專(zhuān)利名稱(chēng)：城市生活垃圾焚燒飛灰的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及城市生活垃圾焚燒飛灰的新用途，具體是將城市生活垃圾焚燒飛灰用做高分子材料的填料，屬于垃圾資源化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，人民生活水平大幅提高，城市固體廢棄物數(shù)量急劇增長(zhǎng)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2003年全國(guó)生活垃圾清運(yùn)量高達(dá)14857萬(wàn)噸，比上年增加8.8％，已嚴(yán)重威脅和影響著人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境。
垃圾焚燒是在有氧條件下對(duì)垃圾進(jìn)行高溫?zé)峄瘜W(xué)處理的方法，具有占地少、減容率高、回收熱能等眾多優(yōu)勢(shì)而越來(lái)越受重視。垃圾焚燒飛灰(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“飛灰”)是垃圾焚燒過(guò)程中的產(chǎn)物，因富集了大量有害重金屬以及微量二噁英和呋喃等劇毒組分，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的環(huán)境法規(guī)已將它歸類(lèi)為危險(xiǎn)廢物，強(qiáng)調(diào)必須安全處置。
根據(jù)上海市政府批準(zhǔn)的固體廢棄物處置規(guī)劃，到2010年，上海將形成中心城區(qū)生活垃圾以焚燒處理為主體的發(fā)展格局。目前，上海60萬(wàn)噸垃圾焚燒每年將產(chǎn)生近2萬(wàn)噸飛灰，2010年上海焚燒飛灰產(chǎn)生量將達(dá)到7-8萬(wàn)噸/年。采用安全填埋法來(lái)處置飛灰，不但填埋處置費(fèi)用很高，同時(shí)安全填埋法占用了大量的土地資源，顯然，這與上?，F(xiàn)有的土地資源、財(cái)政資源相矛盾。
國(guó)內(nèi)外飛灰資源化利用主要集中在以下幾個(gè)方面(1)在日本，飛灰和底渣混合作生態(tài)水泥使用；(2)美國(guó)及其他歐美發(fā)達(dá)國(guó)家用混合灰渣作水泥混凝土和瀝青的替代骨料；(3)飛灰熔融作微晶玻璃的原料。但是以上這些利用方法未能解決實(shí)際工程問(wèn)題(1)資源化后飛灰中的重金屬離子浸出問(wèn)題始終令人擔(dān)憂(yōu)；(2)飛灰資源化成本過(guò)高，不適合批量生產(chǎn)；(3)飛灰資源化產(chǎn)品的附加值低等。為此，尋找合適的飛灰利用方法已迫在眉睫！發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于公開(kāi)一種城市生活垃圾焚燒飛灰的新用途。
為了達(dá)到本發(fā)明的目的，經(jīng)過(guò)對(duì)城市垃圾焚燒飛灰的研究發(fā)現(xiàn)，城市垃圾焚燒的原始飛灰粒徑細(xì)小、含有豐富的元素和組分(金屬、鹽)，主要成分為CaO和SiO2。從選礦的角度考慮，飛灰與非金屬無(wú)機(jī)礦物粉體有一定的類(lèi)似，由此自然產(chǎn)生了利用飛灰替代非金屬無(wú)機(jī)礦物粉體用作高分子材料填料的想法。于是進(jìn)一步調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)2010年我國(guó)塑料制品對(duì)非金屬無(wú)機(jī)礦物粉體的需求量將高達(dá)300-350萬(wàn)噸(見(jiàn)《塑料工業(yè)》預(yù)測(cè))，因此將飛灰經(jīng)表面改性研制成填料產(chǎn)品應(yīng)用于高分子材料，不僅可降低高分子材料的生產(chǎn)成本，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了飛灰的高附加值利用，是飛灰的資源化新出路。而飛灰中的重金屬問(wèn)題可通過(guò)選用螯合型表面活性劑穩(wěn)定以及利用橡塑制品的固化基質(zhì)來(lái)解決?？傊鞘欣贌w灰通過(guò)表面活性劑的干法改性活化處理，作為高分子材料的填料，加入其他助劑擠壓造粒，或注塑成型。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案和措施如下先將垃圾焚燒飛灰進(jìn)行超細(xì)粉碎到500目-1200目，烘干，然后量取烘干的飛灰粉體∶表面活性劑＝100∶1.0-5.0％的重量百分比，再將飛灰粉體置于高速捏合機(jī)/高速攪拌機(jī)(如球磨機(jī)等)的磨罐中與磨珠混合，并注入表面活性劑；最后在高轉(zhuǎn)速下攪拌5-30分鐘，分離磨珠后，將改性飛灰粉體密封保存。
