一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法及保温矿物棉和用途

1.本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法及保温矿物棉和用途。


背景技术：

2.城市生活垃圾焚烧飞灰的成分受焚烧垃圾底物以及焚烧工艺等因素的影响会有所不同，但主要成分为cao、sio2、al2o3和氯盐，其中氯盐主要包括nacl、kcl、cacl2等物质。由于飞灰中含有重金属与少量二噁英，因此属于危险固体废弃物。
3.现有的城市生活垃圾焚烧飞灰的总量十分庞大且逐年递增，而目前飞灰资源化利用的途径比较有限，多为制备水泥、混凝土、陶粒、玻璃体等建筑材料。同时，飞灰中的重金属也可能在资源化产品被填埋或利用的过程中不慎渗出。
4.针对飞灰的处理已有较多研究，如cn109908527a公开了一种垃圾飞灰处理装置及处理垃圾飞灰的方法，该垃圾飞灰处理装置包括装置主体、过滤层、阴极板和阳极管，装置主体内形成有反应腔，反应腔设有进水口和出水口；过滤层设置于反应腔内且将反应腔自上至下间隔为上腔体和下腔体；阴极板设于下腔体且将所述下腔体自上至下间隔为上层和下层，阴极板上开设有让位孔，阴极板用于使溶解有重金属的水溶液在电流作用下朝向阴极板迁移后排出；阳极管设于上腔体并向下延伸至穿过让位孔且通过一绝缘层与阴极板连接，阳极管用于使溶解于水中的氯离子在电流作用下迁移后排出。该方法通过同一反应装置能够同时去除垃圾飞灰中的氯离子和重金属，但无法实现飞灰的资源化利用。
5.cn107555954a公开了一种垃圾焚烧飞灰的预处理及应用于高强度空心砖的制备，该方法将飞灰中的重金属处理后直接造粒，然后将飞灰颗粒填充入空心砖中心胚体的通孔中，可以利用飞灰颗粒的支撑提高空心砖的强度，并且飞灰颗粒之间有一定空隙，可以保持空心砖的轻质特点，但该方法对飞灰的处理量小，仅以添加剂的形式加入，难以实现飞灰的大规模处理。
6.cn107159678a公开了一种铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法，所述方法将垃圾飞灰、石灰乳、易燃性固体燃料和污泥四种组分混合造粒、干燥，得到含垃圾飞灰的小球；铁矿烧结原料造粒后与所述含垃圾飞灰的小球混合，布料后进行点火、烧结，但该方法仅仅将飞灰固化，并未较好地实现飞灰产品化利用。
7.由此表明，需要开发一种将飞灰充分利用转化为产品的方法。


技术实现要素：

8.为解决上述技术问题，本发明提供垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法有效处置了垃圾飞灰含有的重金属和二噁英，同时利用了垃圾飞灰的废弃资源，而且制得的矿物纤维经塑性和包装即可制得保温矿物棉，具有密度轻、导热系数低以及不易燃的优势，应用前景广阔。
9.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
10.第一方面，本发明提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法包括：
11.(1)混合垃圾飞灰和酸性调质剂，进行等离子体熔融，得到熔融体；
12.(2)步骤(1)所述熔融体经成纤，制备矿物纤维。
13.本发明提供的垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法通过将垃圾飞灰与酸性调质剂混合后熔融制得矿物纤维，不仅实现了垃圾飞灰的资源化处理，而且制得的矿物纤维具有密度轻以及导热系数小的优势，性能优良，酸度系数达到国家标准，应用前景广阔。
14.优选地，所述垃圾飞灰按质量分数包括如下组分：
[0015][0016]
本发明所述垃圾飞灰中钙含量高，熔融后其黏度和熔点均不在理想范围内，难以进行拉丝成纤。
[0017]
所述垃圾飞灰中sio2的含量4～20wt.％，例如可以是4wt.％、6wt.％、8wt.％、10wt.％、12wt.％、13wt.％、15wt.％、17wt.％、19wt.％或20wt.％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]
所述垃圾飞灰中al2o3的含量1～10wt.％，例如可以是1wt.％、2wt.％、3wt.％、4wt.％、5wt.％、6wt.％、7wt.％、8wt.％、9wt.％或10wt.％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]
