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CN106048237B - 处理垃圾焚烧飞灰的方法 - Google Patents

处理垃圾焚烧飞灰的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种处理垃圾焚烧飞灰的方法，该方法包括：((1)将含铅原料供给至氧化炉中进行氧化熔炼处理，以便得到含高浓度SO2烟气、粗铅和氧化炉渣；(2)将垃圾焚烧飞灰煤混合制粒，以便得到混合粒料；(3)将所述氧化炉渣与混合粒料供给至还原炉中进行还原熔炼处理，以便得到粗铅、含锌炉渣和含低浓度SO2烟气；以及(4)将所述含锌炉渣供给至烟化炉中进行烟化处理，以便得到氧化锌烟尘和无害化炉渣。该方法通过将垃圾焚烧飞灰作为氧化炉渣还原熔炼过程中的熔剂使用，可以实现垃圾焚烧飞灰的无害化及资源化处理，同时可以降低炼铅成本。

Description

处理垃圾焚烧飞灰的方法
技术领域
本发明属于环境保护领域，具体而言，本发明涉及一种处理垃圾焚烧飞灰的方法。
背景技术
世界发达国家的城市生活垃圾多以焚烧的方式进行处置，中国则主要以填埋处理为主。随着城市现代化程度的提高，《“十二五”全国城市生活垃圾无害化处理设施建设规划》提出到2015年，全国城镇生活垃圾焚烧处理设施能力达到无害化处理总能力的35％以上，垃圾发电处理规模需要从2010年底8.96万吨日上升至2015年末约30.7万吨日，年复合增长率达到28％。中国的城市垃圾处置正处在从以填埋为主向以焚烧为主的转型期。初步计算，预计每年可产垃圾焚烧飞灰约300万吨。
垃圾焚烧飞灰主要成分有CaO、CaSO4、SiO2、Al2O3、MgO、重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Cu、Zn以及二噁英等。因其含有二噁英与重金属，国内外均将其作为危险固体废物进行处理。目前国内处置垃圾焚烧飞灰的方法主要为螯合剂+水泥固化填埋，少部分采用水泥窑协同处理，国外发达国家采用灰渣熔融玻璃化处理。
螯合剂+水泥固化填埋成本较低，但存在填埋占地、资源浪费等问题；水泥窑协同处理需预先脱除飞灰中的Cl，以避免影响水泥质量，因此成本较高，同时存在重金属对水泥品质的影响；灰渣熔融较为先进，但成本相对较高。
因此，现有的处理垃圾焚烧飞灰的技术有待进一步改进与完善。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种处理垃圾焚烧飞灰的方法，该方法可以实现垃圾焚烧飞灰的无害化及资源化处理。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理垃圾焚烧飞灰的方法。根据本发明实施例的，所述方法包括：
(1)将含铅原料供给至氧化炉中进行氧化熔炼处理，以便得到含高浓度SO2烟气、粗铅和氧化炉渣；
(2)将垃圾焚烧飞灰煤混合制粒，以便得到混合粒料；
(3)将所述氧化炉渣与混合粒料供给至还原炉中进行还原熔炼处理，以便得到粗铅、含锌炉渣和含低浓度SO2烟气；以及
(4)将所述含锌炉渣供给至烟化炉中进行烟化处理，以便得到氧化锌烟尘和无害化炉渣。
由此，根据本发明实施例的处理垃圾焚烧飞灰的方法通过将含铅原料供给至氧化炉中进行氧化熔炼处理，然后将垃圾焚烧飞灰作为氧化炉渣还原熔炼过程中的熔剂使用，不仅可以显著降低铅冶炼过程中的熔剂成本，而且可以省去飞灰单独处置的费用，同时在还原处理过程中，可以将垃圾焚烧飞灰中的二噁英充分分解，并且可以有效回收飞灰中的重金属，从而不仅可以有效处理有害物质，而且可以避免以往采用填埋造成的资源的严重浪费，进而实现垃圾焚烧飞灰的资源化及无害化处理，具有巨大的经济效益和社会效益。
另外，根据本发明上述实施例的处理垃圾焚烧飞灰的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述含铅原料为选自铅精矿、铅膏和铅银渣中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述垃圾焚烧飞灰与所述氧化炉渣的质量比为(1～5)：100。
在本发明的一些实施例中，所述氧化熔炼处理、所述还原熔炼处理和所述烟化处理的温度分别独立地不低于1000摄氏度。
