一种垃圾焚烧发电飞灰固化方法
技术领域
本发明涉及垃圾处理
技术领域
，尤其涉及一种垃圾焚烧发电飞灰固化方法。背景技术
随着城市化进程的加快，对城市生活产生的大量生活垃圾的处理成为一项重要的课题。垃圾焚烧发电是通过焚烧固体垃圾再通过蒸汽机组发电的技术，不仅能处理城市生活垃圾，还能回收垃圾中的能量，得到了广泛的应用。但是，垃圾焚烧发电会产生大量飞灰，其中含有Pb、Cr等重金属污染物，这些重金属往往以可溶的形式附着在飞灰中，对环境存在重大的威胁。因此，需要对焚烧飞灰固化后再进行填埋处理。
水泥固化是将飞灰与水泥按一定比例混合后，经过水化反应形成固化体的方法，通过水泥的胶凝固化降低飞灰中重金属污染物的可渗透性，从而降低飞灰浸出毒性，使其满足填埋要求。但是，为了使固化体能够维持较高的强度和长期稳定性，水泥固化所需的水泥掺量很高，使得固化处理后形成的固化体体积增量较大，对填埋场地容量的需求增加；而且，由于固化体形成后内部的飞灰仍会释放杂质成分参与反应，对固化体产生侵蚀作用，固化体的安定性不佳，因此其长期固化稳定性不高。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种垃圾焚烧发电飞灰固化方法。
本发明提出的一种垃圾焚烧发电飞灰固化方法，包括以下步骤：
S1、将飞灰、磷矿粉与含环氧基团的硅烷偶联剂的水解液混合后，静置反应，干燥，得到飞灰预混料；
S2、将所述飞灰预混料与明胶的水溶液混合后，加热搅拌反应，干燥，得到飞灰混合物；
S3、将所述飞灰混合物与水泥混合后，加入适量水搅拌均匀，在模具中静置养护，形成固化体。
优选地，所述飞灰和磷矿粉的重量比为1：(0.15-0.25)，所述飞灰和硅烷偶联剂KH-560的重量比为1：(0.01-0.02)。
优选地，所述步骤S1中，静置反应的时间为1-2h，干燥的温度为60-80℃。
优选地，所述含环氧基团的硅烷偶联剂的水解液由含环氧基团的硅烷偶联剂、乙醇、水按重量比1：(8-12)：(3-6)配制得到，配制方法为：按重量比称取含环氧基团的硅烷偶联剂、乙醇、水，混合后搅拌均匀，静置1-2h，即得。
优选地，所述含环氧基团的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-560。
优选地，所述明胶的重量为飞灰重量的1-2％，所述明胶的水溶液的浓度为10-30g/L。
优选地，所述步骤S2中，加热搅拌反应的温度为60-80℃，时间为2-4h，干燥的温度为60-80℃。
优选地，所述步骤S3中，飞灰混合物与水泥的重量比为3:7-6:4。
本发明的有益效果如下：
本发明通过在飞灰中掺入适量磷矿粉得到飞灰预混料，并采用含环氧基团的硅烷偶联剂对其进行改性，在飞灰预混料的表面引入环氧基团，再与明胶的水溶液混合加热反应，使明胶的氨基与结合在飞灰预混料表面的环氧基团发生反应形成表面包覆层，从而改变了飞灰的表面性质，一方面，明胶牢固地结合在飞灰表面，可以在飞灰和水泥之间起到桥接作用，提升飞灰与水泥之间的结合力，有利于提高固化体的抗压强度，另一方面，由于飞灰的组成极为复杂，其中不仅含大量重金属杂质，还含有大量细小的不溶性颗粒杂质，其中Cu、Pb、Zn等会在水泥表面形成不溶性的颗粒物，抑制水化，降低固化体的强度，而不溶性的颗粒杂质与飞灰的表面性质不同，会阻碍飞灰与水泥的结合，本发明通过含环氧基团的硅烷偶联剂桥接使明胶包覆在飞灰表面，可以减少杂质通过溶出、脱落等方式从飞灰颗粒中迁移至水泥颗粒表面，并提高飞灰表面性质的一致性，缓解飞灰中的杂质对水泥力学性能的削弱作用，提高固化体的强度；而且，磷矿粉的掺入还能起到改善固化体内部孔结构的辅助作用，进一步提高了固化体的强度；同时，由于磷矿粉可以有效结合飞灰中的重金属离子，减少其浸出，同时明胶的包覆进一步阻止了飞灰中重金属离子的迁移，其形成的包覆层还能阻止飞灰中杂质对水泥的侵蚀作用，因此可以显著提高固化体对重金属离子的固化稳定性。
本发明的固化方法可以提高飞灰水泥固化体的抗压强度，并降低固化体中重金属杂质的浸出性，使得到的固化体在飞灰高掺量下，还能够满足抗压强度≥10MPa的要求，并能符合GB5085.3-2007《危险废物浸出毒性标准》的标准限制，可以达到用作建筑材料的要求，有利于实现高效、节能、经济地对垃圾焚烧发电飞灰进行回收利用，符合实际使用需要。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种垃圾焚烧发电飞灰固化方法，包括以下步骤：
S1、将飞灰、磷矿粉与含环氧基团的硅烷偶联剂的水解液混合后，静置反应，干燥，得到飞灰预混料；
S2、将所述飞灰预混料与明胶的水溶液混合后，加热搅拌反应，干燥，得到飞灰混合物；
S3、将所述飞灰混合物与水泥混合后，加入适量水搅拌均匀，在模具中静置养护，形成固化体。
