基于烟气脱硫副产物的防渗材料及其在垃圾填埋中的用途制作方法

余福胜, 徐尹生, 徐志安, 敬 朱, 李瑞鑫, 李雄浩, 旭 韩, 高翔鹏

2008年4月9日

2007年8月2日

2007年8月2日

武汉凯迪电力环保有限公司

C04B18/04GK101157528SQ200710052880

防渗 副产物 烟气 脱硫 基于 材料

1.一种基于烟气脱硫副产物的防渗材料，其特征在于该防渗材料按重量由60～90％的循环流化床烟气脱硫渣和10～40％的添加剂在于粉状态下均匀混合组配而成，所述添加剂为膨润土、高岭土中的一种或两种任意比例的组合2. 根据权利要求1所述的基于烟气脱硫副产物的防渗材料，其特征在 于该防渗材料按重量配比由70~80%的循环流化床烟气脱硫渣和20~30% 的添加剂在干粉状态下均匀混合组配而成3. 根据权利要求1所述的基于烟气脱硫副产物的防渗材料，其特征在 于该防渗材料按重量配比由75~80%的循环流化床烟气脱硫渣和20~25% 的添加剂在干粉状态下均匀混合组配而成4. 根据权利要求1或2或3所述的基于烟气脱硫副产物的防渗材料， 其特征在于该循环流化床烟气脱硫渣中60%以上的颗粒粒径小于10pm， 该添加剂中90%以上的颗粒粒径小于或等于lmm5. 根据权利要求1或2或3所述的基于烟气脱硫副产物的防渗材料， 其特征在于该循环流化床烟气脱硫渣中Ca(OH)2的重量百分含量为 5~15%， CaS03的重量百分含量为20~45%， CaS04的重量百分含量为 3~15%，其余为杂质6. 权利要求1所述的基于烟气脱硫副产物的防渗材料在垃圾填埋中作 为防渗层的用途7. 根据权利要求6所述的基于烟气脱硫副产物的防渗材料在垃圾填埋 中作为防渗层的用途，其特征在于该用途是先将上述防渗材料与占其重 量10~30%的水充分混合均匀，形成泥浆状物，然后在垃圾填埋场中需要的 位置将泥浆状物铺设成防渗层，再将防渗层压实并抹平表面即可；其中 用作垃圾填埋场衬底的防渗层铺设厚度为80 120cm，用作中间覆盖层的防 渗层厚度为15 30cm，用作满库封场的防渗层厚度为60 100cm

