[发明专利]一种基于磷酸钾镁胶粘剂的垃圾焚烧飞灰资源化方法

说明书

技术领域

本发明涉及危险废弃物的资源化方法，尤其涉及一种基于磷酸钾镁胶粘剂的垃圾焚烧飞灰资源化方法。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，城市垃圾产生量急剧增加，其排放已对自然环境构成了严重威胁和影响。焚烧法具有高效快捷、减容显著、能源利用率高等优点，成为城市垃圾的主要处理方式之一。但焚烧法处理城市垃圾将产生占垃圾总量0.5～5.0％的飞灰，其中富集了有害的Pb、Cd、Cr、Zn、Cu等重金属，尤其Pb、Cd两种重金属严重超标，在我国国家危险废物名录中明确将其列为危险废物(废物类别：HW18，废物代码:802-002-18)。固化/稳定化技术是处理该类重金属危险废弃物的有效手段，其中的水泥固化技术因工艺简单、价格便宜、原料易得等优势被广泛应用。但是，由于硅酸盐水泥硬化体本身的多孔特征，在环境介质的长期作用下，被固化的危险废物可能会被浸出，对环境造成二次污染；且飞灰中存在的某些化合物废料(如酸等)会严重影响硅酸盐水泥固化作用的发挥，需通过预处理或加入添加剂才能提高固化效果(降低重金属浸出毒性)，结果增加了处理费用和固化环节，并有可能带来废水等二次污染。合理的解决措施是寻找更合适的无机胶凝材料代替硅酸盐水泥。

磷酸钾镁胶粘剂(MKPC)是由死烧氧化镁、钾磷酸盐和外加剂等按照一定比例，在酸性条件下通过酸碱化学反应及物理作用生成的以磷酸盐为黏结相的无机胶凝材料；该类材料在常温下通过化学键结合，具备了硅酸盐类胶凝材料和陶瓷材料的主要特点，即低温固化、高早强、高体积稳定性、粘结性强、硬化体偏中性和良好的耐久性等。1997年，美国Argonne国家实验室将MKPC应用于放射性和有毒废弃物的固化和对含有重金属离子的废水和污泥的处理，证实MKPC可以在室温下固化废料，其中的污染物与部分MKPC的水化产物发生反应，形成了新的磷酸盐，这种有害物质的磷酸盐的溶解度要远远小于它的氧化物或盐的溶解度，且这些新形成的磷酸盐被包裹于MKPC的水化产物网络结构体中，固化体孔隙率低，有害成分溶出率低，稳定性好，固化效果明显优于以往的处理方法。MKPC与主要成分为SiO₂、Al₂O₃和CaO的废弃物粉料有较好的相容性，且对废弃物中的盐类化合物敏感度低，得到的固化体抗压强度高，适用范围广。上述优点使MKPC成为含重金属的危险废弃物最理想的无机固化材料之一。但是，MKPC基材料也存在凝结太快、凝结无法有效调控、水化热大量集中释放和后期强度倒缩等问题有待解决。

发明内容

针对现有固化/稳定化重金属危险废弃物技术中，酸性化合物影响硅酸盐水泥固化作用的发挥，需增加预处理环节费用，且硅酸盐水泥硬化体隙率高、被固化的危险废物易浸出二次污染环境等缺陷；针对MKPC基材料凝结快、凝结无法有效控制、水化热大量集中释放和后期强度倒缩等问题，本发明的首要目的在于提供了一种基于磷酸钾镁胶粘剂的垃圾焚烧飞灰资源化方法。本发明目的还在于提供一种通过该方法制备得到的MKPC基材料，所制备的MKPC基材料中垃圾焚烧飞灰含量高、凝结时间可控、水化热分阶段释放、抗压强度持续增长、硬化体28d抗压强度达到20～50MPa。同时，有害成分Pb、Cd等浸出浓度小于标准要求。本发明制备工艺简单、使用方便、节能环保、成本较低。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于磷酸钾镁胶粘剂的垃圾焚烧飞灰资源化方法，包括如下步骤：

(1)取死烧氧化镁粉作为碱性组份、磷酸二氢钾作为酸性组份，并加入适量由四硼酸钠、十二水合磷酸氢二钠和无机氯盐组成的复合缓凝剂配制MKPC；通过调节复合缓凝剂的组成结构和掺量，可以控制MKPC的凝结时间和早期水化速度，使其初凝时间为20～120min。

(2)在MKPC中掺入垃圾焚烧飞灰和水得到MKPC基材料浆体；通过调整水灰比，控制MKPC基材料浆体稠度分别满足浇注和挤压成型工艺要求；调整MKPC基材料浆体的组成结构控制后面成型、养护得到的MKPC基材料制品的抗压强度和重金属浸出浓度，使MKPC基材料制品3d抗压强度为10.0～40.0MPa，且后期强度稳定增长，28d抗压强度为20.0～50.0MPa，90d抗压强度为30.0～60.0MPa；7d龄期以上MKPC基材料的重金属浸出浓度满足《危险废物鉴别标准》(GB5085.3-2007)的要求。

(3)MKPC基材料浆体浇注或挤压成型后，在自然空气环境下养护得到MKPC基材料制品；通过调节MKPC基材料的养护时间进一步控制重金属浸出浓度，使其满足《危险废物鉴别标准》的要求。