在本发明的一些实施例中，所述处理垃圾焚烧飞灰的方法进一步包括：(5)将所述含低浓度SO2烟气送至尾气脱硫系统。由此，垃圾焚烧飞灰中的S与铅冶炼还原过程中产生的含S烟气一并进行脱硫处理，从而避免S的环境污染。
在本发明的一些实施例中，所述氧化炉、所述还原炉和所述烟化炉分别独立地为顶吹炉、侧吹炉或底吹炉。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的处理垃圾焚烧飞灰的方法流程示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的处理垃圾焚烧飞灰的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
发明人是基于下列发现完成本发明的：垃圾焚烧飞灰主要成分有CaO、CaSO4、SiO2、Al2O3、MgO、重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Cu、Zn以及二噁英等。因其含有二噁英与重金属，国内外均将其作为危险固体废物进行处理。目前国内处置垃圾焚烧飞灰的方法主要为螯合剂+水泥固化填埋，少部分采用水泥窑协同处理，国外发达国家采用灰渣熔融玻璃化处理。螯合剂+水泥固化填埋成本较低，但存在填埋占地、资源浪费等问题；水泥窑协同处理需预先脱除飞灰中的Cl，以避免影响水泥质量，因此成本较高，同时存在重金属对水泥品质的影响；灰渣熔融较为先进，但成本相对较高，且仍需进一步考虑其资源化。本发明的发明人通过对垃圾焚烧飞灰的处理工艺进行积极探索，旨在解决现有技术中的缺陷，实现垃圾焚烧飞灰的无害化及资源化处理。
鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理垃圾焚烧飞灰的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将含铅原料供给至氧化炉中进行氧化熔炼处理，以便得到含高浓度SO2烟气、粗铅和氧化炉渣；(2)将垃圾焚烧飞灰煤混合制粒，以便得到混合粒料；(3)将所述氧化炉渣与混合粒料供给至还原炉中进行还原熔炼处理，以便得到粗铅、含锌炉渣和含低浓度SO2烟气；以及(4)将所述含锌炉渣供给至烟化炉中进行烟化处理，以便得到氧化锌烟尘和无害化炉渣。发明人发现，通过将含铅原料供给至氧化炉中进行氧化熔炼处理，然后将垃圾焚烧飞灰作为氧化炉渣还原熔炼过程中的熔剂使用，不仅可以显著降低铅冶炼过程中的熔剂成本，而且可以省去飞灰单独处置的费用，同时在还原处理过程中，可以将垃圾焚烧飞灰中的二噁英充分分解，并且可以有效回收飞灰中的重金属，从而不仅可以有效处理有害物质，而且可以避免以往采用填埋造成的资源的严重浪费，进而实现垃圾焚烧飞灰的资源化及无害化处理，具有巨大的经济效益和社会效益。
下面参考图1对本发明实施例的处理垃圾焚烧飞灰的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：将含铅原料供给至氧化炉中进行氧化熔炼处理
根据本发明的实施例，将含铅原料供给至氧化炉中进行氧化熔炼处理，从而可以得到含高浓度SO2烟气、粗铅和氧化炉渣。
根据本发明的一个实施例，含铅原料可以为选自铅精矿、铅膏和铅银渣等中的至少一种。具体的，含铅原料的元素组成包括Pb、Zn、Cu、S、Fe、Si、Ca、Cd、Hg、Cr、Sb、Bi、Ag、Au等，铅原料不同，各元素含量不同，但主要含有Pb、Zn、Cu、S、Fe、Si、Ca。
具体的，该过程中，氧化炉内的化学反应主要是氧和PbS的氧化反应及PbO与PbS的交互反应：PbS+3/2O2＝PbO+SO2，Pb+1/2O2＝PbO，2PbO+PbS＝3Pb+SO2，铅液形成后，铅作为载体发生铅的氧化反应，并伴有Fe7S8、FeS2的氧化及造渣反应。换句话说就是含铅物料中的铅在氧化炉中仅能冶炼出一部分，大部分铅以PbO与Fe2O3、SiO2、FeO、ZnO、CaO等形成低熔共晶或互熔物，即粗铅熔体，Pb以粗铅熔体的形式从氧化炉放铅口放出，一部分Cu、Sb、Bi、Ag、Au等进入粗铅熔体，另一部分进入氧化炉渣中。Pb由于易挥发进入烟气，经收尘后即得到含铅烟尘又重新返回配料，烟尘中含Zn、Cu、Si、Ca等。S以二氧化硫形式进入含高浓度SO2烟气中。
