1.本发明属于固废处置与资源化领域，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法。
背景技术：2.危险废物指具有一种或多种危险特性（如具有腐蚀性、有毒、可燃、具有反应性及具有传染性）或很可能损害环境或人体而需要作为危险物处理的固体及液体废物，主要包括工业危险废物和医疗废物。2020年我国危险废物处置量（不含资源化利用）将达2630万t，由于热处理法（焚烧、热解）是危险废物的主要处置方法，因此危险废物焚烧底渣（以下简称危废底渣）产生量也将十分巨大。另一方面，《国家危险废物名录（2016版）》规定危险废物焚烧、热解等处置过程产生的底渣仍然纳入危险废物管理（废物类别hw18，废物代码772-004-18），而我国对于危废底渣主要采用安全填埋的方式进行最终处置。由此可以预见，不断增长的危废底渣产生量势必造成危废填埋场库容的巨大压力。因此，探寻新的危废底渣处置技术，实现焚烧底渣的减量化与资源化利用具有重大的现实意义。
3.目前，垃圾焚烧飞灰一般采用防渗填埋、水泥固化、熔融固化等处置方式。防渗填埋不仅占用了大量土地，容易造成土壤和地下水资源污染，而且二噁英逸出造成空气污染；水泥固化法处置，因重金属不稳定、二噁英富存于除尘灰等造成环境风险；熔融固化法将垃圾焚烧飞灰进行玻璃化，实现了重金属玻璃固化，但没有资源化利用。离子熔融汽化技术是国际上公认的“第三代”彻底处置危废、可实现无害化终极处置的技术，有着其他技术不可比拟的环保优势和巨大的应用前景。等离子体气化熔融技术，通过等离子体提供的高温、高晗以及高活性反应环境，将有机物分解成洁净的小分子无机物，实现了二噁英的裂解。垃圾焚烧飞灰和危废底渣经等离子熔融后成玻璃熔渣，实现了无害化处置，而将玻璃熔渣进行资源化利用是实现垃圾焚烧飞灰和危废底渣高值化价值的主要手段，因此，玻璃熔渣的资源化、高值化处置已成为垃圾焚烧行业亟需解决的重要难题。
4.泡沫微晶玻璃结合了泡沫材料和微晶玻璃材料的特点，具有低密度、高比表面积、高比强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优点，能广泛应用于过滤、吸附、隔热保温领域中。所以利用玻璃熔渣制备泡沫微晶玻璃是一种处理垃圾焚烧飞灰和危废底渣资源化、高值化的有效手段。
5.cn109437573b公开了一种垃圾焚烧飞灰二噁英无害化处理方法，以垃圾焚烧飞灰为主要原料，与废玻璃粉、酸洗污泥和白云石粉混合、压形，经高温熔融制备泡沫微晶玻璃，同时将飞灰中的二噁英高温裂解并将氯原子与碱土金属氧化物反应固化在泡沫微晶玻璃中，产生的烟气通过急冷装置迅速降至200℃以下，避免残余氯化物再次合成二噁英。该发明发泡剂和飞灰、玻璃粉、酸洗污泥混合，在热处理过程中进行发泡，发泡过程不易控制，气泡捕集困难，导致发泡不均匀，亟需开发可一种操作性强的工艺方法。
6.cn106892565a公开了一种由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其包括以下步骤：步骤一：将赤泥、粉煤灰、发泡剂和稳泡剂混合均匀成混合料；步骤二：混合料进行细
磨并过筛筛选得到磨细料；步骤三：磨细料送入反应炉中熔融、保温；步骤四：进行成核、晶化处理，得到泡沫微晶玻璃半成品；步骤五：将泡沫微晶玻璃半成品退火至室温；步骤六：切割得到泡沫微晶玻璃成品。该发明将赤泥、粉煤灰、发泡剂和稳泡剂混合均匀成混合料，在热处理过程中进行发泡，发泡过程不易控制，气泡捕集困难，导致发泡不均匀，亟需开发可一种操作性强的工艺方法。
7.cn102838283a公开了一种利用复合工业废渣生产泡沫微晶玻璃的方法，其特征是将不同工业废渣破碎，按比例混合后研磨成生料粉，将生料粉加热熔化、淬火、干燥后研磨成熟料粉，然后添加晶核剂、发泡剂、稳泡剂、助熔剂、增强剂形成泡沫微晶玻璃配合料，将配合料压制成型后，经过预热、发泡、稳泡、退火阶段，烧成后得到泡沫微晶玻璃。该发明将赤泥、粉煤灰、发泡剂和稳泡剂混合均匀成混合料，在热处理过程中进行发泡，发泡过程不易控制，气泡捕集困难，导致发泡不均匀，亟需开发可一种操作性强的工艺方法。
