过程中可能受到环境影响，导致重金属浸出性发生变化，对周围环境和人类健康构成威胁，故炉渣是具有潜在危害的危险废物，也须进行无害化处置和资源化利用。
目前，对垃圾焚烧灰渣的无害化处理主要针对飞灰，而忽略了炉渣中重金属物质的潜在污染性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够有效固化垃圾焚烧炉渣重金属的方法，固化方法固定的重金属放置一年只有极少量的金属浸出。
一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，包括依序执行的以下步骤：
步骤一，将垃圾焚烧炉渣研磨粉碎，得到炉渣粉末；
步骤二，将炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率为1.5*107S/m～3.8*107S/m的废杂铝，得到非铝炉渣粉末；
步骤三，将非铝炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率＞10S/m的物质，得到重金属粉末；
步骤四，将步骤三得到的重金属粉末与分子筛固化剂混合均匀，得到混合粉末；
步骤五，向步骤四得到的混合粉末中添加水和碱激发剂，室温下搅拌均匀，得到混合料；
步骤六，将步骤五得到的混合料装入模具成型，12小时后脱模，养护4～6天，即可得到重金属固化体。
上述技术方案中，所述步骤一中，所述炉渣粉末的粒径为0.1～1nm。
上述技术方案中，所述步骤四中，分子筛固化剂包括以下重量份数的原料：
上述技术方案中，所述步骤四中，分子筛固化剂还包括以下重量份数的原料：
氧化钙 1～2份
氧化铁 11～15份
硫酸铝 5～10份。
上述技术方案中，所述步骤四中，所述重金属粉末与所述分子筛固化剂的质量比为(2～3)：1。
上述技术方案中，所述步骤五中，所述水与所述混合粉末的质量比为(0.3～0.4)：1。
上述技术方案中，所述步骤五中，所述碱激发剂为氢氧化钾、氢氧化钠、强碱弱酸盐中的一种。
上述技术方案中，所述步骤五中，所述碱激发剂与所述混合粉末的质量比为(1～2)：10。
上述技术方案中，所述步骤六中，所述养护的温度为20～30℃，相对湿度为80％～90％。
本发明的有益效果：
本发明的垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，炉渣粉碎后通过涡电流分选机筛选出重金属粉末，然后通过分子筛固化剂能够有效吸附重金属，再加上水和碱激发剂的作用，使得固化剂能够有效粘附、固定重金属粉末，然后经养护即可得到被固化的重金属。该固化方法固定的重金属放置一年只有极少量的金属浸出。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，包括依序执行的以下步骤：
步骤一，将垃圾焚烧炉渣研磨粉碎，得到粒径为0.1～1nm炉渣粉末；
步骤二，将炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率为1.5*107S/m～3.8*107S/m的废杂铝，得到非铝炉渣粉末；
步骤三，将非铝炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率＞10S/m的物质，得到重金属粉末；
步骤四，将步骤三得到的重金属粉末与分子筛固化剂按质量比为(2～3)：1混合均匀，得到混合粉末，其中，分子筛固化剂包括以下重量份数的原料：
步骤五，向步骤四得到的混合粉末中添加水和碱激发剂，水与混合粉末的质量比为(0.3～0.4)：1，碱激发剂与混合粉末的质量比为(1～2)：10，然后室温下搅拌均匀，得到混合料，其中，碱激发剂为氢氧化钾、氢氧化钠、强碱弱酸盐中的一种；
步骤六，将步骤五得到的混合料装入模具成型，12小时后脱模，以温度为20～30℃、相对湿度为80％～90％的条件养护4～6天，即可得到重金属固化体。
本发明各步骤效果如下：
炉渣粉末的粒径选择0.1～1nm能够很好的保证重金属粉末被纳米分子筛吸附固定；当粒径大于1nm时，粉末粒径大于纳米分子筛孔直径，导致纳米分子筛无法吸附粉末；当粉末粒径小于0.1nm时，粉末粒径过小，固化剂对粉末进行吸附和包覆后，粉末易发生迁移或浸出，从而影响固定效果。