由于高分子材料種類(lèi)太多，本發(fā)明選擇不同量飛灰填充聚丙烯塑料并考察其特性，填充10％改性飛灰合成的聚丙烯制品的各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而25％改性飛灰填充的聚丙烯制品僅達(dá)到注塑類(lèi)和擠出平膜類(lèi)制品的要求。具體的檢測(cè)數(shù)據(jù)如下表。

本發(fā)明所采用的螯合型表面活性劑有多種，凡具有螯合功能和親油基團(tuán)并有8個(gè)碳原子以上長(zhǎng)碳鏈結(jié)構(gòu)的陰離子表面活性劑均可使用，而且工藝步驟可以同樣方式進(jìn)行。該類(lèi)螯合型表面活性劑可為檸檬酸型(如檸檬酸硬脂酸甘油酯)；EDTA型(如N-月桂?；叶啡宜酑20H36O7N2或其鹽類(lèi))；有機(jī)磷酸型(單十二烷基磷酸脂及其鹽類(lèi))以及氨基酸型(如月桂酰肌氨酸鈉/鉀)等。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)和效果1.由于飛灰采用表面活性劑干法改性活化處理，因此在飛灰表面覆蓋了一層表面活性劑膜，使EPA TCLP試驗(yàn)浸取過(guò)程中，飛灰中溶出的重金屬可被飛灰表面吸附的螯合型表面活性劑捕捉，降低了浸出濃度，提高了塑料制品的安全。與飛灰濕法改性方法相比，本發(fā)明的飛灰活化處理不產(chǎn)生處理污水，不存在二次污染問(wèn)題。
2.由于本發(fā)明的飛灰改性選用了螯合型表面活性劑，使飛灰活化后表現(xiàn)為強(qiáng)烈的疏水性，其活化率高達(dá)90％以上，增加了飛灰和高分子基料之間親和力，提高了飛灰與高分子基料界面相容性。完全符合作為高分子有機(jī)材料填料的要求，而且填充在高分子聚合物中，對(duì)飛灰中的重金屬具有強(qiáng)固化作用。
3.本發(fā)明的改性飛灰適合做種類(lèi)繁多的高分子材料的填料，而且只要調(diào)節(jié)用量就能成為高分子注塑制品，或擠出絲或膜制品，或吹塑薄膜制品，或涂覆類(lèi)制品，或紡絲類(lèi)制品，它們的各項(xiàng)指標(biāo)都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
4.本發(fā)明與其他非金屬礦物填料相比，飛灰的原始粒徑小，95wt％在200μm以下，而且飛灰來(lái)源廣、成本低；改性后飛灰活化率高于90％。
5.本發(fā)明與其他飛灰資源化方法相比飛灰改性處理的工藝簡(jiǎn)單、成本低；選用的表面活性劑劑量小、效果佳；所得橡塑產(chǎn)品的附加值高。經(jīng)美國(guó)環(huán)保局TCLP法測(cè)試后，制品中Pb、Zn以及Cd的浸出濃度都遠(yuǎn)低于EPA標(biāo)準(zhǔn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1先將垃圾焚燒飛灰進(jìn)行超細(xì)粉碎到500目，取100克烘干的飛灰粉體置入行星球磨機(jī)的磨罐中與磨珠按1∶3的質(zhì)量比混合，注入2.5毫升的單十二烷基磷酸脂；然后在450轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下攪拌10分鐘，篩分分離磨珠后，將改性飛灰粉體密封保存。
改性飛灰粉體按20％的質(zhì)量比與聚丙烯基料混合，加入10％增塑劑等其他助劑擠壓造粒，最后根據(jù)需要注塑成型。經(jīng)檢測(cè)，飛灰填充的聚丙烯材料制品的力學(xué)性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)；應(yīng)用EPA TCLP浸出毒性試驗(yàn)對(duì)飛灰聚丙烯制品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示重金屬的浸出濃度低于標(biāo)準(zhǔn)限值。
實(shí)施例2先將垃圾焚燒飛灰進(jìn)行超細(xì)粉碎到1200目，取100克烘干的飛灰粉體置入行星球磨機(jī)的磨罐中與磨珠按1∶3的質(zhì)量比混合，注入3.0毫升的月桂酰肌氨酸鈉；然后在450轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下攪拌15分鐘，篩分分離磨珠后，將改性飛灰粉體密封保存。
改性飛灰粉體按15％的質(zhì)量比與聚丙烯基料混合，加入15％增塑劑等其他助劑擠壓造粒，最后根據(jù)需要注塑成型?；蛘吒男燥w灰粉體按15％的質(zhì)量比與聚丙烯基料混合，加入10％增塑劑等其他助劑擠壓造粒，最后根據(jù)需要注塑成型。