8.cn102531389a公开一种垃圾焚烧飞灰电弧炉熔融制备微晶玻璃的方法，该方法以水洗处理后的垃圾焚烧飞灰为主要原料，与形核剂tio2、cr2o3混合，采用熔融-两步热处理法制备微晶玻璃，工艺连贯性较好，但包含两个热处理阶段，工艺流程较长，能耗较高。
技术实现要素：9.垃圾焚烧飞灰和危废底渣无害化处置存在着效率低、成本高、能耗高、工艺流程长、可操作性差等问题。因此，急需研发一种绿色环保、工艺简单、可操作性强、高附加值的垃圾焚烧飞灰和危废底渣无害化、高值化处理方法。
10.针对上述技术问题，本发明提供了一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，该方法实现了垃圾焚烧飞灰和危废底渣协同处置，实现了“以废治废、变废为宝”，真正意义上实现了垃圾焚烧飞灰和危废底渣资源化、无害化处置和高值化利用于泡沫保温耐火材料，本发明制备工艺简单，成本低廉，可操作性强，附加值高的特点。
11.为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，以垃圾焚烧飞灰和危废底渣为原料，经等离子高温熔融后得到玻璃熔渣，将得到的玻璃熔渣经预处理后与发泡剂、碱激发剂和稳泡剂混合，在碱性激发剂和发泡剂作用下发生活化反应和起泡反应，经成型、养护得到泡沫玻璃胚体，将得到的泡沫玻璃胚体经核化晶化一步热处理得到泡沫微晶玻璃。
12.上述垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，具体包括以下步骤：步骤1，垃圾焚烧飞灰和危废底渣进行混合，垃圾焚烧飞灰30-70wt.%、危废底渣30-70wt.%，且垃圾焚烧飞灰与危废低渣的总量为100wt.%；原料化学成分组成及范围：sio
2 20-60wt.％，cao 20-60wt.％，mgo 2-15wt.％，al2o
3 2-20wt.％，fe2o
3 2-15wt.％，tio
2 0.5-5wt.％，k2o 1-8wt.%，na2o 1-7wt.%，cuo 0-5wt.%，zno 0-5wt.%,其他0-10wt.%；步骤2，将复配好的垃圾焚烧飞灰和危废底渣混合后，置于等离子体熔融炉中高温熔融后，通过空气急冷得到玻璃熔渣；步骤3，将得到的玻璃熔渣进行干磨、筛分预处理分到基础玻璃粉；步骤4，将基础玻璃粉、发泡剂、稳泡剂和碱激发剂混合；步骤5，将混合好的物料浆料注入到模具中发生活化反应和起泡反应，待反应时间
结束后，密封得到成型的胚体，于养护箱中进行养护；步骤6，将成型的胚体进行核化晶化一步热处理得到泡沫微晶玻璃。
13.作为改进的是，步骤2中等离子熔融的温度为1200-1800℃，保温时间为5-120min；等离子熔融过程中产生的烟气通过烟气急冷装置速降至200℃以下，避免残余氯化物再次合成二噁英。
14.作为改进的是，步骤3中干磨的时间15-120min，球料比1:1-3:1；筛分预处理所用的筛子孔径≤2mm，去除粗料，得到基础玻璃粉。
15.作为改进的是，步骤4中所述碱性激发剂由氢氧化钠和水玻璃按照重量比为1:2-5:1混合而成，且碱性激发剂的加入量为基础玻璃粉的10-20wt.%；发泡剂为h2o2，且加入量为基础玻璃粉的1-8wt.%；稳泡剂由十二烷基苯磺酸钠和三乙醇胺等重量混合而成，且稳泡剂加入量为基础玻璃粉的1-6wt.%。
16.作为改进的是，步骤5中反应时间10-30min，养护温度20-100℃，养护时间2h-24h。
17.作为改进的是，步骤6中热处理温度为700-1000℃，保温时间为0.5-3h，缩短了工艺流程，降低能耗。