分子筛固化剂中的纳米分子筛是具有骨架结构的微孔晶体材料，具有巨大的比表面积和众多微孔，并且纳米分子筛内部晶穴和孔道相互连通，骨架结构中孔体积为总体积的60～65％，且孔径大小均匀、固定，对重金属有较强的吸附作用。
粘土具有吸附重金属的作用。
粉煤灰和水泥在水以及碱激发剂的作用下能够发生水化反应而具有粘结性，从而能够粘附大量重金属粉末；电石渣能够调节混合料的pH，加强碱激发剂的作用效果；粉煤灰与水泥、电石渣配合使用，在碱激发剂和水的作用下，粉煤灰、水泥以及电石渣中含有的活性铝硅酸盐相被溶解成低聚态的铝硅酸盐低聚合体，低聚合体通过脱羟基作用反应缩合成正铝硅酸盐多聚体，生成的正铝硅酸盐多聚体再进一步缩聚反应形成具有复杂三维网络状结构的胶凝基体，从而起到吸附粘结重金属粉末的作用。
氧化钙、氧化铁和硫酸铝在水的作用下能够发生固化反应，将金属粉末包裹固化，防止金属粉末迁移或浸出；在水的作用下，氧化钙能够调节混合料的pH，氧化铁能够生成氢氧化铁，硫酸铝能够生成絮状氢氧化铝，从而吸附重金属。
实施例1
一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，包括依序执行的以下步骤：
步骤一，将垃圾焚烧炉渣研磨粉碎，得到粒径为0.5nm炉渣粉末；
步骤二，将炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率为1.5*107S/m～3.8*107S/m的废杂铝，得到非铝炉渣粉末；
步骤三，将非铝炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率＞10S/m的物质，得到重金属粉末；
步骤四，将步骤三得到的重金属粉末与分子筛固化剂按质量比为2.5：1混合均匀，得到混合粉末，其中，分子筛固化剂包括以下重量份数的原料：
步骤五，向步骤四得到的混合粉末中添加水和碱激发剂，水与混合粉末的质量比为0.35：1，碱激发剂与混合粉末的质量比为1.5：10，然后室温下搅拌均匀，得到混合料，其中，碱激发剂为氢氧化钾、氢氧化钠、强碱弱酸盐中的一种；
步骤六，将步骤五得到的混合料装入模具成型，12小时后脱模，以温度为25℃、相对湿度为85％的条件养护5天，即可得到重金属固化体。
实施例2
一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，包括依序执行的以下步骤：
步骤一，将垃圾焚烧炉渣研磨粉碎，得到粒径为0.1nm炉渣粉末；
步骤二，将炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率为1.5*107S/m～3.8*107S/m的废杂铝，得到非铝炉渣粉末；
步骤三，将非铝炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率＞10S/m的物质，得到重金属粉末；
步骤四，将步骤三得到的重金属粉末与分子筛固化剂按质量比为2：1混合均匀，得到混合粉末，其中，分子筛固化剂包括以下重量份数的原料：
步骤五，向步骤四得到的混合粉末中添加水和碱激发剂，水与混合粉末的质量比为0.3：1，碱激发剂与混合粉末的质量比为1：10，然后室温下搅拌均匀，得到混合料，其中，碱激发剂为氢氧化钾、氢氧化钠、强碱弱酸盐中的一种；
步骤六，将步骤五得到的混合料装入模具成型，12小时后脱模，以温度为20℃、相对湿度为80％的条件养护4天，即可得到重金属固化体。
实施例3
一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，包括依序执行的以下步骤：
步骤一，将垃圾焚烧炉渣研磨粉碎，得到粒径为1nm炉渣粉末；
步骤二，将炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率为1.5*107S/m～3.8*107S/m的废杂铝，得到非铝炉渣粉末；
步骤三，将非铝炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率＞10S/m的物质，得到重金属粉末；
步骤四，将步骤三得到的重金属粉末与分子筛固化剂按质量比为3：1混合均匀，得到混合粉末，其中，分子筛固化剂包括以下重量份数的原料：
