本發(fā)明涉及危廢無害化處置及資源綜合利用，具體為一種垃圾焚燒飛灰鈣化-氯化復合活化煉鋼爐塵中惰性鐵酸鋅并揮發(fā)富集鋅鉛鉀鈉的方法。

背景技術(shù)：

1、隨我國工業(yè)化發(fā)展迅猛，我國2023年粗鋼產(chǎn)量為10.19億噸，占全球粗鋼產(chǎn)量54.2％。隨著鋼鐵材料應用的領(lǐng)域不斷擴大以及雙碳政策的落實，歷經(jīng)服役周期后的廢鋼再利用將是如今以及未來的冶煉趨勢?，F(xiàn)如今，由于鋅被大規(guī)模用于鋼材防腐，所產(chǎn)生的鍍鋅廢鋼在經(jīng)歷了電弧爐冶煉或者轉(zhuǎn)爐冶煉后將會產(chǎn)生大量的含鋅煉鋼爐塵，我國每年約產(chǎn)生1000萬噸轉(zhuǎn)爐灰和150萬噸電爐灰。由于其重金屬鋅含量過高，其被歸類為危險廢物，亟需妥善處置。并且由于鋅鐵組成穩(wěn)定化合物，導致其兩者均不可循環(huán)再利用，造成資源浪費。

2、同屬于危險固廢的還有近些年生成量在持續(xù)上升的垃圾焚燒飛灰。隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展，所產(chǎn)生的城市垃圾量在逐年上升，據(jù)統(tǒng)計，我國每年產(chǎn)生垃圾焚燒飛灰1000萬噸。其處理方式主要有填埋與焚燒。近些年由于采用垃圾焚燒來進行發(fā)電，導致以焚燒處理城市垃圾的方式已增長至總量的80％以上。這就導致了垃圾焚燒飛灰的大量產(chǎn)生，而其中所含有的多種重金屬(如鉛、鎘、鋅)以及被譽為“世紀之毒”的二噁英對環(huán)境造成了極大的危害，亟需處置。

3、現(xiàn)如今對于含鋅煉鋼爐塵的處理方式主要有火法冶金中的碳熱還原法以及濕法冶金中的強酸浸出法。碳熱還原法主要采取加入還原劑碳還原氧化鋅或鐵酸鋅，使還原產(chǎn)物鋅在高溫條件下?lián)]發(fā)，從而達到分離目的。盡管此類方法簡潔高效，但是將會產(chǎn)生溫室氣體co2，不利于環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。對于強酸浸出，其通過加入酸性溶液浸出目標元素，隨后中和、置換以及電解沉積。此類方法盡管減少了碳排放，但是流程冗長、需要使用大量酸堿試劑，處理不當將對環(huán)境有極大危害。

4、對于垃圾焚燒飛灰，其中含有大量含鈣無機物與含氯有機物，本發(fā)明基于含鋅煉鋼爐塵的火法處理中的鈣化與氯化，可利用兩種危險固廢資源互補性，危廢綜合處置。本發(fā)明可綜合利用垃圾焚燒飛灰與含鋅煉鋼爐塵，進行復合鈣化-氯化活化處理煉鋼爐塵中惰性成分鐵酸鋅，此方法將兩種危廢協(xié)同處理，進行危險廢物自攜同無害化，且資源化再利用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供了一種垃圾焚燒飛灰鈣化-氯化復合活化煉鋼爐塵中惰性鐵酸鋅并揮發(fā)富集鋅鉛鉀鈉的方法。所述方法針對含鋅煉鋼爐塵難以循環(huán)利用，且逐年增長的垃圾焚燒飛灰難以處理問題，聯(lián)想于火法中已有的鈣化及氯化處理方式，提出利用垃圾焚燒飛灰中鈣、氯一步協(xié)同復合鈣化-氯化活化含鋅煉鋼爐塵中惰性相鐵酸鋅的方法。