18.有益效果：与现有技术相比，本发明一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，将通过等离子高温熔融垃圾焚烧飞灰和危废底渣，原料中的二噁英高温裂解成小分子氯化物挥发至烟气中，通过烟气急冷装置速降至200℃以下，避免残余氯化物再次合成二噁英。利用碱激发剂活化玻璃溶体，玻璃熔渣中sio2和al2o3与在碱激发剂发生活化反应，形成al-o（[alo4]
5-）四面体和si-o四面体（[sio4]
4-）的无定形到半结晶态的硅铝酸盐聚合物，h2o2在碱激发剂的作用下玻璃熔渣的发泡过程大致可以分为气泡核形成、气泡长大、气泡稳定和固化3个阶段，h2o2在碱激发剂的作用下分解为水和氧气，泡效果明显，发泡时间短，常温发泡成型，可操作性强易于控制。
[0019]
具体优势如下：（1）以垃圾焚烧飞灰和危废底渣为原料制备泡沫微晶玻璃，开辟垃垃圾焚烧飞灰和危废底渣全新的资源化利用；（2）垃圾焚烧飞灰中的cao作为泡沫微晶玻璃的钙源，危废底渣sio2作为泡沫微晶玻璃的硅源，满足基础玻璃渣的成分要求；危废底渣中的fe2o3、tio2和重金属作为微晶玻璃的形核剂，增加形核驱动力，促进析晶，满足泡沫微晶玻璃对形核剂的要求；（3）垃圾焚烧飞灰和危废底渣中的na2o和k2o作为微晶玻璃的网络外体，降低了析晶活化能，增加了析晶的驱动力，缩小了形核与析晶的温度差，实现析晶-核化一步热处理方法制备泡沫微晶玻璃，缩短了工艺流程，降低能耗；（4）玻璃熔渣中含有的足够的sio2和al2o3，无需复配其他固废，降低了成分调配工艺难度，玻璃熔渣中sio2和al2o3与在碱激发剂发生活化反应，形成al-o（[alo4]
5-）四面体和si-o四面体（[sio4]
4-）的无定形到半结晶态的硅铝酸盐聚合物；（5）h2o2在碱激发剂的作用下玻璃熔渣的发泡过程大致可以分为气泡核形成、气泡长大、气泡稳定和固化3个阶段，h2o2在碱激发剂的作用下分解为水和氧气，泡效果明显，发泡时间短，常温发泡成型，可操作性强；
（6）垃圾焚烧飞灰中的二噁英经等离子高温熔融后分解成小分子氯化物，通过烟气急冷装置迅速降至200℃以下，避免二噁英重新合成；（7）本发明所述方法利用垃圾焚烧飞灰和危废底渣制备泡沫微晶玻璃，实现了以废治废，增加了垃圾焚烧飞灰和危废底渣附加值；（8）本发明所述方法制备的泡沫微晶玻璃具有隔热、防火、吸声、防潮、轻质、高强等优越的性能；（9）本发明工艺简单、成本低、无污染，可操作性强，易于工业化。
附图说明
[0020]
图1为本发明一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法流程示意图。
具体实施方式
[0021]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0022]
垃圾焚烧飞灰： 焚烧飞灰是市政生活垃圾焚烧处置过程中烟气净化系统的捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰。
[0023]
危废底渣： 危险废物（主要包括工业危险废物和医疗废物）焚烧、热解等处置过程产生的底渣。
[0024]
泡沫微晶玻璃：泡沫微晶玻璃是一种由玻璃相、晶相和气孔三部分组成的新型多功能材料，在它的微晶玻璃基体上均匀分布着气孔结构，气孔内部存在大量微小晶体颗粒，使玻璃和晶相相互交织。
[0025]
实施例130wt.%垃圾焚烧飞灰和70wt.%危废底渣混合均匀后得到的混合物，其中sio2为30wt.％，cao为40wt.％，mgo为3wt.％，al2o3为3wt.％，fe2o3为2wt.％，tio2为3wt.％，k2o为1wt.%，na2o为7wt.%，cuo为3wt.%和zno为5wt.%，其他为3wt.%。
[0026]
将混合物置于1200℃的等离子体熔融炉中高温熔融120min后通过空气急冷得到玻璃熔渣，玻璃熔渣用球磨机干磨15min，球料比1:1，干磨后的玻璃熔渣经孔径2mm筛子进行筛分去除粗料，得到基础玻璃粉。