上述飛灰填充的聚丙烯制品在上海某塑料廠完成，合成10wt％改性飛灰填充聚丙烯標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣顯淺咖啡色，當(dāng)改性飛灰填料增加到25wt％時(shí)，合成的聚丙烯試樣為深咖啡色。采用TCLP的2號(hào)浸取液、即pH值為2.88的0.1mol/L HAc水溶液來(lái)試驗(yàn)，飛灰聚丙烯制品的重金屬浸出濃度低，對(duì)填充量為25wt％單十二烷基磷酸改性飛灰填充聚丙烯制品而言Pb的浸出濃度僅為0.24mg/L、Zn僅為0.18mg/L、Cd僅為0.01mg/L，遠(yuǎn)低于美國(guó)EPA標(biāo)準(zhǔn)限值Pb＝5.0mg/L、Zn＝50.0mg/L和Cd＝1.0mg/L。
權(quán)利要求
1.城市生活垃圾焚燒飛灰的用途，其特征在于城市生活垃圾焚燒飛灰通過(guò)表面活性劑的干法改性活化處理，作為高分子材料的填料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市生活垃圾焚燒飛灰的用途，其特征在于所述的飛灰通過(guò)表面活性劑的干法改性活化處理是先將垃圾焚燒飛灰進(jìn)行超細(xì)粉碎到500目-1200目，烘干，然后量取烘干的飛灰粉體∶表面活性劑＝100∶1-5％的重量百分比，再將飛灰粉體置于高速捏合機(jī)/高速攪拌機(jī)的磨罐中與磨珠混合，并注入表面活性劑；最后在高轉(zhuǎn)速下攪拌5-30分鐘，分離磨珠后，將改性飛灰粉體密封保存。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市生活垃圾焚燒飛灰的用途，其特征在于所述的作為高分子材料的填料使用分兩類(lèi)，一類(lèi)是合成聚丙烯塑料時(shí)，改性飛灰的填充量為塑料的10％重量比，聚丙烯制品的各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，另外一類(lèi)是改性飛灰的填充量為塑料的25％重量比時(shí)，聚丙烯制品僅達(dá)到注塑類(lèi)和擠出平膜類(lèi)制品的要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛灰通過(guò)表面活性劑的干法改性活化處理，其特征在于所述的表面活性劑是具有螯合功能和親油基團(tuán)并有8個(gè)碳原子以上長(zhǎng)碳鏈結(jié)構(gòu)的陰離子表面活性劑，該類(lèi)螯合型表面活性劑是檸檬酸型，或EDTA型，或有機(jī)磷酸型，或氨基酸型的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛灰通過(guò)表面活性劑的干法改性活化處理，其特征在于所述的檸檬酸型是檸檬酸硬脂酸甘油酯；EDTA型是N-月桂酰基乙二胺三乙酸C20H36O7N2及其鹽類(lèi)；有機(jī)磷酸型是單十二烷基磷酸脂及其鹽類(lèi)；氨基酸型是月桂酰肌氨酸鈉/鉀。
全文摘要
本發(fā)明涉及城市生活垃圾焚燒飛灰的新用途。飛灰通過(guò)表面活性劑的干法改性活化處理，作為高分子材料的填料。先將飛灰粉碎到500目~1200目，烘干，然后量取飛灰粉體∶表面活性劑＝100∶1－5％的重量百分比，再將飛灰粉體置于球磨機(jī)，并注入表面活性劑；在高轉(zhuǎn)速下攪拌5－30分鐘，分離磨珠后，將改性飛灰粉體密封保存。選用10－15％改性飛灰與聚丙烯基料混合，注塑成型。經(jīng)檢測(cè)，改性飛灰填充的聚丙烯制品的力學(xué)性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)指標(biāo)；應(yīng)用EPA TCLP浸出毒性試驗(yàn)對(duì)飛灰聚丙烯制品進(jìn)行重金屬浸出檢測(cè)，結(jié)果顯示重金屬的浸出濃度低于標(biāo)準(zhǔn)限值。本發(fā)明的飛灰來(lái)源廣、零成本，活化處理無(wú)二次污染，所制橡塑制品附加值高，安全，具有良好的市場(chǎng)前景。
文檔編號(hào)C08K9/04GK1810894SQ20061002333
公開(kāi)日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2006年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月16日
發(fā)明者何品晶, 張后虎, 邵立明, 章驊 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)