本申請(qǐng)要求于2014年6月4日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/007,922以及于2014年7月25日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/029,418的權(quán)益，出于所有目的將這些申請(qǐng)各自的全部?jī)?nèi)容通過援引的方式并入本申請(qǐng)。

發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及含鈉粉煤灰的穩(wěn)定，其中該含鈉粉煤灰是在利用鈉基吸附劑污染控制系統(tǒng)的燃燒過程中，特別是在用于發(fā)電的煤燃燒過程中利用包含碳酸鈉、碳酸氫鈉、和/或倍半碳酸鈉(或天然堿)的干吸附劑的燃燒過程中提供的。

發(fā)明背景

美國(guó)的排放法規(guī)已經(jīng)通過添加排放控制物導(dǎo)致煤基發(fā)電廠的改變。

在燃煤系統(tǒng)中的煤燃燒的過程中，產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物/副產(chǎn)物并且夾帶在排氣(有時(shí)稱為煙道氣)中。這些燃燒副產(chǎn)物包括包含輕質(zhì)微粒物質(zhì)的粉煤灰；以及氣態(tài)化合物如二氧化硫(SO₂)、三氧化硫(SO₃)、鹽酸(HCl)、以及氫氟酸(HF)。這些氣態(tài)燃燒副產(chǎn)物如果排放到大氣中可能成為空氣污染物。控制SO₂/SO₃的排放量(通常稱為‘SOx’排放量)和HCl/HF的排放量要求在將煙道氣釋放到環(huán)境中之前將這些氣態(tài)化合物從煙道氣中除去。許多材料已被用于處理煙道氣。這些材料的物理性質(zhì)從濕式滌氣到注入干粉狀材料各不相同并且取決于所使用的整個(gè)污染控制處理系統(tǒng)。

氣態(tài)燃燒副產(chǎn)物通常是酸性的，并且因此用于將它們從煙道氣中除去(“洗滌”)的漿料或干材料是堿性的。用于煙道氣脫硫的濕去除系統(tǒng)(稱為‘洗滌器’)典型地利用石灰基試劑(例如，氧化鈣)或石灰石的水性漿料以在洗滌器內(nèi)中和從煙道氣的溶解和后續(xù)氧化產(chǎn)生的亞硫酸和/或硫酸。發(fā)生在使用CaCO₃(石灰石)漿料或石灰基漿料(Ca(OH)₂)濕式洗滌SO₂中的反應(yīng)產(chǎn)生CaSO₃(亞硫酸鈣)。

當(dāng)使用采用石灰石漿料或石灰基試劑的濕式洗滌器時(shí)，產(chǎn)生大量廢產(chǎn)物并且其必須搬運(yùn)離開進(jìn)行處置。這種慣例在位于垃圾填埋空間是充足的區(qū)域的發(fā)電廠之間是常見的或者是成本效益的處置替代方案。隨著NAAQS、CSAPR、區(qū)域霧霾、同意令、以及許可的SO₂控制在不適合濕式洗滌的設(shè)施處變得更加廣泛，使用鈉吸附劑的干吸附劑注射(DSI)技術(shù)代表成本效益的解決方案。灰瀝濾液?jiǎn)栴}是一個(gè)問題并且雖然很多用戶沒有困難地填埋具有高鈉含量的灰，存在一些其中灰處理可能是有益的情況。

最近，其他堿性材料已經(jīng)代替或除了石灰基試劑和石灰石之外得到接受，這些材料提供了在煙道氣脫硫洗滌器系統(tǒng)的排放控制、維護(hù)和廢物處理要求的操作時(shí)的靈活性和通用性。這些其他材料典型地比石灰和石灰石更加昂貴，但是也更加有效，并且更經(jīng)常使用：

1.其中待處理的廢氣的體積小(與來自大型發(fā)電廠的那些相比)；

2.其中其他因素如堿性材料的運(yùn)輸成本是經(jīng)濟(jì)的；

3.其中被當(dāng)?shù)鼗虻貐^(qū)監(jiān)管限制所要求或必需的；或

4.其中任何這些的組合和其他經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、或監(jiān)管問題使這種替代方案是經(jīng)濟(jì)和環(huán)境上可行的。

在煙道氣處理中使用的這些替代堿性材料中的一些是包括碳酸鈉(Na₂CO₃)、碳酸氫鈉(NaHCO₃)、倍半碳酸鈉(Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O)、它們的組合的干鈉基吸附劑，或含有它們的礦物，如天然堿、蘇打石。

天然堿，由于其高含量的倍半碳酸鈉中的(典型地70wt％-99wt％)有時(shí)稱為倍半碳酸鈉(Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O)，是天然礦物并在干煙道氣處理系統(tǒng)中受到了增加的廣泛使用。蘇打石，有時(shí)稱為碳酸氫鈉(NaHCO₃)，也是可以在干或漿料煙道氣處理系統(tǒng)中使用的天然礦物。

