專(zhuān)利名稱(chēng)：垃圾焚燒飛灰電弧爐熔融制備微晶玻璃的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體廢物處理及再利用的方法，特別涉及一種垃圾焚燒飛灰電弧爐熔融制備微晶玻璃的方法。
背景技術(shù)：
由于生活垃圾填埋場(chǎng)地受限越來(lái)越嚴(yán)重，焚燒已成為我國(guó)垃圾處理的主要發(fā)展方向之一，但垃圾經(jīng)焚燒后將產(chǎn)生約3% 5%的飛灰，這些焚燒飛灰中含有相當(dāng)數(shù)量的易滲浙重金屬和二惡英等毒性物質(zhì)。重金屬及二惡英不能化學(xué)分解或生物降解，同時(shí)具有很強(qiáng)的生物累積效應(yīng)，二者一旦進(jìn)入環(huán)境，將嚴(yán)重危害人類(lèi)生存和健康。如何安全有效地處理垃圾焚燒飛灰，并實(shí)現(xiàn)資源的回收利用已成為一個(gè)全球范圍內(nèi)亟待解決的問(wèn)題。
熔融是近年來(lái)發(fā)展的新技術(shù)，它減容顯著，徹底分解飛灰中的二惡英，并使重金屬蒸發(fā)或者固定在熔渣的Si-O網(wǎng)格中，產(chǎn)生的熔渣還可綜合利用，真正實(shí)現(xiàn)了焚燒飛灰處理的減量化、無(wú)害化、資源化的要求，符合和諧社會(huì)所倡導(dǎo)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展理念。日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)發(fā)了多種垃圾焚燒飛灰熔融技術(shù)，如電弧爐熔融技術(shù)、等離子體爐熔融技術(shù)、反射面爐熔融技術(shù)及旋轉(zhuǎn)面爐熔融技術(shù)等。如上技術(shù)中，因電弧爐具有電弧溫度高 (1500 1700°C )、電熱轉(zhuǎn)變能力大、電熱效率高、爐內(nèi)氣氛和爐子操作容易控制等優(yōu)點(diǎn)，電弧爐熔融技術(shù)在國(guó)外頗受青睞。專(zhuān)利文獻(xiàn)CN100552296C結(jié)合我國(guó)成熟的電弧爐冶金工藝和設(shè)備，公開(kāi)了適合我國(guó)國(guó)情的垃圾焚燒飛灰電弧爐熔融技術(shù)。然而，垃圾焚燒飛灰直接進(jìn)行電弧爐熔融，熔融過(guò)程中揮發(fā)組分、酸性氣體、重金屬及其化合物不可避免地將從煙氣中散發(fā)并釋放到環(huán)境中，而且飛灰中高含量的氯會(huì)引起熔融爐耐火材料腐蝕。
如果垃圾焚燒飛灰熔融后的熔渣能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫牟牧匣厥?，?shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，不僅符合廢物處理零排放的要求，而且能提供附加經(jīng)濟(jì)效益，降低焚燒飛灰的處理成本?；诖耍瑖?guó)外學(xué)者在熔渣制備集料、滲水磚、鋪路磚、水泥替代物等綜合利用方面進(jìn)行了大量的研究。但熔渣用于鋪路或生產(chǎn)水泥，則技術(shù)含量、附加值均相對(duì)較低。微晶玻璃是由基礎(chǔ)玻璃經(jīng)控制晶化而制得的一類(lèi)多晶材料，其強(qiáng)度、硬度、耐熱、耐化學(xué)腐蝕性均大大優(yōu)于玻璃，部分性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于天然石材和其它陶瓷材料，微晶玻璃在機(jī)械工程及建筑材料領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。垃圾焚燒飛灰主要成分是Si02、CaO、Al2O3等，并含有少量的成核物質(zhì)(Fe203、P2O5> TiO2)，適當(dāng)調(diào)整其成分有望制備附加值較高的微晶玻璃。