步骤五，向步骤四得到的混合粉末中添加水和碱激发剂，水与混合粉末的质量比为0.4：1，碱激发剂与混合粉末的质量比为2：10，然后室温下搅拌均匀，得到混合料，其中，碱激发剂为氢氧化钾、氢氧化钠、强碱弱酸盐中的一种；
步骤六，将步骤五得到的混合料装入模具成型，12小时后脱模，以温度为30℃、相对湿度为90％的条件养护6天，即可得到重金属固化体。
对比例1
一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，包括依序执行的以下步骤：
步骤一，将垃圾焚烧炉渣研磨粉碎，得到粒径为0.5nm炉渣粉末；
步骤二，将炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率为1.5*107S/m～3.8*107S/m的废杂铝，得到非铝炉渣粉末；
步骤三，将非铝炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率＞10S/m的物质，得到重金属粉末；
步骤四，将步骤三得到的重金属粉末与分子筛固化剂按质量比为2.5：1混合均匀，得到混合粉末，其中，分子筛固化剂包括以下重量份数的原料：
步骤五，向步骤四得到的混合粉末中添加水和碱激发剂，水与混合粉末的质量比为0.35：1，碱激发剂与混合粉末的质量比为1.5：10，然后室温下搅拌均匀，得到混合料，其中，碱激发剂为氢氧化钾、氢氧化钠、强碱弱酸盐中的一种；
步骤六，将步骤五得到的混合料装入模具成型，12小时后脱模，以温度为25℃、相对湿度为85％的条件养护5天，即可得到重金属固化体。
对比例2
一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，包括依序执行的以下步骤：
步骤一，将垃圾焚烧炉渣研磨粉碎，得到粒径为0.5nm炉渣粉末；
步骤二，将炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率为1.5*107S/m～3.8*107S/m的废杂铝，得到非铝炉渣粉末；
步骤三，将非铝炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率＞10S/m的物质，得到重金属粉末；
步骤四，将步骤三得到的重金属粉末与分子筛固化剂按质量比为2.5：1混合均匀，得到混合粉末，其中，分子筛固化剂包括以下重量份数的原料：
步骤五，向步骤四得到的混合粉末中添加水和碱激发剂，水与混合粉末的质量比为0.35：1，碱激发剂与混合粉末的质量比为1.5：10，然后室温下搅拌均匀，得到混合料，其中，碱激发剂为氢氧化钾、氢氧化钠、强碱弱酸盐中的一种；
步骤六，将步骤五得到的混合料装入模具成型，12小时后脱模，以温度为25℃、相对湿度为85％的条件养护5天，即可得到重金属固化体。
对比例3
一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，包括依序执行的以下步骤：
步骤一，将垃圾焚烧炉渣研磨粉碎，得到粒径为0.5nm炉渣粉末；
步骤二，将炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率为1.5*107S/m～3.8*107S/m的废杂铝，得到非铝炉渣粉末；
步骤三，将非铝炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率＞10S/m的物质，得到重金属粉末；
步骤四，将步骤三得到的重金属粉末与分子筛固化剂按质量比为2.5：1混合均匀，得到混合粉末，其中，分子筛固化剂包括以下重量份数的原料：
步骤五，向步骤四得到的混合粉末中添加水和碱激发剂，水与混合粉末的质量比为0.35：1，碱激发剂与混合粉末的质量比为1.5：10，然后室温下搅拌均匀，得到混合料，其中，碱激发剂为氢氧化钾、氢氧化钠、强碱弱酸盐中的一种；
步骤六，将步骤五得到的混合料装入模具成型，12小时后脱模，以温度为25℃、相对湿度为85％的条件养护5天，即可得到重金属固化体。
对比例4
一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，包括依序执行的以下步骤：
