一種可捕集半揮發(fā)性重金屬的改性高嶺土的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及垃圾焚燒技術(shù)和大氣污染物控制領(lǐng)域，具體涉及一種可捕集半揮發(fā)性 重金屬的改性高嶺土及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化進(jìn)程加快和城市人口膨脹，中國(guó)的中大型城市不同程度的出現(xiàn)了垃圾 圍城的困境，城市生活垃圾處理處置問(wèn)題制約了城市發(fā)展。較傳統(tǒng)的垃圾填埋處理，垃圾焚 燒處理具有占地面積小，垃圾處理量大，垃圾減容率高以及廢物變能源的優(yōu)點(diǎn)，目前被認(rèn)為 是緩解垃圾圍城問(wèn)題的最有效的方法之一?！?十二五"全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施 建設(shè)規(guī)劃》要求，"到2015年，全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理設(shè)施能力達(dá)到無(wú)害化處理總能力 的35%以上，其中東部地區(qū)達(dá)到48%以上"。因此，中國(guó)的垃圾焚燒處理設(shè)施建設(shè)將繼續(xù)保 持高速增長(zhǎng)。
[0003] 垃圾焚燒雖然具有上述優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)具備大氣污染的缺點(diǎn)，比如半揮發(fā)性重金 屬排放問(wèn)題。城市生活垃圾中含有半揮發(fā)性重金屬，如Pb、Cd、Zn等，主要存在于油墨、染 料、涂料、電子廢棄物中、塑料、橡膠和電池等中。當(dāng)這些垃圾進(jìn)入焚燒爐內(nèi)，高溫下會(huì)揮發(fā) 至煙氣中并隨煙氣離開(kāi)爐膛；經(jīng)過(guò)換熱器后煙氣溫度逐步降低，半揮發(fā)性重金屬蒸汽容易 通過(guò)均相成核和異相成核富集在PMi甚至ΡΜα1顆粒物中。目前垃圾焚燒電廠使用的電除塵 器（ESP)或布袋除塵器等無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)PMi的高效捕集，對(duì)ΡΜαι的捕集效率則更差。當(dāng)這些 高毒性的細(xì)顆粒物以氣溶膠的形式排放到大氣中，可以通過(guò)大氣運(yùn)動(dòng)傳播而很難沉降，最 終通過(guò)直接吸入或食物鏈等方式對(duì)人類(lèi)生命健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。
[0004] 利用高嶺土作為垃圾焚燒添加劑，在焚燒爐內(nèi)的高溫下捕集半揮發(fā)性重金屬的技 術(shù)已經(jīng)得到了一定程度的研究。高溫下高嶺土可以與重金屬蒸汽發(fā)生化學(xué)吸附反應(yīng)，生成 不易揮發(fā)和浸出的硅鋁酸鹽，然后融化的高嶺土表面還可以在凝固之前粘附已經(jīng)生成的細(xì) 顆粒物。垃圾中通常含有較多C1元素，容易在爐內(nèi)高溫下生成HC1氣體。目前的研究表 明，HC1對(duì)高嶺土化學(xué)吸附半揮發(fā)性重金屬蒸汽具有非常嚴(yán)重的抑制作用，HC1的出現(xiàn)嚴(yán)重 降低了高嶺土對(duì)半揮發(fā)性重金屬的捕集效率。主要原因是HC1的出現(xiàn)導(dǎo)致了半揮發(fā)性重金 屬由易化學(xué)吸附的氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)殡y化學(xué)吸附的氯化物。