所述垃圾飞灰中cao的含量30～45wt.％，例如可以是30wt.％、32wt.％、34wt.％、35wt.％、37wt.％、39wt.％、40wt.％、42wt.％、44wt.％或45wt.％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]
所述垃圾飞灰中mgo的含量1～3wt.％，例如可以是1wt.％、1.3wt.％、1.5wt.％、1.7wt.％、1.9wt.％、2.2wt.％、2.4wt.％、2.6wt.％、2.8wt.％或3wt.％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]
优选地，所述垃圾飞灰按质量分数还包括1～3wt.％的fe2o3，例如可以是1wt.％、1.3wt.％、1.5wt.％、1.7wt.％、1.9wt.％、2.2wt.％、2.4wt.％、2.6wt.％、2.8wt.％或3wt.％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]
优选地，所述垃圾飞灰按质量分数还包括6～15wt.％的na2o，例如可以是6wt.％、7wt.％、8wt.％、9wt.％、10wt.％、11wt.％、12wt.％、13wt.％、14wt.％或15wt.％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0023]
优选地，所述垃圾飞灰按质量分数还包括2～7wt.％的k2o，例如可以是2wt.％、2.6wt.％、3.2wt.％、3.7wt.％、4.3wt.％、4.8wt.％、5.4wt.％、5.9wt.％、6.5wt.％或
7wt.％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0024]
优选地，所述垃圾飞灰按质量分数还包括20～30wt.％的氯盐，例如可以是20wt.％、21.2wt.％、22.3wt.％、23.4wt.％、24.5wt.％、25.6wt.％、26.7wt.％、27.8wt.％、28.9wt.％或30wt.％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]
本发明所述垃圾飞灰还含有氯盐，在加热熔融过程中氯盐容易分解挥发，本发明可将加热过程中排放出来的尾气进行回收，并能够保障保温矿物棉的品质。
[0026]
优选地，所述垃圾飞灰中还含有二噁英。
[0027]
本发明垃圾飞灰中的二噁英会在加热过程中挥发，以尾气的形式进行收集或净化，实现了垃圾飞灰中二噁英的处理，最大程度地降低二次污染。
[0028]
优选地，所述氯盐包括氯化钠、氯化钾或氯化钙中的任意一种或至少两种的组合，其中典型非限制性的组合为氯化钠和氯化钾的组合，氯化钾和氯化钙的组合，氯化钙和氯化钠的组合。
[0029]
优选地，所述酸性调质剂包括废玻璃。
[0030]
本发明将城市生活垃圾焚烧飞灰与废玻璃按照一定的配比调质到确定的酸度系数，然后通过等离子体熔融的方法，直至其达到熔融状态，能够同时提高酸度系数和降低熔点，既保障了矿物纤维达到国家标准，又能够降低熔点，便于熔融和拉丝成纤，降低了能耗。
[0031]
优选地，所述废玻璃包括废玻璃渣、废玻璃片或废玻璃粉中的任意一种或至少两种的组合，其中典型非限制性的组合为废玻璃渣和废玻璃片的组合，废玻璃片和废玻璃粉的组合，废玻璃渣和废玻璃粉的组合。
[0032]
优选地，所述废玻璃中按氧化物计，二氧化硅的质量百分含量＞85wt％，例如可以是85wt％、87wt％、88wt％、89wt％、90wt％、91wt％、92wt％、93wt％、94wt％或95wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0033]
本发明采用废玻璃中控制二氧化硅的含量，从而能够更好地调节熔融体的黏度、酸度系数和熔点，提高最终矿物纤维的品质。
[0034]
优选地，所述酸性调质剂占熔融体的质量比为30～50％，例如可以是30％、32.3％、34.5％、36.7％、38.9％、41.2％、43.4％、45.6％、47.8％或50％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0035]
本发明将酸性调质剂以30％～50％的比例添加至飞灰中，使调质之后的混合物的酸度系数m