[0027]
外加1wt.%h2o2（发泡剂），10wt.%碱性激发剂和1wt.%稳泡剂，碱性激发剂为氢氧化钠与水玻璃按照重量比1:2混合而成的混合物，稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠与三乙醇胺等重量混合的混合物。
[0028]
上述物料混合均匀得到浆料，注入到模具进行活化反应和起泡反应10min后，密封于20℃养护24h，脱模后得到的胚体置于700℃的炉中保温3h后，随炉冷却至室温，得到泡沫微晶玻璃产品。
[0029]
等离子熔融过程中产生的烟气进行急冷处理，迅速降至200℃以下避免二噁英重新合成。
[0030]
实施例270wt.%垃圾焚烧飞灰和30wt.%危废底渣混合均匀后得到的混合物，其中sio2为60wt.％，cao为20wt.％，mgo为2wt.％，al2o3为9wt.％，fe2o3为6wt.％，tio2为0.5wt.％，k2o
为1wt.%，na2o为1wt.%，cuo为0wt.%和zno为0wt.%，其他为0.5wt.%。
[0031]
将混合物置于1230℃的等离子体熔融炉中高温熔融115min后，通过空气急冷得到玻璃熔渣，玻璃熔渣用球磨机干磨20min，球料比2:1，干磨后的玻璃熔渣经孔径1.95mm筛子进行筛分去除粗料，得到基础玻璃粉。
[0032]
外加1.5wt.%h2o2（发泡剂），15wt.%碱性激发剂和2wt.%稳泡剂，碱性激发剂为氢氧化钠与水玻璃按照重量比1:1混合而成的混合物，稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠与三乙醇胺等重量混合的混合物。
[0033]
上述物料混合均匀得到浆料，注入到模具进行活化反应和起泡反应11min后，密封于23℃养护23h，脱模后得到的胚体置于1000℃的炉中保温0.5h后，随炉冷却至室温得到泡沫微晶玻璃产品。
[0034]
等离子熔融过程中产生的烟气进行急冷处理，迅速降至200℃以下避免二噁英重新合成。
[0035]
实施例365wt.%垃圾焚烧飞灰和35wt.%危废底渣混合均匀后得到的混合物，其中sio2为40wt.％，cao为30wt.％，mgo为15wt.％，al2o3为3wt.％，fe2o3为2wt.％，tio2为0.5wt.％，k2o为1wt.%，na2o为1wt.%，cuo为5wt.%和zno为0wt.%，其他为2.5wt.%。
[0036]
将混合物置于1260℃的等离子体熔融炉中高温熔融110min后通过空气急冷得到玻璃熔渣，玻璃熔渣用球磨机干磨25min，球料比3:1，干磨后的玻璃熔渣经孔径1.9mm筛子进行筛分去除粗料，得到基础玻璃粉。
[0037]
外加2wt.%h2o2（发泡剂），12wt.%碱性激发剂和3wt.%稳泡剂，碱性激发剂为氢氧化钠与水玻璃按照重量比为3:1的混合物，稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠与三乙醇胺等重量混合的混合物。
[0038]
上述物料混合均匀得到浆料，注入到模具进行活化反应和起泡反应12min后，密封于26℃养护22h，脱模后得到的胚体置于720℃的炉中保温2.8h后，随炉冷却至室温得到泡沫微晶玻璃产品。
[0039]
等离子熔融过程中产生的烟气进行急冷处理，迅速降至200℃以下避免二噁英重新合成。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
