[发明专利]一种飞灰中重金属的固化方法及其应用

说明书

本发明属于废物利用技术领域，公开了一种飞灰中重金属的固化方法及其应用。该固化方法，包括以下步骤：将赤泥与飞灰混合，得到混合物，然后将所述混合物与碱激发剂或水进行球磨，球磨结束后，进行过滤，取混合液；所述球磨的过程中的转速为100‑500转/分钟，球磨的时间为4‑24小时，球磨的过程中改变球磨的方向。本发明采用“以废治废”的思路，将赤泥与飞灰混合，加入碱激发剂，在特定条件下进行球磨，在球磨的机械力作用下，通过碰撞、压缩、剪切、摩擦增加赤泥与飞灰的反应活性，加速赤泥与飞灰的化学反应，将飞灰中重金属固化/稳定化，该过程无需将赤泥在750‑850℃的高温下进行煅烧活化，大大减少能耗，降低生产成本。

技术领域

本发明属于废物利用技术领域，特别涉及一种飞灰中重金属的固化方法及其应用。

背景技术

随着城市化进程加快，城市生活垃圾量快速增长。2019年经焚烧处理的生活垃圾达10184.9万吨。垃圾经焚烧后产生的炉渣总质量大约占垃圾总质量的15-20％，而飞灰总质量占炉渣总质量的10-20％。则2019年城市生活垃圾对应产生的飞灰量为52.77-407.40万吨。城市生活垃圾经过焚烧后产生的飞灰含有大量有害污染物(尤其是重金属和二噁英类污染物)，被列为《国家危险废物名录》。因此，如何安全有效处置并能资源化利用垃圾焚烧产生的飞灰已成为当前亟须解决的环境及社会问题。

飞灰的无害化治理技术主要包括提取分离法、水泥固化法、化学药剂稳定法、热处理法、水热法。其中，提取分离法存在废水处理难度大、无害化程度不够彻底等问题。水泥固化法和化学药剂稳定法存在占用大量土地、渗滤液处理难度大、固化药剂失效导致二次污染等问题。热处理法的前期投资较高且运行过程中能耗较大，运行成本较高，同时飞灰中的重金属在高温环境下容易挥发带来二次污染，需要进行后处理，进一步增加了成本。水热法是在水热条件下利用飞灰中的Al、Si源或外加Al、Si源在碱性条件下合成硅铝酸盐矿物，将重金属稳定于矿物中。水热法比热处理法更加节能，但是水热法在高温高压下，反应器很容易受碱和氯离子的腐蚀，且处置后的废液碱性很强，氯离子浓度也很高，面临着二次污染的问题。

飞灰中重金属较易浸出的原因，除了其易溶成分(包括氯离子、硫酸根离子、碱金属离子等)含量较高之外，还包括飞灰颗粒的比表面积大，使得在垃圾焚烧过程中一些挥发性重金属(如Pb、Cd等)易吸附在其表面。另外飞灰具有多孔结构，在微粒上有很多的小孔，使得其中的重金属很容易被渗透在环境中。研究表明，通过外加含有大量Si、Al等物质，将吸附在飞灰表面及处于无定形结构中的重金属固定在致密的硅酸铝矿物、硅酸钙矿物等具有较强化学稳定性的矿物中，使飞灰中的重金属转化为残渣态，能显著降低其在环境中的浸出毒性。

赤泥是碱浸铝土矿生产氧化铝过程中产生的工业废渣，主要由Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂、Na₂O、CaO、TiO₂、MgO等组成。目前，我国赤泥的平均利用率仅为4％，大量的赤泥采用堆存或填埋的方式处理。赤泥为高碱性(pH＝10-13)和细颗粒(平均粒径10μm)的固体废弃物，直接填埋或堆放，不仅占用大量的土地，还会造成地下水资源污染、土壤碱化等环境问题。

因此，现有技术中有利用赤泥作为固化剂来固化飞灰中的重金属，发生凝聚聚合反应，形成复合固化体。但是，该处理方法需要先对赤泥加碱，然后在750-850℃的高温下进行煅烧活化，才具有固化飞灰中重金属的作用。该方法存在能耗大，运行成本较高的问题。

因此，亟需提供一种新的在常温下就能利用赤泥作为固化剂来固化飞灰中的重金属的方法，这大大降低能耗和运行成本，十分有利于该方法的工业应用。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种飞灰中重金属的固化方法及其应用，所述固化方法在低温下(例如10-50℃)下就可利用赤泥作为固化剂来固化飞灰中的重金属，大大降低了能耗和运行成本，节能环保，十分有利于该方法的工业应用。