本发明涉及循环流化床烟气脱硫副产物的资源化利用，具体地指一种 基于循环流化床烟气脱硫副产物的防渗材料及其在垃圾填埋场中的用途技术背景循环流化床烟气脱硫技术具有适应煤种广、投资和运行成本低廉、占 地面积小、耗水量小等优点，其推广应用越来越广泛但脱硫副产物—— 脱硫渣如何资源化利用一直是循环流化床烟气脱硫技术的一大难题目前，国内对循环流化床烟气脱硫副产物的处理还是以抛弃堆放为主，这不仅要侵占大量的土地资源，还浪费了脱硫副产物中的钙Ca、硫S等资 源，还有可能对周围环境造成二次污染为此，科研人员对循环流化床烟 气脱硫副产物应用于建筑材料的可行性进行了研究，如在公开号为 CN1640843A和CN1911848A的中国发明专利申请公开说明书中，分别介 绍了将脱硫渣作为原料之一制造水泥或混凝土的方法，但由于脱硫渣中大 量的亚硫酸钙CaS03在长期与空气接触的过程中会被逐渐氧化成硫酸钙 CaS04，从而大幅降低水泥或混凝土的稳定性而且，脱硫渣中的某些钙基 化合物在掺入到水泥或混凝土原料中时，会由于水化反应体积增大，导致 水泥制品或混凝土建筑产生膨胀，从而降低了水泥或混凝土的安全性，给 建筑工程带来隐患此外，循环流化床烟气脱硫副产物中含有较高浓度的 氯化物，氯化物对金属有很大的腐蚀作用，因此脱硫渣用于建筑材料时不 宜用于含钢筋的场合由于以上多方面的原因，脱硫渣作为建筑材料的应 用受到了较多的限制，实际应用中添加到水泥或混凝土原料中的脱硫渣掺 合量一般控制在10%以内，如此低的掺合量根本解决不了脱硫渣大量堆放 的问题科研人员还开展了利用循环流化床烟气脱硫副产物改良土壤的试验研 究，在公开号为CN1654595A的中国发明专利申请公开说明书中，提出了 一种利用燃煤脱硫副产物改良碱性土壤的方法，但该方法只能施用于特定 性质的土壤，而且对土壤还可能产生板结作用，脱硫渣对周围环境以及作 物的影响也还有待于进一步深入研究在有关文献报道中，循环流化床烟 气脱硫渣还被用来烧结砖瓦，但当温度达到60(TC以上时，脱硫渣中大量的 亚硫酸钙CaS03便开始分解，释放出从燃煤电厂烟气中吸收的二氧化硫 so2，这在很大程度上使燃煤电厂烟气脱硫失去了意义另一方面，随着社会的发展和人们对环保要求的提高，需要处置的生 活垃圾量日益增多目前，我国垃圾处理的最主要方式仍然是垃圾填埋处 理，而建造垃圾卫生填埋场的关键技术之一是防渗处理，包括填埋场衬底 的防渗、中间覆盖层的防渗和满库封场的防渗填埋场衬底的防渗主要是 防止垃圾渗沥液渗漏入地下水中造成地下水的污染，中间覆盖层和满库封 场覆盖层的防渗主要是防止雨水渗入到垃圾中增加垃圾渗沥液的处理量， 同时加强垃圾填埋场的整体密封性，减少臭气外逸，使垃圾填埋所产生的 气体得以有序收集和利用现有垃圾填埋场的防渗措施主要有两种 一种 是铺设高密度聚乙烯膜(HDPE)防渗层，另一种是铺设天然粘土或改性粘土 类防渗层高密度聚乙烯膜成本较高，每平方米的价格在40元左右，这给 面积巨大的垃圾填埋场造成了很大的经济负担如采用天然粘土作为防渗 层， 一个大中型垃圾填埋场需要的粘土量太大，很难取得足量的天然粘土 在实际填埋过程中，有些填埋场采用清库时所存储的碎石土进行中间覆盖， 但碎石土的渗透系数大约为1.0x10—4cm/S，远远大于《生活垃圾卫生填埋技 术规范》中规定"天然粘土类及改性粘土类防渗层的渗透系数不应大于 1.0x10—7cm/s"的最大允许值，致使大量的雨水下渗进入垃圾渗沥液中，导 致需要处理的垃圾渗沥液量大幅增加由此可知，在循环流化床烟气脱硫副产物的处理和垃圾卫生填埋场防 渗层的建造上， 一方面是循环流化床烟气脱硫副产物尚无有效的资源化利 用方法，致使大量的脱硫渣抛弃堆放；另一方面是垃圾卫生填埋场不能取 得足量价格低廉的防渗材料至今为止，尚没有将上述两方面因素结合起 