因此如何提高高嶺土與半揮發(fā)性重 金屬蒸汽的反應(yīng)性是目前實(shí)現(xiàn)高嶺土性能突破的關(guān)鍵點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)高嶺土在含HC1氣氛下對(duì)焚燒煙氣中半揮發(fā)性重金屬捕集效率低 的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種可捕集半揮發(fā)性重金屬的改性高嶺土的制備方法，目的在于通過(guò) 改性提高高嶺土與半揮發(fā)性重金屬氯化物的反應(yīng)性，從而提升高嶺土作為垃圾添加劑控制 半揮發(fā)性重金屬排放的性能。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明的可捕集半揮發(fā)性重金屬的改性高嶺土的制備方法，其特征在 于以原生高嶺土粉末為原料，經(jīng)過(guò)煅燒、酸性溶液常壓浸漬、干燥、堿性溶液加壓水熱、低溫 活化以及干燥制粉而制備完成。
[0007] 該方法具體包括以下步驟：
[0008] 1).選取過(guò)100目篩（最好給一個(gè)區(qū)間）的原生高嶺土粉末；
[0009] 2).對(duì)原生高嶺土粉末進(jìn)行高溫煅燒，制得初步活化高嶺土；其中，煅燒溫度為 700~900°C，煅燒時(shí)間為1~2h;
[0010] 3).將初步活化高嶺土浸漬在鹽酸溶液中，形成固液混合物；
[0011] 4).對(duì)上述的固液混合物進(jìn)行常壓加熱攪拌，其中加熱溫度為90~120°C，攪拌時(shí) 間為8~24h;
[0012] 5).對(duì)常壓加熱攪拌后的固液混合物進(jìn)行加熱干燥，制得初步改性高嶺土，其中加 熱溫度為110~200°C，加熱時(shí)間為8~10h;
[0013] 6).將初步改性高嶺土浸漬在NaOH或Κ0Η溶液中；
[0014] 7).對(duì)初步改性高嶺土與NaOH或Κ0Η溶液的固液混合物進(jìn)行加壓加熱，制得次 步改性高嶺土，其中壓力為1. 8~3. 5MPa，加熱溫度為170~320°C，加壓加熱時(shí)間為8~ 24h；
[0015] 8).對(duì)次步改性高嶺土進(jìn)行加熱干燥活化和破碎，制得最終的改性高嶺土成品，其 中加熱干燥活化溫度為250~300°C，干燥時(shí)間為10~24h，破碎粒徑為150~5000目。
[0016]其中：
[0017] 步驟3)中，鹽酸溶液質(zhì)量濃度為5~15%，高嶺土與鹽酸溶液混合的固液比為 1:20 ~1:100g/mL〇
[0018] 步驟6)中，NaOH或Κ0Η溶液濃度為0.2~lmol/L，初步改性高嶺土與NaOH或Κ0Η 溶液的固液比為1:10~l:50g/mL。
[0019] 有益效果：本發(fā)明具有如下的特色及優(yōu)點(diǎn)：
[0020] (1)綜合使用了煅燒、酸浸漬和堿浸漬手段，改變了高嶺土的構(gòu)型和成分，從而提 高了高嶺土在焚燒爐內(nèi)化學(xué)吸附半揮發(fā)性重金屬氧化物蒸汽的能力以及物理粘附超細(xì)顆 粒物的能力。
[0021] (2)在高嶺土初步活化的基礎(chǔ)上，通過(guò)堿性溶液加壓加熱手段，重構(gòu)了高嶺土表面 羥基官能團(tuán)，從而提高了高嶺土在焚燒爐內(nèi)化學(xué)吸附半揮發(fā)性重金屬氯化物蒸汽的能力， 使高嶺土在控制半揮發(fā)性重金屬排放時(shí)具有較好的抗HC1抑制能力。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023] 本發(fā)明的可捕集半揮發(fā)性重金屬的改性高嶺土的制備方法包括以下步驟：
[0024] 1)選取過(guò)100目篩的原生高嶺土粉末；