k
值位于1.0～2.5之间，达到国家规定建筑用矿物棉的酸度系数标准。
[0036]
优选地，所述等离子体熔融的温度为1400～1600℃，例如可以是1400℃、1423℃、1445℃、1467℃、1489℃、1512℃、1534℃、1556℃、1578℃或1600℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0037]
优选地，所述等离子体熔融的时间为1～4h，例如可以是1h、1.4h、1.7h、2h、2.4h、2.7h、3h、3.4h、3.7h或4h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0038]
优选地，在所述等离子熔融之前还包括加热升温处理。
[0039]
优选地，在所述加热升温处理中收集废气或净化废气。
[0040]
本发明通过在加热处理中收集废气或净化废气，实现了垃圾飞灰中氯盐和二噁英
的处理，最大程度地降低二次污染。
[0041]
优选地，所述熔融体的酸度系数m
k
值为1.0～2.5，例如可以是1.0、1.2、1.4、1.5、1.7、1.9、2、2.2、2.4或2.5等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0042]
优选地，所述熔融体的熔点为1000～1200℃，例如可以是1000℃、1023℃、1045℃、1067℃、1089℃、1112℃、1134℃、1156℃、1178℃或1200℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0043]
优选地，所述熔融体的黏度为1～8pa
·
s，例如可以是1pa
·
s、1.8pa
·
s、2.6pa
·
s、3.4pa
·
s、4.2pa
·
s、4.9pa
·
s、5.7pa
·
s、6.5pa
·
s、7.3pa
·
s或8pa
·
s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1～3pa
·
s。
[0044]
优选地，所述熔融体的流量为1.5～4t/h，例如可以是1.5t/h、1.8t/h、2.0t/h、2.2t/h、2.5t/h、2.8t/h、3.0t/h、3.2t/h、3.5t/h、3.8t/h或4t/h等。
[0045]
优选地，所述成纤的方法包括喷吹法、离心法或拉丝法。
[0046]
优选地，所述离心法中离心转速为2200～4000r/min，例如可以是2200r/min、2400r/min、2600r/min、2800r/min、3000r/min、3200r/min、3400r/min、3600r/min、3800r/min或4000r/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0047]
作为本发明优选地技术方案，所述方法包括如下步骤：
[0048]
(1)混合垃圾飞灰和废玻璃，在1400～1600℃下进行等离子体熔融，等离子体熔融的时间为1～4h，得到酸度系数m
k
值为1.0～2.5，熔点为1000～1200℃，黏度为1～8pa
·
s的熔融体；所述酸性调质剂占熔融体的质量比为30～50％；
[0049]
(2)步骤(1)所述熔融体经转速为2200～4000r/min的离心成纤，制备矿物纤维。
[0050]
第二方面，本发明提供一种保温矿物棉的制备方法，所述制备方法包括：将第一方面所述的垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法制得的矿物纤维塑性和包装，得到保温矿物棉。
[0051]
本发明对矿物纤维进行产品塑形与包装，最终得到保温矿物棉产品，实现了对城市生活垃圾焚烧飞灰的减量化和资源化利用。所述矿物纤维来源广阔，成本低，产品具有密度轻、导热系数小、不易燃、防蛀、价廉、耐腐蚀、化学稳定性好等特点，是优良的保温矿物棉原材料。
[0052]
第三方面，本发明提供一种保温矿物棉，所述保温矿物棉由第二方面所述的保温矿物棉的制备方法制得。
[0053]
第四方面，根据第三方面所述的保温矿物棉在建筑领域或保温材料领域中的用途。
[0054]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0055]
