[发明专利]一种焚烧飞灰资源化利用的安全预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焚烧飞灰资源化利用的安全预处理方法，具体为焚烧飞灰的无害化处理方法，属于固体废物处理技术领域。

背景技术

焚烧飞灰是我国主要的量大面广的废物之一，我国生活垃圾焚烧设施经过“十五”和“十一五”时期的高速建设，已经形成规模化的处理能力，焚烧处理所占的比例也逐年升高。《全国城市生活垃圾无害化处理设施建设“十一五”规划》指出，“十一五”期间将新增垃圾焚烧厂处理规模6.66万吨/日，预计到2020年城市生活垃圾焚烧设施的处理能力将达到10万吨/日。2010年焚烧飞灰的产生量达到100万吨/年。焚烧飞灰富集重金属和二噁英类有毒污染物质。我国生活垃圾焚烧厂烟气净化工艺多采用半干法脱硫，因此焚烧飞灰中含有较高含量的CaO，使焚烧飞灰呈现强碱性，导致重金属浸出潜力巨大，环境风险高。

我国焚烧飞灰的高氯含量特性使得其处置难度较国外大。焚烧飞灰中的氯含量一般占飞灰质量的10-20%，最高可达30%以上。这主要和生活垃圾的性质、焚烧的工况以及烟气净化设备的差异有关。焚烧飞灰中的氯主要来源是生活垃圾中大量的厨余垃圾及塑料等物质，焚烧飞灰的高氯含量是妨碍焚烧飞灰无害化处理和资源化利用的主要障碍之一。水泥固化反应生成的CaCl₂因吸湿作用会导致固化体的膨胀崩裂，从而影响到固化体的长期稳定性和填埋后重金属的浸出性能。焚烧飞灰如果做水泥混合材，可能导致产品材料性能变差，氯会使得混凝土孔隙化并降低混凝土的强度，反应的方程式为2Cl^-+Ca(OH)₂→CaCl₂(leakage)+2OH^-。如果焚烧飞灰进行水泥窑协同处置，氯对水泥窑的正常运行以及熟料的品质构成了较大的影响。含氯环境中铁在高温下会发生腐蚀，从而危害水泥窑的正常运行。表1给出了焚烧飞灰中氯、硫和碱的含量。

表1焚烧飞灰的氯、硫和碱含量(%)

焚烧飞灰进行水泥窑协同处理条件下，氯与金属或其氧化物发生反应主要通过两种模式：

(a)金属或氧化物与HCl和/或Cl₂直接反应的气相腐蚀；氯化腐蚀大致包括以下过程。首先，在金属氧化膜表面形成Cl₂

2HCl+1/2O₂＝Cl₂+H₂O                    (1)

氯化物(如氯化钠)与氧化物(如Fe₂O₃)反应也可得到Cl₂

2NaCl+Fe₂O₃+1/2O₂＝Na₂Fe₂O₄+Cl₂        (2)

Cl₂(或Cl^-)穿过氧化膜到达氧化膜/金属界面，与金属反应形成挥发性的氯化物(FeCl₂)

Fe+1/2Cl₂＝FeCl₂(g)                    (3)

FeCl₂连续向外挥发过程中又被氧化

2FeCl₂(g)+O2(g)＝2FeO(s)+Cl₂(g)        (4)

FeO在氧化膜中生长破坏了氧化膜的完整性；而部分Cl₂重新返回氧化膜/金属界面，加入腐蚀过程使反应持续较长时间，直至氯被消耗尽。在此过程中Cl₂起到了一种自催化作用。

(b)金属或氧化物与沉积盐中的低熔点氯化物如FeCl₂、PbCl₂、ZnCl₂和硫酸盐发生的热腐蚀。HCl、Cl₂或其他含Cl物质如低熔点的PbCl₂、ZnCl₂、SbCl₂以及盐类沉积物为腐蚀提供了条件。0.1%的Cl₂即可在混合气体中形成0.02-0.04%的HCl。即使混合气中的HCl平均浓度较低，局部HCl浓度也可能很高。

焚烧飞灰中氯盐形式大多以NaCl、KCl、CaCl₂等形式存在，而高温热处理过程中氯盐会造成及重金属的大量挥发。