[0025] 2)對(duì)原生高嶺土進(jìn)行高溫煅燒，制得初步活化高嶺土，其中煅燒溫度為700~ 900°C，煅燒時(shí)間為1~2h;
[0026]3)將初步活化高嶺土浸漬在鹽酸溶液中，其中鹽酸溶液質(zhì)量濃度為5~15%，高 嶺土與鹽酸溶液混合的固液比為1:20~l:100g/mL;
[0027] 4)對(duì)初步活化高嶺土與鹽酸溶液的固液混合物進(jìn)行常壓加熱攪拌，其中加熱溫度 為90~120°C，攪拌時(shí)間為8~24h;
[0028] 5)對(duì)常壓加熱攪拌后的固液混合物進(jìn)行加熱干燥，制得初步改性高嶺土，其中加 熱溫度為110~200°C，加熱時(shí)間為8~10h;
[0029] 6)將初步改性高嶺土浸漬在NaOH或Κ0Η溶液中，其中NaOH或Κ0Η溶液濃度為 0. 2~lmol/L，初步改性高嶺土與NaOH或Κ0Η溶液的固液比為1:10~1:50g/mL;
[0030] 7)對(duì)初步改性高嶺土與NaOH或Κ0Η溶液的固液混合物進(jìn)行加壓加熱，制得次步改 性高嶺土，其中壓力為1. 8~3. 5MPa，加熱溫度為170~320°C，加壓加熱時(shí)間為8~24h;
[0031] 8)對(duì)次步改性高嶺土進(jìn)行加熱干燥活化和破碎，制得最終的改性高嶺土成品，其 中加熱干燥活化溫度為250~300°C，干燥時(shí)間為10~24h，破碎粒徑為150~5000目。
[0032]實(shí)例：
[0033] 選取過(guò)100目的原生高嶺土，在750°C下使用馬弗爐煅燒1. 5h，制得初步活化高嶺 土；將初步活化高嶺土與質(zhì)量濃度10%鹽酸溶液以固液比l:30g/mL混合后，在100°C下攪 拌8h;在170°C下對(duì)固液混合物加熱干燥8h，制得初步改性高嶺土；將初步改性高嶺土以 l:20g/mL的固液比浸漬在0. 5mol/L的NaOH溶液中，在2MPa、200°C下加壓加熱10h，制得 次步改性高嶺土；在300°C下對(duì)次步改性高嶺土進(jìn)行加熱干燥活化10h，然后破碎過(guò)150~ 5000目篩網(wǎng)，制得一種可捕集半揮發(fā)性重金屬的改性高嶺土。
[0034] 依據(jù)中國(guó)城市生活垃圾組分特點(diǎn)配置模擬垃圾，具體組分如表1所示。添加重金 屬醋酸鹽模擬垃圾中的重金屬，添加組分如表2所示。
[0035] 表1模擬垃圾組分
[0036]
[0037] 表2重金屬添加量及添加成分（占干基總重的比例）
[0038]
[0039] 在一臺(tái)加料量為lkg/h的小型電加熱流化床焚燒爐內(nèi)進(jìn)行模擬垃圾焚燒，密相區(qū) 750°C，稀相區(qū)850°C，尾氣經(jīng)過(guò)袋式除塵器。高嶺土與模擬垃圾以質(zhì)量比1:200均勻混合， 進(jìn)入焚燒爐內(nèi)控制Zn、Pb和Cd排放。由于袋式除塵器后的煙氣溫度為120°C以內(nèi)，半揮發(fā) 性重金屬均為固態(tài)，所以僅對(duì)煙氣中的飛灰進(jìn)行采樣。袋式除塵器后排放的重金屬采用兩 種采樣方式，第一種為使用濾筒進(jìn)行飛灰等速采樣，收集到的重金屬量稱(chēng)為總排放量；第二 種為使用低壓沖擊器（LPI)進(jìn)行顆粒物等速分級(jí)采樣。使用原生高嶺土和改性高嶺土對(duì)重 金屬總排放量控制效率以及以式存在的重金屬排放控制效率如表3所示。由表3可 以看出使用改性高嶺土控制重金屬排放效率顯著高于使用原生高嶺土。高嶺土經(jīng)過(guò)改性， 對(duì)Zn和Pb的排放控制效率提升了 1倍左右。原生高嶺土對(duì)高毒性的Cd元素排放基本無(wú) 控制能力，經(jīng)過(guò)改性后的高嶺土對(duì)Cd排放控制效率提升了 10倍左右。
