專利名稱：一種垃圾焚燒爐飛灰無害化處理及資源化利用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種城市生活垃圾焚燒爐飛灰無害化處理及資源化利用的方法，屬于危險 固體廢棄物處理與資源化利用技術領域，特別適用于飛灰中重金屬的回收資源化利用。
背景技術：
飛灰是垃圾焚燒時產(chǎn)生的一類特殊廢物，因含重金屬和二惡英等高浸出毒性或高毒性當 量的污染成分濃度高，已被世界各國列為危險廢物，需經(jīng)過特殊處理才能排放。隨著城市化 進程的加快，焚燒垃圾發(fā)電已經(jīng)成為城市垃圾的主要處理方法，飛灰的產(chǎn)量也隨之劇增。據(jù) 悉，2002年我國垃圾焚燒飛灰年產(chǎn)量約13.75萬噸；預計到2010年僅城市生活垃圾焚燒產(chǎn) 生的飛灰將達52萬噸。垃圾焚燒飛灰的處理處置問題已成為城市危險廢物管理部門面臨的新 難題。
常規(guī)的飛灰處置方法有水泥固化、化學藥劑穩(wěn)定化和熔融固化等。水泥固化因設備、操 作簡單，固化費用較低，可滲透性低等顯著特點得以廣泛應用，但是處理后增量大，減少了 危險廢棄物填埋場的使用壽命。而且飛灰中含有大量阻礙水泥正常凝結成分，使固化體強度 降低、有害物質浸出率增高?；瘜W藥劑穩(wěn)定化能較好的穩(wěn)定飛灰，有不增容(或減容)等優(yōu) 點，但是存在所需設備多、運行費用高、操作復雜及對二惡英和溶解性鹽穩(wěn)定性差等問題， 難以得到廣泛應用。熔融固化能在使灰渣減容三分之二以上的同時實現(xiàn)重金屬穩(wěn)定化和有機 污染物的徹底消除，產(chǎn)生的玻璃化產(chǎn)物還可用作建筑材料，但此法具有處理運行費用高昂和 二次污染難以有效控制等諸多缺點，使用范圍有限。
飛灰中所含的重金屬也是地球上資源稀少的元素。釆用上述方法處理飛灰無疑是一種資 源浪費?；厥诊w灰中的重金屬可以變廢為寶，實現(xiàn)飛灰資源化利用。因垃圾焚燒飛灰成分復 雜、焚燒方式各異，飛灰成分比例也不同，但重金屬含量大體在0.5% 3.0%之間。其中以鋅、 鉛、銅居多，如深圳市鹽田垃圾焚燒發(fā)電廠飛灰中鋅的濃度為5454.26mg/kg，鉛的濃度為 2643. 18mg/kg，銅的濃度為1383. 75mg/kg。按城市生活垃圾焚燒爐飛灰年產(chǎn)量50萬噸、重金 屬含量1.5%計算，每年重金屬回收產(chǎn)量可達7500噸，具有很高的開發(fā)價值。
電濕法冶金是近年來發(fā)展起來的從含重金屬離子廢水(例如電鍍廢水)中回收重金屬的方法。例如，1997年美國環(huán)境保護署及相關機構和私人企業(yè)組建的Merit合作研究組織利用電 解方法實現(xiàn)了電鍍廠金、銀、鋅等金屬的回收和廢水回用。
本項專利的發(fā)明者研究發(fā)現(xiàn)，金屬元素(包括重金屬)多以氧化物形式存在于飛灰中。 當用水沖洗飛灰時，大部分金屬氧化物均被轉化為相應的氫氧化物，其中的堿金屬和堿土金 屬的氫氧化物以可溶性狀態(tài)進入沖洗水中。而重金屬的氫氧化物和非金屬氧化物不溶于水， 則存留在剩余的飛灰殘渣中。用水洗的方法可以使飛灰中的重量減少百分之三十以上；利用 醋酸或檸檬酸處理水洗后的飛灰殘渣可以抽提出其中所含的重金屬，將它們轉化為相應的醋 酸鹽或檸檬酸鹽；而采用電濕法冶金技術可將重金屬的醋酸鹽或檸檬酸鹽轉化為重金屬單質， 即可將飛灰屮的重金屬回收利用。本專利發(fā)明者的實驗證明，經(jīng)本方法處理回收飛灰中的重 金屬后，無論是水洗液中，還是酸抽提后的殘渣和電濕法冶金技術回收重金屬后的廢液中都 檢測不到飛灰中所含的二惡英類物質。因此，本項發(fā)明可以真正地實現(xiàn)城市生活垃圾焚燒爐 飛灰處置的無害化和資源化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的一種城市生活垃圾焚燒爐飛灰處置方法為"水洗——酸抽提——電濕法冶