技术特征：1.一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，以垃圾焚烧飞灰和危废底渣为原料，经等离子高温熔融后得到玻璃熔渣，将得到的玻璃熔渣经预处理后与发泡剂、碱激发剂和稳泡剂混合，在碱性激发剂和发泡剂作用下发生活化反应和起泡反应，经成型、养护得到泡沫玻璃胚体，将得到的泡沫玻璃胚体经核化晶化一步热处理得到泡沫微晶玻璃。2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，垃圾焚烧飞灰和危废底渣进行混合，垃圾焚烧飞灰30-70wt.%、危废底渣30-70wt.%，且垃圾焚烧飞灰与危废低渣的总量为100wt.%；原料化学成分组成及范围：sio
2 20-60wt.％，cao 20-60wt.％，mgo 2-15wt.％，al2o
3 2-20wt.％，fe2o
3 2-15wt.％，tio
2 0.5-5wt.％，k2o 1-8wt.%，na2o 1-7wt.%，cuo 0-5wt.%，zno 0-5wt.%,其他0-10wt.%；步骤2，将复配好的垃圾焚烧飞灰和危废底渣混合后，置于等离子体熔融炉中高温熔融后，通过空气急冷得到玻璃熔渣；步骤3，将得到的玻璃熔渣进行干磨、筛分预处理分到基础玻璃粉；步骤4，将基础玻璃粉、发泡剂、稳泡剂和碱激发剂混合；步骤5，将混合好的物料浆料注入到模具中发生活化反应和起泡反应，待反应时间结束后，密封得到成型的胚体，于养护箱中进行养护；步骤6，将成型的胚体进行核化晶化一步热处理得到泡沫微晶玻璃。3.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，步骤2中等离子熔融的温度为1200-1800℃，保温时间为5-120min；等离子熔融过程中产生的烟气通过烟气急冷装置速降至200℃以下，避免残余氯化物再次合成二噁英。4.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，步骤3中干磨的时间15-120min，球料比1:1-3:1；筛分预处理所用的筛子孔径≤2mm，去除粗料，得到基础玻璃粉。5.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，步骤4中所述碱性激发剂由氢氧化钠和水玻璃按照重量比为1:2-5:1混合而成，且碱性激发剂的加入量为基础玻璃粉的10-20wt.%；发泡剂为h2o2，且加入量为基础玻璃粉的1-8wt.%；稳泡剂由十二烷基苯磺酸钠和三乙醇胺等重量混合而成，且稳泡剂加入量为基础玻璃粉的1-6wt.%。6.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，步骤5中反应时间10-30min，养护温度20-100℃，养护时间2h-24h。7.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，步骤6中热处理温度为700-1000℃，保温时间为0.5-3h。
技术总结本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰协同危废底渣制备泡沫微晶玻璃的方法，属于固废处置与资源化领域。该方法以垃圾焚烧飞灰和危废底渣为原料，经等离子高温熔融后得到玻璃熔渣，将得到的玻璃熔渣经干磨、筛分后与发泡剂、碱激发剂和稳泡剂混合，在碱性激发剂和发泡剂作用下发生活化反应和起泡反应，经成型、养护得到泡沫玻璃胚体，将得到的泡沫玻璃胚体经核化晶化一步热处理得到泡沫微晶玻璃。本发明将等离子高温熔融产生的烟气通过烟气急冷装置速降至200℃以下，避免残余氯化物再次合成二噁英。本发明实现了垃圾焚烧飞灰和危废底渣协同处置，实现了“以废治废、变废为宝”，具有工艺简单，成本低廉，可操作性强，附加值高的优点。附加值高的优点。附加值高的优点。
技术研发人员：赵世珍 胡明 宫臣 徐鹏程 虎训 肖诚斌 赵彬
受保护的技术使用者：光大环境科技（中国）有限公司 光大环保技术研究院（南京）有限公司
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2022/7/5