微晶玻璃實(shí)際生產(chǎn)中主要以熔融法和燒結(jié)法為主，其中熔融法工藝是研究最早、 采用最多的微晶玻璃制備方法，其優(yōu)點(diǎn)是微晶玻璃結(jié)構(gòu)致密、無(wú)氣孔、強(qiáng)度大，但熔制溫度過(guò)高(通常在1400 1600°C )，存在能耗大、成本高的缺點(diǎn)，使得該方法不能大面積使用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種垃圾焚燒飛灰電弧爐熔融制備微晶玻璃的方法，該方法最大限度地使廢棄資源得到有效利用，并且能耗低、生產(chǎn)成本低。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種垃圾焚燒飛灰電弧爐熔融制備微晶玻璃的方法，該方法包括如下步驟
(I)水洗預(yù)處理按照飛灰水=I : 20 I : 5的重量比混合，飛灰水洗后進(jìn)行過(guò)濾、干燥得到水洗飛灰；
(2)配制混合料以水洗飛灰為主要原料，加入晶核劑TiO2或Cr2O3,混合均勻，所述晶核劑加入的重量為所述混合料的2% 4% ；
(3)電弧爐熔融將所述混合料放入電弧爐中融化成玻璃熔液，熔池內(nèi)溫度為 1500 1700°C，熔化時(shí)間為15 90分鐘；
(4)澆鑄成型將所述玻璃熔液澆注到成型模具中，在模具中形成澆鑄件；
(5)退火將所述澆鑄件進(jìn)行退火處理，退火溫度為500 700°C ；
(6)晶化處理將退火后的所述澆鑄件送入晶化爐內(nèi)以3 10°C /分鐘的升溫速度加熱到晶化溫度，晶化溫度為800 1050°C，晶化時(shí)間為I 3小時(shí)，之后隨爐自然冷卻至室溫，在模具中形成微晶玻璃毛坯；
(7)冷加工將所述微晶玻璃毛坯脫模，打磨、拋光后獲得成品。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是
(I)為降低飛灰中氯含量，提出了水洗處理作為飛灰預(yù)處理方法，用水洗可以減少隨后熔融過(guò)程HCl和揮發(fā)性氯鹽的排放，消除腐蝕和浸出問(wèn)題，同時(shí)提高了網(wǎng)格形成物SiO2 和Al2O3的比例，改善了玻璃網(wǎng)格的連通性，促進(jìn)了熔渣玻璃態(tài)的形成；
(2)將電弧爐熔融出渣和微晶玻璃生產(chǎn)線(xiàn)相銜接，不但解決了熔渣的堆放和運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，最大限度地使廢棄資源得到有效利用，生產(chǎn)出高附加值產(chǎn)品，可以替代天然石材和黏土礦資源，避免了礦物開(kāi)采所造成的環(huán)境破壞；
(3)直接利用液態(tài)熔渣為原料，利用了熔渣的顯熱，大幅度降低了固態(tài)渣料在熔化爐內(nèi)熔化所消耗的燃料和其它能源費(fèi)用，生產(chǎn)成本大幅度降低。
綜上所述，本發(fā)明不僅能將垃圾焚燒飛灰熔融后的熔渣轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫牟牧匣厥绽?，提供附加?jīng)濟(jì)效益，有效減少焚燒飛灰的熔融處理成本，而且可減少飛灰熔融過(guò)程酸性氣體的排放，消除飛灰中氯化物對(duì)熔融爐耐火材料的腐蝕，有效利用電弧爐熔渣的物理顯熱，降低制備工藝中的能耗。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，詳細(xì)說(shuō)明如下
本發(fā)明的原理是垃圾焚燒飛灰主要成分通常是Si02、CaO、Al2O3等，由于垃圾焚燒飛灰中網(wǎng)格形成物SiO2組分通常較低，一般難以滿(mǎn)足微晶玻璃的化學(xué)組成要求，若垃圾焚燒飛灰單獨(dú)電弧爐熔融不僅無(wú)法獲得穩(wěn)定的玻璃質(zhì)熔渣，而且會(huì)引起酸性氣體和重金屬的揮發(fā)，同時(shí)還會(huì)存在氯和活性炭等雜質(zhì)對(duì)耐火材料的侵蝕和石墨電極的燒損等諸多問(wèn)題，因此，有必要將飛灰進(jìn)行水洗預(yù)處理以提高網(wǎng)格形成物的比例。另外，雖然飛灰中含有少量的成核物質(zhì)Fe2OpP2O5和TiO2，但不足以形成大量的晶坯，適當(dāng)添加晶核劑有助于熔渣的晶化過(guò)程。