(1)本发明提供的垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法通过将垃圾飞灰与酸性调质剂混合后再进行等离子体熔融和成纤，混合后熔融体的酸度系数在1.0～2.5之间，且黏度≤3.0pa
·
s的同时熔点≤1200℃，更有利于矿物纤维的制备，降低了能耗，为飞灰的资源化利用拓宽了新的方向；
[0056]
(2)本发明提供的保温矿物棉密度低且导热系数低，保温矿物棉的导热系数≤0.1w/(m
·
k)，密度≤120kg/m3，能够广泛应用于建筑材料和保温材料技术领域，应用前景
广阔。
具体实施方式
[0057]
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0058]
一、实施例
[0059]
实施例1
[0060]
本实施例提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法包括：
[0061]
(1)混合垃圾飞灰和废玻璃，加热升温至1500℃，在1500℃下进行等离子体熔融，等离子体熔融的时间为3h，得到熔融体；所述废玻璃占熔融体的质量比为30％；
[0062]
(2)步骤(1)所述熔融体以1.5t/h的流量通过活动的引流槽引流至成纤设备中，经所述成纤设备的四辊离心机进行2500r/min离心成纤，制得矿物纤维。
[0063]
其中，所述垃圾飞灰根据xrf分析并以氧化物的形式表示，按质量分数包括如下组分：sio2：15wt.％，al2o3：1wt.％，cao：30wt.％，mgo：2wt.％，fe2o3：2wt.％，na2o：10wt.％，k2o：5wt.％，氯化物：25wt.％，重金属等其他：10wt.％；所述废玻璃为废玻璃粉，按质量分数包括如下组分：sio2：85wt.％，al2o3：8wt.％，na2o：5wt.％，其他：2wt.％。
[0064]
实施例2
[0065]
本实施例提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法包括：
[0066]
(1)混合垃圾飞灰和废玻璃，加热升温至1400℃，在1400℃下进行等离子体熔融，等离子体熔融的时间为4h，得到熔融体；所述废玻璃占熔融体的质量比为40％；
[0067]
(2)步骤(1)所述熔融体以4t/h的流量通过活动的引流槽引流至成纤设备中，经所述成纤设备的四辊离心机进行2200r/min离心成纤，制得矿物纤维。
[0068]
其中，所述垃圾飞灰根据xrf分析并以氧化物的形式表示，按质量分数包括如下组分：sio2：4wt.％，al2o3：10wt.％，cao：45wt.％，mgo：3wt.％，fe2o3：1wt.％，na2o：6wt.％，k2o：2wt.％，氯化物：20wt.％，重金属等其他：9wt.％；所述废玻璃为废玻璃粉，按质量分数包括如下组分：sio2：88wt.％，al2o3：4wt.％，na2o：7wt.％，其他：1wt.％。
[0069]
实施例3
[0070]
本实施例提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法包括：
[0071]
(1)混合垃圾飞灰和废玻璃，加热升温至1600℃，在1600℃下进行等离子体熔融，等离子体熔融的时间为1h，得到熔融体；所述废玻璃占熔融体的质量比为32％；
[0072]
(2)步骤(1)所述熔融体以2.5t/h的流量通过活动的引流槽引流至成纤设备中，经所述成纤设备的四辊离心机进行4000r/min离心成纤，制得矿物纤维。
[0073]
其中，所述垃圾飞灰根据xrf分析并以氧化物的形式表示，按质量分数包括如下组分：sio2：18wt.％，al2o3：5wt.％，cao：32wt.％，mgo：2wt.％，fe2o3：2.5wt.％，na2o：6.5wt.％，k2o：3.5wt.％，氯化物：29wt.％，重金属等其他：1.5wt.％；所述废玻璃为废玻璃粉，按质量分数包括如下组分：sio2：90wt.％，al2o3：5wt.％，na2o：4.5wt.％，其他：0.5wt.％。
[0074]
实施例4
[0075]
本实施例提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法中除按
照废玻璃粉的组成调配酸性调质剂，其按质量分数包括如下组分：sio2：86wt.％，al2o3：7wt.％，na2o：5wt.％，其他：2wt.％；即以氧化物计二氧化硅的含量为86％，并采用氧化铝代替二氧化硅外，其余均与实施例1相同。
[0076]
实施例5