金回收重金屬——溫控電爐熔化分離重金屬"。其特征在于(l)用水沖洗城市生活垃圾焚燒 爐飛灰，去除堿金屬和堿土金屬的氫氧化物；(2)用酸溶液浸泡，抽提重金屬，得重金屬酸 抽提液；(3)利用電濕法冶金技術回收酸抽提液中的重金屬；(4)采用溫控電爐分離純化重 金屬單質。
實現(xiàn)本發(fā)明的具體步驟如下
1) 用水(河水、湖水、海水或其它可用的水)蕩洗新鮮的城市生活垃圾焚燒爐飛灰， 使其pH值降至9 12，以除去飛灰中的堿金屬和堿土金屬的氫氧化物。
2) 將水洗后的飛灰浸泡在1 15%的醋酸或檸檬酸溶液中，使飛灰中的重金屬抽提 出來；所用的酸溶液與飛灰的質量比為2: 1 10: 1。浸泡一定的時間后，采用 任何適用的固液分離法去除不溶飛灰殘渣，得飛灰酸抽提液。
3) 將飛灰酸抽提液置于電解槽中，通入直流電，電解使重金屬離子還原成金屬單質 并沉積在陰極表面；電解過程中控制電解時間為0.5h 2h，陰極的電流密度為 0. 004 0. 015A/cm2。
4) 將沉積在陰極表面上的重金屬收集后置于溫度可控的電爐(如感應爐、熔融爐、 真空高溫爐等)內(nèi)，按231.9。C、 320°C、 327.5°C、 419.5°C、 961.9°C、 1083°C和1453"C的順序逐步提升電爐溫度，便可得到錫、鎘、鉛、鋅、銀、銅、錳和
鎳的金屬單質。
具體實施例方式
本發(fā)明可以以下述實施例，但不局限于下述實施例的方式實施。 實施例一 (測定飛灰中堿金屬和堿土金屬、重金屬氧化物含量及酸的最佳濃度)
1、 將收集的城市生活垃圾焚燒爐飛灰用完好的塑料袋密封保存，以防止飛灰吸水后與 C02反應導致抽提重金屬時的酸用量增加。
2、 取100.0000g垃圾焚燒飛灰用水蕩洗至pH值為10。過濾除去蕩洗液。將飛灰濾餅在 105'C恒溫箱內(nèi)烘至恒重后，用分析天平準確稱量殘存的飛灰重量。
3、 稱取10份2. OOOOg水洗飛灰，分別添加20mL濃度為1%、 3%、 5%、 10%、 15%的 醋酸和檸檬酸。攪拌30min后在4000rpm臺式離心機中離心15min。收集上清液得飛 灰酸抽提液。殘渣置105'C恒溫箱中烘至恒重后，稱重。
4、 用lmol/L氫氧化鈉溶液小心將各種濃度的酸抽提液的pH值調節(jié)至3.0后，加入5mL 的lmol/L Na2S堿性溶液。充分混合后，在4000rpm臺式離心機中離心15min，傾去 上清，沉淀置105'C恒溫箱中烘至恒重后，稱重。沉淀重量最重、酸的濃度最低時的 酸濃度為最佳濃度。
5、 測得醋酸最佳濃度為5%，檸檬酸最佳濃度為10%，堿金屬和堿土金屬氧化物含量為 35.8%，重金屬氧化物約為17.5%;飛灰中堿金屬和堿土金屬氧化物、重金屬氧化物 含量可用下述方法粗略地計算
(1) 堿金屬和堿土金屬氧化物含量=飛灰水洗前的重量-水洗后殘存的飛灰重量
(2) 用最佳酸濃度抽提水洗飛灰后剩余的殘渣即為非金屬氧化物，其重量標記為"A"
(3) 重金屬氧化物含量=水洗后殘存的飛灰重量4 實施例二
1、 收集城市生活垃圾焚燒爐飛灰用完好的塑料袋密封保存防止飛灰吸水后與C02反應 導致抽提重金屬時的酸用量增加；測得飛灰中的鉛含量為2613.25mg/kg。
2、 取300g垃圾焚燒飛灰用水沖洗至pH值為11后，添加5%醋酸1500mL，充分攪拌混 合30min后，采用真空抽濾法去除未溶解的飛灰殘渣，測得酸抽提液中鉛離子濃度 為499. 36mg/L，相當于抽提出飛灰中99. 36%的鉛。
3、 濾液置于以石墨板為陽極，不銹鋼板為陰極的電解槽中，通入直流電電解，控制陰極的電流密度為0.004A/cm2。重金屬以單質的形式沉積在不銹鋼板上。
4、 以鉛作為標記物，跟蹤檢測電解液中鉛離子的濃度。電解30min后，鉛離子的濃度 降低至1.03mg/L，此時關閉電源，終止電解；電解回收抽提液中99.79%的鉛。
5、 從電解槽中取出不銹鋼陰極，鏟除電極表面沉積的重金屬，使陰極再生。收集的重 金屬供以后利用溫控電爐熔化分離回收各種重金屬之用。