2、所述垃圾焚燒飛灰鈣化-氯化復合活化煉鋼爐塵中惰性鐵酸鋅并揮發(fā)富集鋅鉛鉀鈉的方法，包括以下步驟：

3、s100原料配伍：按垃圾焚燒飛灰和煉鋼爐塵礦相組成進行原料配伍，得到均一混合物；所述煉鋼爐塵的粒徑d50≤150μm，以確保與垃圾焚燒飛灰顆粒有效混合；

4、s200高溫焙燒：將所得混合物輔以惰性氣流，送入高溫區(qū)焙燒；惰性氣流采用氮氣或氬氣，氣流速度控制為0.5-1.0m/s，所述惰性氣流優(yōu)選氬氣，以更有效地抑制金屬氧化物二次氧化；

5、s300凝華富集：經(jīng)鈣化-氯化復合活化高溫焙燒后，產(chǎn)生活化富鋅鉛鉀鈉相，被氣流帶入低溫區(qū)凝華富集；

6、s400分步沉積：將所得富集相進行分步沉積富集，獲得鋅、鉛及鉀鈉富集產(chǎn)品。

7、本發(fā)明提供的上述方法，先將垃圾焚燒飛灰與煉鋼爐塵混勻造粒，其中煉鋼爐塵包括轉(zhuǎn)爐灰與電弧爐灰。其中垃圾焚燒飛灰的作用主要為鈣源及氯源，可有效復合活化惰性相鐵酸鋅，使其產(chǎn)生易揮發(fā)相氧化鋅，高效回收重金屬鋅，且剩余含鐵氧化物可重回煉鐵流程。本發(fā)明使用垃圾焚燒飛灰與含鋅煉鋼爐塵復合再利用，使危廢無害化、資源化；此外，本發(fā)明還使垃圾焚燒飛灰中的鉀鈉有價元素得以回收利用，避免了有色金屬資源的浪費，提高了工藝的經(jīng)濟效益。

8、可選的，步驟s100具體為：(1)將垃圾焚燒飛灰與煉鋼爐塵按2-6：1混合均勻；(2)可將均勻混合物制粒為半徑為100μm左右的顆粒。

9、可選的，步驟(1)中所述的煉鋼爐塵為轉(zhuǎn)爐灰與電弧爐灰，按照比例混合后的粉塵物質(zhì)。

10、可選的，步驟(2)所述的制粒，可使用圓盤式造粒機，加入水作為粘結(jié)劑；去離子水與粉塵物質(zhì)混合物質(zhì)量比為1:10-12。

11、優(yōu)選的，步驟(2)中所述的顆粒直徑應小于200μm且粒徑在50-150μm區(qū)間內(nèi)的顆粒占比應大于80％。由于反應為固固反應，為提高其反應效率，故需將其提前進行制粒處理。

12、可選的，步驟(2)中所述的造粒機可為圓盤式造粒機，當圓盤直徑為80cm時，圓盤傾斜角可選45-60°，轉(zhuǎn)速可選10-30r/min。

13、可選的，步驟s200具體為：(3)混合物送入高溫區(qū)前，需將高溫區(qū)溫度控制至1000-1250℃；(4)在高溫區(qū)設置等離子體炬陣列，包括直流電弧等離子體炬(功率8-10kw，工作氣體為氬氣)和射頻感應等離子體炬(功率10-15kw，工作氣體為氬氫混合氣體，氫氣占比10-20vol％)，兩種等離子體炬交替工作，工作周期為10-12分鐘/次；同時在焙燒設備內(nèi)設置機械振打處理，振打頻率為40-50次/分鐘，振打力為8-12n，最后生成zncl2、pbcl2、kcl、nacl揮發(fā)相；(5)所產(chǎn)生揮發(fā)相將會被惰性氣流攜帶至低溫區(qū)凝華富集。直流電弧等離子體炬產(chǎn)生高能量密度的等離子體射流(溫度可達5000-10000k)，用于快速加熱物料并引發(fā)初始反應；射頻感應等離子體炬提供溫和持續(xù)的能量輸入，維持反應區(qū)域的活性氣氛(如氫自由基、氯自由基)。兩種等離子體炬交替工作，形成周期性的能量脈沖，促進物料顆粒的循環(huán)加熱與冷卻，產(chǎn)生熱應力使顆粒破碎，增加反應比表面積。其作用原理是利用不同等離子體模式的互補特性，解決單一等離子體源能量分布不均、局部過熱導致燒結(jié)的問題，實現(xiàn)高效、均勻的反應激發(fā)；機械振打裝置通過周期性的振打作用，可有效防止物料在焙燒設備內(nèi)壁和部件上粘結(jié)、堆積，保證物料均勻受熱和充分反應，避免因物料團聚或附著導致的反應不充分及設備堵塞問題