[0077]
本实施例提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法中除按照废玻璃粉的组成调配酸性调质剂，其按质量分数包括如下组分：sio2：92wt.％，al2o3：1wt.％，na2o：5wt.％，其他：2wt.％；即以氧化物计二氧化硅的含量为92％，并采用氧化铝代替二氧化硅外，其余均与实施例1相同。
[0078]
实施例6
[0079]
本实施例提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法中除步骤(1)中所述酸性调质剂占熔融体的质量比为48％外，其余均与实施例2相同。
[0080]
实施例7
[0081]
本实施例提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法中除步骤(1)中所述酸性调质剂占熔融体的质量比为35％外，其余均与实施例2相同。
[0082]
实施例8
[0083]
本实施例提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法中除熔融体以1.0t/h的流量通过活动的引流槽引流至成纤设备外，其他组成均与实施例3相同。
[0084]
实施例9
[0085]
本实施例提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法中除熔融体以5t/h的流量通过活动的引流槽引流至成纤设备外，其他组成均与实施例3相同。
[0086]
实施例10
[0087]
本对比例提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法中除加入二氧化硅作为酸性调质剂外，其余均与实施例1相同。
[0088]
对比例1
[0089]
本对比例提供一种垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法中除不加入废玻璃粉作为酸性调质剂外，其余均与实施例1相同。
[0090]
应用例1～10和应用对比例1
[0091]
采用实施例1～10和对比例1制备得到的矿物纤维进行塑性和包装，得到保温矿物棉。
[0092]
二、测试及结果
[0093]
根据《gb/t25975
‑
2010建筑外墙外保温用岩棉制品》、《gb/t19686
‑
2015建筑用岩棉绝热制品》、《gb/t11835
‑
2016绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》等相关国家标准，对以上调质后的熔融体进行酸度系数计算，并测得熔融体的黏度，并测得保温矿物棉的导热系数和密度，其结果如表1所示。
[0094]
表1
[0095][0096][0097]
从表1可以看出以下几点：
[0098]
(1)综合实施例1～10可以看出，本发明提供的垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，通过将垃圾飞灰与酸性调质剂混合后再进行等离子体熔融，混合后熔融体的酸度系数在1.0～2.5之间，且黏度≤3.0pa
·
s的同时熔点≤1200℃，更有利于矿物纤维的制备，降低了能耗，制得的保温矿物棉的导热系数≤0.1w/(m
·
k)，密度≤120kg/m3，可用作建筑物的墙体、屋顶、天花板等处的保温隔热材料，冷库保冷及热力管道的保温材料等，应用前景广阔；
[0099]
(2)综合实施例1和实施例10可以看出，实施例1中能够同时充分利用垃圾飞灰和废玻璃，而实施例10中无法实现废玻璃和飞灰的同时利用，由此表明，本发明选用废玻璃作为调质剂，提高了资源利用率；
[0100]
(3)综合实施例1和对比例1可以看出，实施例1中加入了废玻璃作为调质剂，相较于对比例1中不加入废玻璃而言，实施例1中混合后的熔融体的熔点仅为1114℃，而对比例1中的熔点达到了1440℃，矿物纤维的制备能耗高，由此表明，本发明通过选用废玻璃作为调质剂，降低了能耗。
[0101]
综上所述，本发明提供垃圾飞灰等离子体熔融制备矿物纤维的方法，所述方法同
时实现了煤气化炉渣的物质资源和热量资源利用，而且制得的矿物纤维镜塑性和包装即可制得保温矿物棉，具有密度轻、导热系数低，其中，导热系数≤0.1w/(m
·
k)，密度≤120kg/m3，应用前景广阔。
[0102]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。