[发明专利]一种基于EDTA-钙硅质固体废弃物-轻烧氧化镁碳化固化飞灰重金属的方法

说明书

本发明提供一种基于EDTA‑钙硅质固体废弃物‑轻烧氧化镁碳化固化飞灰重金属的方法，将钙硅质固体废弃物、轻烧氧化镁及飞灰粉末混合得到干料，通过雾化机使得EDTA溶液雾化并与干料充分混合得到湿料；借助压力机将湿料压制成圆柱坯体，二氧化碳气体中处理；利用钙硅质固体废弃物和轻烧氧化镁在碳化激发条件下生成由碳酸钙和碳酸镁胶结穿插形成的复合刚性骨架，同时碳化生成的无定形硅胶填充于刚性骨架中形成致密固化体，有利于飞灰重金属封存固化，掺入的EDTA与Ca²⁺和Mg²⁺离子络合形成螯合物，分别促进钙硅质固体废弃物和轻烧氧化镁中钙、镁溶出，进而提高其碳化程度，大幅提升固化体的致密性、力学性能和重金属固化能力。

技术领域

本发明提供一种基于EDTA-钙硅质固体废弃物-轻烧氧化镁碳化固飞灰化重金属的方法，属于重金属固化领域。

背景技术

我国现在每年生活垃圾的总量达数亿吨，生活垃圾经过焚烧处理后产生的飞灰中含有高浓度重金属，如Cu、Zn、Cr等，如何有效处理这些飞灰，防止污染，是目前我国环保工作的一个重点。普通水泥水化固化重金属在国内外应用较普遍，但是在60℃以上条件下其水化产物不稳定，易导致微结构劣化、重金属浸出等风险；同时硅酸盐水泥水化硬化过程较缓慢，稳定固化所需周期较长；另外由于垃圾焚烧飞灰产量逐年快速增长，水泥消耗量大，而水泥生产过程能耗高并伴有大量温室气体产生。因此，亟需开发一种快速高效、安全可靠、低碳环保、经济成本低的重金属固化方式。

近年来，快速碳化技术在新型胶凝材料制备和重金属固化领域得到广泛关注。硅酸钙矿物如硅酸一钙、硅酸二钙、硅酸三钙等在一定湿度条件下与二氧化碳反应生成碳酸钙和无定形硅胶，而增加二氧化碳气体压力能够加速气液固三相(即二氧化碳溶解、矿物中钙、硅离子溶出和碳化反应产物沉淀析出)的反应速度。与普通水泥水化固化重金属方式相比，快速碳化具有硬化周期短、力学性能高、反应产物湿热稳定性强、稳定固化周期短等特点。除了硅酸钙矿物，钙硅质固体废弃物如钢渣粉和矿渣粉等也具有碳化活性。利用固体废弃物碳化硬化制备飞灰重金属固化体，不仅起到以废止废的作用还能有效减少水泥的使用，具有低碳环保、经济成本低等效应。

公开号为CN114985413A一种基于磷酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化的改进方法，其具体采用磷酸氢盐、轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰混合，加入硅基材料和纳米碳材料，加水反应后对飞灰中的重金属进行处理。其反应机理为磷酸盐在水内快速溶解，溶解过程中部分磷酸氢盐与氧化镁反应生产磷酸镁铵，重金属离子和氯离子被包裹在凝胶中；硅酸盐与磷酸盐反应生成地质聚合物将重金属离子包裹在其中实现重金属离子的固化。但其采用了磷酸盐水泥造成资源浪费，成本高，且固化后产物强度差无法作为资源二次利用，如何进一步提升钙硅质固体废弃物碳化活性和碳化强度成为重金属固化处理方面关注的热点问题。

发明内容

针对传统水泥水化固化重金属存在的不足，本发明开发一种快速高效、安全可靠、低碳环保、经济成本低的碳化固化重金属方式，利用钙硅质固体废弃物作为碳化固化体的主要原料，复合轻烧氧化镁和EDTA作为强度增强相和碳化催化相，通过增加二氧化碳气体压力使得预制坯体快速碳化硬化，得到高强重金属固化体。

为了实现上述目的，所采取的实施方案如下：

步骤1、将钙硅质固体废弃物、轻烧氧化镁及飞灰粉末充分混合得到干料，再将EDTA溶于拌合水中配制EDTA溶液；

步骤2、将步骤1中的EDTA溶液与干料按照质量比1：0.15～1：0.25进行配制，通过雾化机使得EDTA溶液雾化并与干料充分混合得到湿料；

步骤3、借助压力机将湿料压制成圆柱坯体，置于一定压力二氧化碳气体中碳化处理后，得到高强碳化硬化飞灰重金属固化体。

优选的，钙硅质固体废弃物与轻烧氧化镁质量比为75:25～95:5，EDTA占钙硅质固体废弃物和轻烧氧化镁总质量的0.1％～2.0％，飞灰粉末掺入量占钙硅质固体废弃物和轻烧氧化镁总质量的5％～15％。