根据本发明的再一个实施例，该步骤中，氧化熔炼处理的温度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，氧化熔炼处理的温度可以为不低于1000摄氏度。由此，不仅可以保证氧化熔炼处理的高效进行。
S200：将垃圾焚烧飞灰与煤混合制粒
根据本发明的实施例，将垃圾焚烧飞灰与铅还原及熔炼过程提供热量所需的煤进行混合制粒，从而可以得到混合粒料。由此，通过制粒可以有效避免垃圾焚烧飞灰直接加入还原炉中容易被烟气带走，从而避免增大烟尘循环量。
根据本发明的一个实施例，该步骤中，氧化炉渣与混合粒料中的垃圾焚烧飞灰的比例并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，垃圾焚烧飞灰可按氧化炉渣的比例为1wt％-5wt％进行配料。发明人发现，垃圾焚烧飞灰添加过少或过多，都影响铅冶炼生产，过少时不利于后序烟化炉的生产，过多时锌容易被还原出来进入烟尘，增大循环量。
S300：将氧化炉渣与混合粒料供给至还原炉中进行还原熔炼处理
根据本发明的实施例，将上述所得到的氧化炉渣与混合粒料供给至还原炉中进行还原熔炼处理，从而可以得到粗铅、含锌炉渣和含低浓度SO2烟气。该步骤中，具体的，氧化炉渣在还原炉中主要发生铅的还原反应，诸如：C+O2＝CO2，2C+O2＝2CO，CO+1/2O2＝CO2，PbO+CO＝Pb+CO2，PbO+C＝Pb+CO，2PbO·SiO2+2FeO+C＝2Pb+2FeO·SiO2+CO2，2PbO·SiO2+2CaO+C＝2Pb+2CaO·SiO2+CO2，ZnO·Fe2O3+SiO2+C＝Zn+2FeO·SiO2+CO2，2FeO+SiO2＝2FeO·SiO2，CaO+SiO2＝CaO·SiO2，2CaO+SiO2＝2CaO·SiO2，从而可以得到粗铅，并进一步回收铅，飞灰主要成分是CaO、CaSO4、SiO2、Al2O3、MgO，作为造渣剂参与造渣反应，诸如：2FeO+SiO2＝2FeO·SiO2，2PbO+SiO2＝2PbO·SiO2，2CaO+SiO2＝2CaO·SiO2，ZnO+Fe2O3＝ZnO·Fe2O3，CaO+Al2O3＝CaO·Al2O3等，从而得到含有ZnO·Fe2O3、2ZnO.SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、CaO·Al2O3、2MgO·SiO2、CaO·Al2O3等的含锌炉渣，飞灰中少量Pb、Cd、Hg、Cr、Cu、Zn等重金属可视为氧化炉渣的一部分发生相应的化学反应，同时飞灰中的二噁英在高温下发生分解，而该过程中得到的烟尘也是返回配料，循环使用。
发明人发现，通过将垃圾焚烧飞灰作为氧化炉渣还原过程中的熔剂使用，不仅可以显著降低铅冶炼过程中的熔剂成本，而且可以省去飞灰单独处置的费用，同时在还原处理过程中，可以将垃圾焚烧飞灰中的二噁英充分分解，并且可以有效回收飞灰中的重金属，从而不仅可以有效处理有害物质，而且可以避免以往采用填埋造成的资源的严重浪费，进而实现垃圾焚烧飞灰的资源化及无害化处理，具有巨大的经济效益和社会效益。
根据本发明的一个实施例，该步骤中，还原处理的温度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，还原处理的温度可以为不低于1000摄氏度。由此，可以显著提高铅还原效率，从而提高铅的回收率，并且可以保证飞灰中二噁英分解完全。
S400：将含锌炉渣供给至烟化炉中进行烟化处理
根据本发明的实施例，将所述含锌炉渣供给至烟化炉中进行烟化处理，以便得到氧化锌烟尘和无害化炉渣。该步骤中，具体的，锌在该步骤中被还原并以锌蒸气的形式进入烟道中，并且在烟道中被氧化以氧化物形式存在氧化锌烟尘中，并可以进一步回收得到锌。其他未进入烟尘的其他元素进入炉渣，以熔融玻璃体形式存在，该炉渣为无害炉渣，可以作为建筑材料使用。
根据本发明的一个实施例，该步骤中，烟化处理的温度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，烟化处理的温度可以为不低于1000摄氏度。由此，可以显著提高锌的回收率。
根据本发明的再一个实施例，氧化炉、还原炉和烟化炉可以分别独立地为顶吹炉、侧吹炉或底吹炉。