步骤一，将垃圾焚烧炉渣研磨粉碎，得到粒径为0.5nm炉渣粉末；
步骤二，将炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率为1.5*107S/m～3.8*107S/m的废杂铝，得到非铝炉渣粉末；
步骤三，将非铝炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率＞10S/m的物质，得到重金属粉末；
步骤四，将步骤三得到的重金属粉末与分子筛固化剂按质量比为2.5：1混合均匀，得到混合粉末，其中，分子筛固化剂包括以下重量份数的原料：
步骤五，向步骤四得到的混合粉末中添加水和碱激发剂，水与混合粉末的质量比为0.35：1，碱激发剂与混合粉末的质量比为1.5：10，然后室温下搅拌均匀，得到混合料，其中，碱激发剂为氢氧化钾、氢氧化钠、强碱弱酸盐中的一种；
步骤六，将步骤五得到的混合料装入模具成型，12小时后脱模，以温度为25℃、相对湿度为85％的条件养护5天，即可得到重金属固化体。
对比例5
一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，包括依序执行的以下步骤：
步骤一，将垃圾焚烧炉渣研磨粉碎，得到粒径为0.5nm炉渣粉末；
步骤二，将炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率为1.5*107S/m～3.8*107S/m的废杂铝，得到非铝炉渣粉末；
步骤三，将非铝炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率＞10S/m的物质，得到重金属粉末；
步骤四，将步骤三得到的重金属粉末与分子筛固化剂按质量比为2.5：1混合均匀，得到混合粉末，其中，分子筛固化剂包括以下重量份数的原料：
步骤五，向步骤四得到的混合粉末中添加水和碱激发剂，水与混合粉末的质量比为0.35：1，碱激发剂与混合粉末的质量比为1.5：10，然后室温下搅拌均匀，得到混合料，其中，碱激发剂为氢氧化钾、氢氧化钠、强碱弱酸盐中的一种；
步骤六，将步骤五得到的混合料装入模具成型，12小时后脱模，以温度为25℃、相对湿度为50％的条件养护5天，即可得到重金属固化体。
对比例6
一种垃圾焚烧炉渣重金属固化方法，包括依序执行的以下步骤：
步骤一，将垃圾焚烧炉渣研磨粉碎，得到粒径为0.5nm炉渣粉末；
步骤二，将炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率为1.5*107S/m～3.8*107S/m的废杂铝，得到非铝炉渣粉末；
步骤三，将非铝炉渣粉末采用涡电流分选机分选出电导率＞10S/m的物质，得到重金属粉末；
步骤四，将步骤三得到的重金属粉末与分子筛固化剂按质量比为2.5：1混合均匀，得到混合粉末，其中，分子筛固化剂包括以下重量份数的原料：
步骤五，向步骤四得到的混合粉末中添加水和碱激发剂，水与混合粉末的质量比为0.35：1，碱激发剂与混合粉末的质量比为1.5：10，然后室温下搅拌均匀，得到混合料，其中，碱激发剂为氢氧化钾、氢氧化钠、强碱弱酸盐中的一种；
步骤六，将步骤五得到的混合料装入模具成型，12小时后脱模，以温度为35℃、相对湿度为85％的条件养护5天，即可得到重金属固化体。
测试结果及分析
同一批焚烧炉渣经实施例1-3以及对比例1-6固化处理后的重金属放置一年后的浸出浓度(mg/L)如表1所示。
表1
由实施例1与对比例1-4对比可知，缺少纳米分子筛或粘土均会明显降低重金属粉末的吸附效果，导致重金属粉末易迁移；缺少氧化钙、氧化铁、硫酸铝，或者缺少粉煤灰、电石渣、水泥会明显降低重金属粉末的固化效果，导致重金属粉末易浸出。因此，对比例1-4的重金属粉末的浸出浓度明显高于实施例1。
由实施例1与对比例5-6对比可知，养护温度升高或者环境湿度降低，均会降低固化剂对重金属粉末的粘附、固化效果，从而导致重金属粉末浸出。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
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