實施例三
1. 收集城市生活垃圾焚燒爐飛灰用完好的塑料袋密封保存防止飛灰吸水后與C02反應導 致抽提重金屬時的酸用量增加；測得飛灰中的鉛含量為2613.25mg/kg。
2. 取300g垃圾焚燒飛灰用水沖洗至pH值為9后，添加10%檸檬酸1000mL，充分攪拌 混合30min后，采用真空抽濾法去除未溶解的飛灰殘渣，測得酸抽提液中鉛離子濃度 為777. 15mg/L，相當于抽提出飛灰中99. 13%的鉛。
3. 濾液置于以石墨板為陽極，不銹鋼板為陰極的電解槽中，通入直流電進行電解，控制 陰極的電流密度為0.010A/cm2。重金屬以單質的形式沉積在不銹鋼板上。
4. 以鉛作為標記物，跟蹤檢測電解液中鉛離子的濃度。電解60min后，鉛離子的濃度降 低到1.02mg/L時，關閉電源，終止電解；電解回收抽提液中99.87%的鉛。
5. 從電解槽中取出不銹鋼陰極，鏟除電極表面沉積的重金屬，使陰極再生。收集的重 金屬供以后利用溫控電爐熔化分離回收各種重金屬之用。
權利要求
1、一種城市生活垃圾焚燒爐飛灰無害化處理和資源化利用的方法，其特征在于(1)用水沖洗城市生活垃圾焚燒爐飛灰，去除堿金屬和堿土金屬的氫氧化物；(2)用酸溶液浸泡，抽提重金屬，得重金屬酸抽提液；(3)利用電濕法冶金技術回收酸抽提液中的重金屬；(4)采用溫控電爐分離純化重金屬單質。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種城市生活垃圾焚燒爐飛灰無害化處理和資源化利用的方法，其 特征在于所使用的沖洗水可以為河水、湖水、海水及其它可用的水。
3、 根據(jù)權利要求書l、 2所述的一種城市生活垃圾焚燒爐飛灰無害化處理和資源化利用的方 法，其特征在于用水沖洗至洗液pH值降至9 12。
4、 根據(jù)權利要求書1所述的一種城市生活垃圾焚燒爐飛灰無害化處理和資源化利用的方法， 其特征在于抽提所用酸為醋酸、檸檬酸，最佳為醋酸。
5、 根據(jù)權利要求書l、 4所述的一種城市生活垃圾焚燒爐飛灰無害化處理和資源化利用的方 法，其特征在于抽提所用酸的濃度為1 15%，醋酸的最佳濃度為5%。
6、 根據(jù)權利要求書l、 4、 5所述的一種城市生活垃圾焚燒爐飛灰無害化處理和資源化利用的 方法，其特征在于所用的酸溶液與飛灰的質量比為2: 1 10: 1，最佳酸灰比為5: 1。
7、 根據(jù)權利要求書l、 4、 5、 6所述的一種城市生活垃圾焚燒爐飛灰無害化處理和資源化利 用的方法，其特征在于電解時，控制陰極電流密度為0.004 0.015A/cm2，最佳電流密 度為0. 006A/cm2。
8、 根據(jù)權利要求書l、 7所述的一種城市生活垃圾焚燒爐飛灰無害化處理和資源化利用的方 法，其特征在于控制電解時間為0.5 2h。
9、 根據(jù)權利要求書l、 7、 8所述的一種城市生活垃圾焚燒爐飛灰無害化處理和資源化利用的 方法，其特征在于電解回收的重金屬采用溫控電爐熔化法分離提純重金屬單質。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種利用電濕法冶金技術實現(xiàn)城市生活垃圾焚燒爐飛灰無害化和資源化的方法。首先，用水沖洗城市生活垃圾焚燒爐飛灰，洗去其中的堿金屬和堿土金屬的氫氧化物；再用酸抽提去除其中的重金屬，使之無害化。而用酸抽提得到的含重金屬離子的抽提液，可用電濕冶金技術回收重金屬。經(jīng)過本方法處理后，城市生活垃圾焚燒爐飛灰中重金屬的回收率在99.0％以上。
文檔編號C25C1/00GK101509078SQ200910105339
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月12日 優(yōu)先權日2009年2月12日
發(fā)明者卿惠廣, 涉 張, 汪春霞, 馬輝文 申請人:深圳市龍澄高科技環(huán)保有限公司