[发明专利]一种垃圾焚烧飞灰改性处理方法及其在二氧化碳高温吸附中的应用

说明书

本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰改性处理方法及其在二氧化碳高温吸附中的应用，通过碱浸、水热、沉淀和掺杂等手段分离垃圾焚烧飞灰中含量较高的钙质并合成性能较高的钙基吸附剂，同时重金属将赋存于固相中，在吸附剂循环捕集二氧化碳的高温过程中稳定化。另一方面，所获得溶液中重金属含量很低，且可以重复获得碳酸钠。本方法通过廉价手段达到重金属稳定化和飞灰资源化利用的双重目标，并节约了二氧化碳捕集的物料成本。

技术领域

本发明涉及一种垃圾焚烧飞灰改性处理方法及其在二氧化碳高温吸附中的应用，属于环境保护与资源化利用领域。

背景技术

随着我国垃圾焚烧量逐年增加，焚烧飞灰生成量也不断增加。垃圾焚烧飞灰因其富集高浓度重金属和有机物等有毒物质，被列为危险废弃物。

目前主流的垃圾焚烧飞灰的处理方式包括：1)螯合后填埋或直接填埋于专门的填埋场；2)水泥或药剂固化；3)高温烧结处置。其中，填埋和药剂固化的处理成本较高，填埋还占用土地并造成潜在的生态威胁；水泥固化法由于飞灰中的杂质过多，会降低水泥本身的材料性能；高温烧结处置需要消耗大量能源。也有将飞灰水洗脱除氯和碱金属后再送入水泥窑处置的技术路线，从而可以提高水泥出产的品质，但是需要消耗大量水资源，水洗后的高盐废水可能含有较高浓度重金属，并且仍需要进一步处理。综上所述，现有的垃圾焚烧飞灰处理技术仍然存在无害化处理成本高、资源化利用难度大的问题。

全球变暖趋势使各国非常重视碳排放问题，各类碳捕集技术正在相继研发、推广。其中，基于高温钙循环(CaL)的二氧化碳捕集技术由于其热效率高、经济性好，被认为是非常有前景的燃烧后碳捕集手段，其原理是基于碳酸钙分解和氧化钙碳酸化的化学反应：

碳酸化：CaO+CO₂＝CaCO₃

煅烧分解：CaCO₃＝CaO+CO₂

首先，氧化钙作为吸附剂，在炉内吸附烟气中的二氧化碳，碳酸化生成碳酸钙；之后，碳酸钙在温度更高的煅烧炉中分解，再生氧化钙吸附剂，同时释放二氧化碳以集中存储。以此往复循环。

据测算，石灰石作为钙基吸附剂的来源，其原料成本在CaL技术运行总开支占据非常大的比例。该过程的温度在600℃以上，所以在多次循环后吸附剂会因烧结而逐渐失活。因此，降低原材料成本、延长吸附剂性能对CaL技术的研发和推广具有关键意义。一般来说，石灰石的成本由当地的市场价格确定，而吸附剂性能可通过材料改性方法提升。

垃圾焚烧过程中，常通过炉内喷钙以脱除酸性气体，所以在飞灰中大多含有高含量钙质，该特性使垃圾焚烧飞灰有潜力作为钙基二氧化碳吸附剂。而且在钙循环的高温条件下，飞灰中的有机物会分解，重金属会固化，相当于经历了高温烧结过程，解决了焚烧飞灰的脱毒问题。

但生活垃圾的成分决定了飞灰中存在较多氯和碱金属(钠钾)，这些成分在钙循环过程中会导致材料烧结，破坏孔隙结构，使吸附剂很快失活，所以改性过程中需要分离氯和碱金属。同时，在改性飞灰的过程中，还要考虑有机物和重金属是否会造成二次污染。

因此，在选用垃圾焚烧飞灰作为钙基吸附剂材料的来源时，一方面需要提高吸附剂性能，另一方面需要考虑吸附剂制备过程中的二次污染问题，还要尽量降低改性处理成本。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种垃圾焚烧飞灰改性处理方法及其在二氧化碳高温吸附中的应用，以实现飞灰脱氯、重金属固化并将其作为可循环的二氧化碳吸附剂。

本发明所述垃圾焚烧飞灰，收集于垃圾焚烧炉烟道尾部的布袋除尘器或静电除尘器，其前段烟道中加入了用于脱除酸性气体的钙质矿物。

本发明垃圾焚烧飞灰改性处理方法，包括如下步骤：

步骤1：向碱性的碳酸钠溶液中加入垃圾焚烧飞灰和富氧化铝材料，添加过程中不断搅拌，得到悬浊液；