来考虑的循环流化床烟气脱硫副产物资源化处理方案发明内容本发明的目的就是提供一种基于烟气脱硫副产物的防渗材料及其在垃 圾填埋场中的用途将烟气脱硫副产物改性后用作垃圾卫生填埋场的防渗 材料，不仅可以防止垃圾填埋场对地下水的污染、减少垃圾渗沥液的处理 量、使垃圾填埋气体得到有序收集，而且可以使大量脱硫渣得到资源化综 合利用，变废为宝，实现两者双赢的效果为实现上述目的，本发明所研制的基于烟气脱硫副产物的防渗材料，按重量由60 90%的循环流化床烟气脱硫渣和10~40%的添加剂在干粉状态 下均匀混合组配而成，所述添加剂为膨润土、高岭土中的一种或两种任意 比例的组合综合考虑技术和经济因素，上述防渗材料优选的重量配比为循环流 化床烟气脱硫渣占70 80%，添加剂占20~30%综合考虑技术和经济因素，上述防渗材料最佳的重量配比为循环流 化床烟气脱硫渣占75~80%，添加剂占20~25%进一步地，上述循环流化床烟气脱硫渣中60%以上的颗粒粒径小于 10nm，上述添加剂中卯％以上的颗粒粒径小于或等于lmm进一步地，上述循环流化床烟气脱硫渣中Ca(OH)2的重量百分含量为 5~15%， CaS03的重量百分含量为20~45%， CaS04的重量百分含量为 3~15%，其余为杂质上述基于烟气脱硫副产物的防渗材料可以在垃圾卫生填埋中作为防渗 层应用其具体应用方法如下先将上述防渗材料与占其重量10~30%的水 充分混合均匀，形成泥浆状物，然后在垃圾填埋场中需要的位置将泥浆状 物铺设成防渗层，再将防渗层压实并抹平表面即可其中用作垃圾填埋 场衬底的防渗层铺设厚度为80 120cm，用作中间覆盖层的防渗层厚度为 15 30cm，用作满库封场的防渗层厚度为60~100cm本发明将循环流化床烟气脱硫副产物改性作为垃圾填埋场防渗材料的 防渗原理是这样的从物理角度而言，循环流化床烟气脱硫渣是一种干态 混合物，主要成分为CaS04、 CaS03、未完全反应的Ca(OH)2及杂质等，脱 硫渣颗粒的粒径小，中位粒径在l(Him左右，脱硫渣的真密度一般为 2.5~3.2kg/l，当脱硫渣与吸水性强、粘性好的添加剂组配再与水拌和后，水 可以进入脱硫渣和添加剂的微小空隙中，形成致密混合材料，且该混合材 料具有很好的粘性和吸水性，从而具有很好的防渗特性，其渗透系数小于 1.0x10—7cm/s，雨水和渗沥液很难渗透通过从化学角度而言，脱硫渣中约 含5~15%重量百分比的未完全反应Ca(OH)2而呈碱性，Ca(OH)2可与C02 反应生成稳定的CaC03而产生板结作用，使防渗材料的防渗透性能更好； 脱硫渣中的碱性物质可以与垃圾渗沥液中的重金属反应生成难溶沉淀，使 重金属不易析出到地下水中；脱硫渣的碱性还可以使CaS03难以发生分解 作用释放出S02，并可以促进CaS03转化成稳定的CaS04脱硫渣的以上 特点进一步提高了防渗材料的防渗透性能，并提高了防渗材料的稳定性本发明具有如下几方面的优点1) 本发明将循环流化床烟气脱硫副产物进行资源化利用，克服了脱硫 渣堆放占地的问题，减少了二次污染，既利用了脱硫渣资源，又保护了环 境，提高了循环流化床烟气脱硫技术的整体优势和竞争力2) 本发明采用的主要材料脱硫渣粒径小，密度大，与添加剂材料混合惨水后有很好的防渗效果，经过反复实验，证实其渗透系数小于l.Oxl(T 7cm/S且脱硫渣中含有未完全反应的消石灰Ca(OH)2，使防渗材料呈碱性， 既可有效阻止垃圾中的重金属析出，又可促使防渗层部分板结，进而提高 防渗性能3) 本发明用于垃圾填埋场的防渗处理，既防止了垃圾渗沥液和重金属 进入地下水造成污染，又阻止了雨水进入渗沥液而增大垃圾渗沥液的处理 量，还加强了垃圾填埋场的整体密封性，可使垃圾填埋所生产的气体得到 有序收集4) 本发明原材料来源广泛、生产工艺简单、处理成本低，相比昂贵的 高密度聚乙烯膜防渗层，本发明可以降低20~40%的垃圾填埋防渗处理成 本