實(shí)施例I :
(I)水洗預(yù)處理按照飛灰水=I : 20的重量比混合，飛灰水洗后進(jìn)行過(guò)濾、干燥得到水洗飛灰；
(2)配制混合料以水洗飛灰為主要原料，加入晶核劑TiO2，并機(jī)械混合均勻，所述晶核劑加入的重量為所述混合料的3% ；
(3)電弧爐熔融將所述混合料放入電弧爐中融化成玻璃熔液，熔池內(nèi)溫度為 1700°C，熔化時(shí)間為15分鐘；
(4)澆鑄成型將所述玻璃熔液澆注到預(yù)熱至500°C的石墨模具中，在模具中形成燒鑄件；
(5)退火澆鑄件成形后于560°C保溫2h并緩慢冷卻至室溫；
(6)晶化處理將退火后的所述澆鑄件送入晶化爐內(nèi)以5°C/分鐘的升溫速度加熱到900°C使其進(jìn)行晶化，保溫2小時(shí)，之后隨爐自然冷卻至室溫，在模具中形成微晶玻璃毛坯；
(7)冷加工將所述微晶玻璃毛坯脫模，打磨、拋光后獲得主晶相為鈣黃長(zhǎng)石 (Ca2Al2SiO7)和鎂黃長(zhǎng)石(Ca2MgSi2O7)的微晶玻璃成品。
本實(shí)施例中所用的飛灰為生活垃圾焚燒飛灰，飛灰及經(jīng)水洗后飛灰的化學(xué)成分見(jiàn)表I。
表I實(shí)施例I中生活垃圾焚燒飛灰化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.一種垃圾焚燒飛灰電弧爐熔融制備微晶玻璃的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)水洗預(yù)處理按照飛灰水=I: 20 I : 5的重量比混合，飛灰水洗后進(jìn)行過(guò)濾、干燥得到水洗飛灰；(2)配制混合料以水洗飛灰為主要原料，加入晶核劑TiO2或Cr2O3,混合均勻，所述晶核劑加入的重量為所述混合料的2% 4% ；(3)電弧爐熔融將所述混合料放入電弧爐中融化成玻璃熔液，熔池內(nèi)溫度為1500 1700°C，熔化時(shí)間為15 90分鐘；(4)澆鑄成型將所述玻璃熔液澆注到預(yù)熱的成型模具中，在模具中形成澆鑄件；(5)退火將所述澆鑄件進(jìn)行退火處理，退火溫度為500 700°C；(6)晶化處理將退火后的所述澆鑄件送入晶化爐內(nèi)以3 10°C/分鐘的升溫速度加熱到晶化溫度，晶化溫度為800 1050°C，晶化時(shí)間為I 3小時(shí)，之后隨爐自然冷卻至室溫，在模具中形成微晶玻璃毛坯；(7)冷加工將所述微晶玻璃毛坯脫模，打磨、拋光后獲得成品。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種垃圾焚燒飛灰電弧爐熔融制備微晶玻璃的方法，以水洗預(yù)處理后的垃圾焚燒飛灰為主要原料，與晶核劑TiO2、Cr2O3中的一種混合，混合后送電弧爐高溫熔融處理，將熔融后流出的液態(tài)熔渣直接澆筑到預(yù)熱的成型模具中，澆筑成型后的熔渣轉(zhuǎn)移到熱處理爐進(jìn)行退火、晶化處理及后續(xù)磨光制成微晶玻璃。本發(fā)明不僅能將垃圾焚燒飛灰熔融后的熔渣轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫牟牧匣厥绽?，提供附加?jīng)濟(jì)效益，有效減少焚燒飛灰的熔融處理成本，而且可減少飛灰熔融過(guò)程酸性氣體的排放，消除飛灰中氯化物對(duì)熔融爐耐火材料的腐蝕，有效利用電弧爐熔渣的物理顯熱，降低制備工藝中的能耗。
文檔編號(hào)C03C6/08GK102531389SQ20111042699
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者劉漢橋, 魏國(guó)俠 申請(qǐng)人:天津城市建設(shè)學(xué)院