14、可選的，所選加熱設備只需含有加熱部分以及通風或冷卻部分即可。

15、優(yōu)選的，步驟(3)中所述的高溫區(qū)預熱具體為，需將高溫區(qū)提前加熱至1000-1100℃，隨后放入樣品，以減少在升溫過程中副反應的生成。

16、優(yōu)選的，步驟(4)和(5)中所述的惰性氣氛可通過促進caso4分解，從而有效抑制由垃圾焚燒飛灰在高溫焙燒下所產(chǎn)生的致密相：ca10(sio4)3(so4)3cl2的生成，從而有效促進了揮發(fā)相的分離，以及反應的正向進行。

17、可選的，步驟s400具體為：(7)將所得氯鹽富集相溶于水中；(8)對溶液控制ph進行分步沉積，控制ph至10左右可將zn、pb以氫氧化物的形式沉積；采用naoh或koh調(diào)節(jié)；(9)將所得氫氧化物沉淀使用硫酸酸溶，其中pb將會形成沉淀繼續(xù)保存于固相中，可得到硫酸鋅溶液，控制硫酸濃度為1-2mol/l，反應溫度為60-70℃，使氫氧化鋅溶解而氫氧化鉛轉(zhuǎn)化為硫酸鉛沉淀；(10)對于所剩下的nacl、kcl可采用工業(yè)化應用的多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝進行分離。

18、可選的，步驟(8)中所述分部沉積的方法可采用碳酸化沉淀，將zn、pb以碳酸鹽的形式沉積。

19、優(yōu)選的，步驟(8)中使用naoh將zn、pb沉淀，其可得到分離效果更加優(yōu)良的zn、pb氫氧化物沉淀。

20、優(yōu)選的，步驟(8)中所述的結(jié)晶方式為高溫蒸發(fā)結(jié)晶。由于揮發(fā)分中的鉀鈉鹽主要以氯鹽的形式存在，而氯鹽的溶解度隨溫度變化不太明顯，故采用高溫蒸發(fā)結(jié)晶的方式比降溫結(jié)晶的生產(chǎn)效率高。

21、有益效果：

22、本發(fā)明突破性地將垃圾焚燒飛灰與含鋅煉鋼爐塵協(xié)同配合，利用飛灰中鈣源與氯源作為天然復合活化劑，無需額外添加化學試劑，通過鈣化-氯化雙效作用分解煉鋼爐塵中惰性鐵酸鋅結(jié)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)的zncl2、pbcl2等氯化物，同時釋放鐵氧化物。該過程不僅避免傳統(tǒng)火法需外加碳還原劑或濕法需大量酸堿的弊端，還通過固-固反應優(yōu)化傳質(zhì)(微粒粒徑≤200μm)，使活化效率明顯提升，最終形成的含鐵尾渣可直接回用于煉鐵工序，實現(xiàn)“危廢-原料”的閉環(huán)循環(huán)。

23、通過溫度控制和惰性氣流的協(xié)同作用，zn、pb、k、na等有價元素以氯化物形式揮發(fā)富集(揮發(fā)率＞95％)，并通過分步沉積工藝實現(xiàn)定向分離：

24、鋅鉛分離：調(diào)控ph至10使zn2+、pb2+以氫氧化物沉淀，再經(jīng)硫酸酸溶實現(xiàn)鋅鉛高效分離，zn回收率達92％-94％，pb回收率90％-92％，硫酸鋅溶液可直接用于電解提鋅，硫酸鉛固相可進一步回收鉛金屬；

25、鉀鈉分離：采用多效高溫蒸發(fā)結(jié)晶，利用氯鹽溶解度特性實現(xiàn)nacl與kcl分步結(jié)晶，總回收率＞91％，所得晶體可作為工業(yè)級鹽原料。

26、相較傳統(tǒng)單一處理工藝，本發(fā)明金屬綜合回收率明顯提升，顯著提高危廢資源化經(jīng)濟效益。

27、說明書附圖

28、圖1是有價元素富集灰xrd圖譜。