根据本发明实施例的处理垃圾焚烧飞灰的方法通过将含铅原料供给至氧化炉中进行氧化熔炼处理，然后将垃圾焚烧飞灰作为氧化炉渣还原熔炼过程中的熔剂使用，不仅可以显著降低铅冶炼过程中的熔剂成本，而且可以省去飞灰单独处置的费用，同时在还原熔炼处理过程中，可以将垃圾焚烧飞灰中的二噁英充分分解，并且可以有效回收飞灰中的重金属，从而不仅可以有效处理有害物质，而且可以避免以往采用填埋造成的资源的严重浪费，进而实现垃圾焚烧飞灰的资源化及无害化处理，具有巨大的经济效益和社会效益。
参考图2，根据本发明实施例的处理垃圾焚烧飞灰的方法进一步包括：
S500：将含低浓度SO2烟气送至尾气脱硫系统
该步骤中，将步骤S300所得到的含低浓度SO2烟气送至尾气脱硫系统。由此，垃圾焚烧飞灰中的S与铅冶炼还原过程中产生的含S烟气一并进行脱硫处理，从而避免S的环境污染。
如上所述，根据本发明实施例的处理垃圾焚烧飞灰的方法可具有选自下列的优点至少之一：
本发明通过利用铅冶炼原料的复杂性和多样性，飞灰中含有的重金属在铅原料中均有，因此重金属在铅冶炼中不是问题，其中的Pb、Cu、Zn等还得到了回收利用，飞灰中的Ca、Si、Al、Mg等更不是问题，代替石灰石、石英石等作为溶剂，最终均进入烟化炉渣中，基本以2FeO.SiO2、3CaO.SiO2、2MgO.SiO2、Al2O3.SiO2等形式赋存，可做建筑材料。因此本发明既解决了焚烧飞灰的环保问题，又降低了铅冶炼的成本。
本发明直接利用现有成熟的铅冶炼系统对垃圾飞灰进行无害化、资源化处理，可以实现对垃圾飞灰进行有效处理，不需要建设专用设备，大大降低成本，并且飞灰中的Pb、Zn、S得以回收，Ca、Al、Mg进入炉渣，不仅有效处理有害物质，而且资源得以充分利用。
本发明通过将垃圾焚烧飞灰作为氧化炉渣的熔剂，可减少铅冶炼其它熔剂的成本，同时省去飞灰单独处置的费用，经此无害化处理后的垃圾飞灰，可资源化，城市垃圾飞灰可在就近的铅冶炼厂进行无害化、减量化、资源化处理，因此本方法有巨大的社会效益和经济效益。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
含铅原料经氧化炉(炉型可以是底吹炉、顶吹炉或侧吹炉)进行氧化熔炼处理，控制氧化熔炼处理的温度为1000～1100℃，S基本以SO2的形态进入含高浓度SO2烟气中送至硫酸系统制酸；Pb、Cu大部分进粗铅中，少部分进氧化炉渣和含铅烟尘，烟尘闭路循环；Zn、Ca、Mg、Al等进入氧化炉渣，然后将氧化炉渣和垃圾焚烧飞灰与铅还原及熔炼所需的煤混合制粒后的混合粒料供给至还原炉中进行还原熔炼处理，还原炉炉型可以是底吹炉、顶吹炉或侧吹炉，垃圾焚烧飞灰质量占氧化炉渣的1wt％-5wt％，还原温度控制在1200～1300℃，飞灰中的二噁英在高温下分解，得到粗铅、含锌炉渣及含低浓度SO2烟气，接着将所得含锌炉渣供给至烟化炉中，最终Zn进入氧化锌烟尘，氧化锌烟尘可作为锌冶炼原料，而Ca、Mg、Al等进入终渣，终渣为熔融玻璃体，系无害渣，可作为建筑材料。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种处理垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于，包括：
(1)将含铅原料供给至氧化炉中进行氧化熔炼处理，以便得到含高浓度SO2烟气、粗铅和氧化炉渣；
(2)将垃圾焚烧飞灰煤混合制粒，以便得到混合粒料；
(3)将所述氧化炉渣与混合粒料供给至还原炉中进行还原熔炼处理，以便得到粗铅、含锌炉渣和含低浓度SO2烟气；以及
(4)将所述含锌炉渣供给至烟化炉中进行烟化处理，以便得到氧化锌烟尘和无害化炉渣，
其中，
在步骤(1)中，所述含铅原料为选自铅精矿、铅膏和铅银渣中的至少一种，
在步骤(3)中，所述垃圾焚烧飞灰与所述氧化炉渣的质量比为(1～5)：100。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化熔炼处理、所述还原熔炼处理和所述烟化处理的温度分别独立地不低于1000摄氏度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(5)将所述含低浓度SO2烟气送至尾气脱硫系统。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化炉、所述还原炉和所述烟化炉分别独立地为顶吹炉、侧吹炉或底吹炉。
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