实施例2
一种垃圾焚烧发电飞灰固化方法，包括以下步骤：
S1、将0.1kg硅烷偶联剂KH-560、0.8kg乙醇、0.3kg水混合后搅拌均匀，静置1h，得到硅烷偶联剂KH-560的水解液，将10kg飞灰、1.5kg磷矿粉与上述制得的硅烷偶联剂KH-560的水解液混合后，静置反应1h，在60℃下干燥，得到飞灰预混料；
S2、将0.1kg明胶溶于水中得到浓度为10g/L的明胶的水溶液，然后将所述飞灰预混料与上述制得的明胶的水溶液混合后，在60℃下加热搅拌反应4h，在60℃下干燥，得到飞灰混合物；
S3、将所述飞灰混合物与水泥按重量比为3:7混合后，加入适量水搅拌均匀，在模具中静置养护，形成固化体。
实施例3
一种垃圾焚烧发电飞灰固化方法，包括以下步骤：
S1、将0.2kg硅烷偶联剂KH-560、2.4kg乙醇、1.2kg水混合后搅拌均匀，静置2h，得到硅烷偶联剂KH-560的水解液，将10kg飞灰、2.5kg磷矿粉与上述制得的硅烷偶联剂KH-560的水解液混合后，静置反应2h，在80℃下干燥，得到飞灰预混料；
S2、将0.2kg明胶溶于水中得到浓度为20g/L的明胶的水溶液，然后将所述飞灰预混料与上述制得的明胶的水溶液混合后，在80℃下加热搅拌反应2h，在80℃下干燥，得到飞灰混合物；
S3、将所述飞灰混合物与水泥按重量比为6:4混合后，加入适量水搅拌均匀，在模具中静置养护，形成固化体。
实施例4
一种垃圾焚烧发电飞灰固化方法，包括以下步骤：
S1、将0.15kg硅烷偶联剂KH-560、1.5kg乙醇、0.75kg水混合后搅拌均匀，静置1.5h，得到硅烷偶联剂KH-560的水解液，将10kg飞灰、2kg磷矿粉与上述制得的硅烷偶联剂KH-560的水解液混合后，静置反应1.5h，在75℃下干燥，得到飞灰预混料；
S2、将0.15kg明胶溶于水中得到浓度为30g/L的明胶的水溶液，然后将所述飞灰预混料与上述制得的明胶的水溶液混合后，在65℃下加热搅拌反应3h，在75℃下干燥，得到飞灰混合物；
S3、将所述飞灰混合物与水泥按重量比为5:5混合后，加入适量水搅拌均匀，在模具中静置养护，形成固化体。
对比例1
一种垃圾焚烧发电飞灰固化方法，包括：将飞灰与水泥按重量比为6:4混合后，加入适量水搅拌均匀，在模具中静置养护，形成固化体。
对比例2
一种垃圾焚烧发电飞灰固化方法，包括：将飞灰混合物与水泥按重量比为6:4混合后，加入适量水搅拌均匀，在模具中静置养护，形成固化体，其中，飞灰混合物由10kg飞灰、2.5kg磷矿粉混合而成。
对比例3
一种垃圾焚烧发电飞灰固化方法，包括以下步骤：
S1、将10kg飞灰、2.5kg磷矿粉混合均匀，得到飞灰预混料；
S2、将0.2kg明胶溶于水中得到浓度为20g/L的明胶的水溶液，然后将所述飞灰预混料与上述制得的明胶的水溶液混合后，在80℃下加热搅拌反应2h，在80℃下干燥，得到飞灰混合物；
S3、将所述飞灰混合物与水泥按重量比为6:4混合后，加入适量水搅拌均匀，在模具中静置养护，形成固化体。
试验例
采用水泥强度试验机对实施例3和对比例1-3静置养护28d后的固化体进行抗压强度测试，测试方法参照GB/T 17671-1999标准，测试结果如表1所示：
表1抗压强度测试结果
从表1中可以看出，本发明的固化方法能够显著提高固化体的抗压强度，这是由于本发明通过含环氧基团的硅烷偶联剂KH-560对飞灰进行改性，然后通过明胶的氨基与结合在飞灰表面上的环氧基团反应，使明胶牢固地结合在飞灰表面形成表面包覆层，而明胶的包覆改性改变了飞灰的表面性质，改善了飞灰的粘结性与可塑性，还能避免飞灰中的杂质与水泥的直接接触从而导致力学性能下降，而且磷矿粉掺入能起到改善固化体内部孔结构的辅助作用。本发明固化方法得到的固化体在飞灰高掺量下，能够满足抗压强度≥10MPa的标准要求，可以达到用作建筑材料的要求，符合实际使用需要。
对实施例3和对比例1-3静置养护28d后的固化体粉碎后，参照GB5086.2-1997标准进行浸滤试验，测试Pb、Cu、Cr的浓度；浸滤试验结果如表2所示：
表2浸出试验结果
测试项目
实施例3
对比例1
对比例2
对比例3
Pb浓度(mg/L)
0.021
0.066
0.035
0.029
Cu浓度(mg/L)
0.013
0.049
0.026
0.021
Cr浓度(mg/L)
0.087
0.630
0.283
0.233
从表2中可以看出，本发明的固化方法可以有效降低飞灰中重金属离子的浸出性，这是由于磷矿粉可以有效结合飞灰中的重金属离子，减少其浸出，同时明胶的包覆进一步阻止了飞灰中重金属离子的迁移。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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