[0040] 表3原生高嶺土對(duì)重金屬排放的控制效率，％
[0041 ]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可捕集半揮發(fā)性重金屬的改性高嶺土的制備方法，其特征在于以原生高嶺土粉 末為原料，經(jīng)過(guò)煅燒、酸性溶液常壓浸漬、干燥、堿性溶液加壓水熱、低溫活化以及干燥制粉 而制備完成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可捕集半揮發(fā)性重金屬的改性高嶺土的制備方法，其特征在 于，該方法具體包括以下步驟： 1) .選取過(guò)100目篩的原生高嶺土粉末； 2) .對(duì)原生高嶺土粉末進(jìn)行高溫煅燒，制得初步活化高嶺土；其中，煅燒溫度為700~ 900°C，煅燒時(shí)間為1~2h; 3) .將初步活化高嶺土浸漬在鹽酸溶液中，形成固液混合物； 4) .對(duì)上述的固液混合物進(jìn)行常壓加熱攪拌，其中加熱溫度為90~120°C，攪拌時(shí)間為 8 ~24h; 5) .對(duì)常壓加熱攪拌后的固液混合物進(jìn)行加熱干燥，制得初步改性高嶺土，其中加熱溫 度為110~200°C，加熱時(shí)間為8~10h; 6) .將初步改性高嶺土浸漬在NaOH或K0H溶液中； 7) .對(duì)初步改性高嶺土與NaOH或K0H溶液的固液混合物進(jìn)行加壓加熱，制得次步改性 高嶺土，其中壓力為1. 8~3. 5MPa，加熱溫度為170~320°C，加壓加熱時(shí)間為8~24h; 8) .對(duì)次步改性高嶺土進(jìn)行加熱干燥活化和破碎，制得最終的改性高嶺土成品，其中加 熱干燥活化溫度為250~300°C，干燥時(shí)間為10~24h，破碎粒徑為150~5000目。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可捕集半揮發(fā)性重金屬的改性高嶺土的制備方法，其特征在 于步驟3)中，鹽酸溶液質(zhì)量濃度為5~15%，高嶺土與鹽酸溶液混合的固液比為1:20~ 1:100g/mL〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可捕集半揮發(fā)性重金屬的改性高嶺土的制備方法，其特征在 于步驟6)中，NaOH或K0H溶液濃度為0. 2~lmol/L，初步改性高嶺土與NaOH或K0H溶液 的固液比為1:10~1:50g/mL。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種可捕集半揮發(fā)性重金屬的改性高嶺土的制備方法，改性高嶺土是以原生高嶺土粉末為原料，經(jīng)過(guò)煅燒、酸性溶液常壓浸漬、干燥、堿性溶液加壓水熱、低溫活化以及干燥制粉而制備完成。一方面，由于綜合使用了煅燒、酸浸漬和堿浸漬手段，提高了高嶺土在焚燒爐內(nèi)化學(xué)吸附半揮發(fā)性重金屬氧化物蒸汽的能力以及物理粘附超細(xì)顆粒物的能力；另一方面，由于使用堿性溶液加壓加熱手段，提高了高嶺土在焚燒爐內(nèi)化學(xué)吸附半揮發(fā)性重金屬氯化物蒸汽的能力，使高嶺土在控制半揮發(fā)性重金屬排放時(shí)具有較好的抗HCl抑制能力。
【IPC分類(lèi)】C10L10/18
【公開(kāi)號(hào)】CN105349222
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510781229
【發(fā)明人】黃亞繼, 王昕曄, 王永興, 劉長(zhǎng)奇, 徐立剛, 王恒
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月13日