對(duì)于干吸附劑注入，將干燥粉狀含鈉吸附劑(如微粒天然堿或碳酸氫鈉)注入煙道氣流(含有燃燒固體物質(zhì)和氣態(tài)酸性燃燒副產(chǎn)物)從中流動(dòng)通過的空氣管道中。酸性氣體和含鈉吸附劑(例如，天然堿或碳酸氫鈉)反應(yīng)以形成處理副產(chǎn)物。使用微粒回收系統(tǒng)如一個(gè)或多個(gè)袋式過濾器或優(yōu)選一個(gè)或多個(gè)靜電沉降器(ESP)將經(jīng)處理的煙道氣的固體組分，包括燃燒固體物質(zhì)、處理副產(chǎn)物(可以是固體鈉鹽和/或可以被吸附/吸收在燃燒固體物質(zhì)上)、以及任選地任何未反應(yīng)的含鈉吸附劑(當(dāng)使用化學(xué)計(jì)量過量時(shí))從煙道氣流除去以收集稱為‘含鈉粉煤灰’的固體并回收DSI處理的煙道氣流，該DSI處理的煙道氣流可以進(jìn)一步經(jīng)受濕式洗滌器以進(jìn)一步除去剩余的酸性氣態(tài)燃燒副產(chǎn)品。

使用鈉基干吸附劑注入技術(shù)的煙道氣脫硫處理的實(shí)例在Maziuk的美國(guó)專利號(hào)7,854,911中進(jìn)行描述。Maziuk描述了天然堿與SO₂(它不像碳酸氫鈉，在高溫下熔化)的化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)Maziuk，天然堿(主要是倍半碳酸鈉)當(dāng)處于或高于275°F加熱時(shí)經(jīng)歷包含的碳酸氫鈉到碳酸鈉的快速煅燒。Maziuk表明“爆米花狀”分解通過使未反應(yīng)的碳酸鈉到達(dá)SO₂中和的顆粒表面產(chǎn)生大的且反應(yīng)性的表面。該反應(yīng)的副產(chǎn)物是硫酸鈉并收集在粉煤灰中。天然堿與SO₂的化學(xué)反應(yīng)表示如下：

2[Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O]→3Na₂CO₃+5H₂O+CO₂

Na₂CO₃+SO₂→Na₂SO₃+CO₂

Na₂SO₃+1/2O₂→Na₂SO₄

當(dāng)注入燃煤發(fā)電廠的煙道氣時(shí)與天然堿的其他反應(yīng)可包括根據(jù)以下與鹽酸的反應(yīng)：

[Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O]+3HCl→3NaCl+4H₂O+2CO₂

然后將天然堿與酸性氣體(例如，SO₂、SO₃、HF、HCl)的固體反應(yīng)產(chǎn)物，主要是鈉鹽(例如，硫酸鈉、亞硫酸鈉、氟化鈉、和/或氯化鈉)以及未反應(yīng)的碳酸鈉收集在一個(gè)或多個(gè)微粒收集裝置，如一個(gè)或多個(gè)袋式過濾器或一個(gè)或多個(gè)靜電沉降器中。

例如，天然堿可以保持與煙道氣接觸一段足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使天然堿的一部分與SO₃的一部分反應(yīng)以降低煙道氣流中的SO₃的濃度。對(duì)于SO₃去除，總脫硫優(yōu)選地為至少約70％、更優(yōu)選至少約80％、并且最優(yōu)選至少約90％。

只要可能，從微粒回收系統(tǒng)收集的從煤(‘粉煤灰’)的燃燒產(chǎn)生的粉煤灰可以在多種應(yīng)用中使用；否則將干粉煤灰處置到垃圾填埋場(chǎng)中。典型的粉煤灰主要由部分玻璃化的鋁硅酸鹽，以及在原煤中一直作為雜質(zhì)存在的礦物相如石英、赤鐵礦、磁赤鐵礦、硬石膏等等構(gòu)成。含鈉粉煤灰進(jìn)一步包含用過的鈉基吸附劑。

ASTM C 618-85(“用于波特蘭水泥混凝土的礦物摻合料的粉煤灰和原狀煅燒的天然火山灰的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(Standard specification for fly ash and raw calcinated natural pozzolan for use as a mineral admixture in Portland cement concrete)”)已經(jīng)將粉煤灰分類為兩類，C類和F類，這取決于存在的二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵的總和。F類含有大于70％的以上氧化物并且C類含有低于70％但大于50％。F類粉煤灰典型地是低氧化鈣(<8％)，而C類具有更高的含量，被細(xì)分類為兩類：Cl類(8％-20％的CaO)和CH類(>20％的CaO)。因此，F(xiàn)類粉煤灰通常不被認(rèn)為本身是膠凝材料，因?yàn)橛捎谒牡脱趸}含量，它在水合后不能進(jìn)行附聚以產(chǎn)生最終產(chǎn)品的粘合強(qiáng)度，與C類粉煤灰相反。

粉煤灰是必須被使用和消耗以減少其環(huán)境影響的副產(chǎn)品?，F(xiàn)今，它由于其火山灰活性主要被用作普通波特蘭水泥的部分替代物。然而，在替代的量方面存在限制，因?yàn)榛鹕交曳磻?yīng)速率在室溫下非常低，引起初始低強(qiáng)度和快速中和。

2006年，美國(guó)的燃煤發(fā)電廠已經(jīng)產(chǎn)生7200萬噸粉煤灰。幾乎45％的這些固體殘余物(3200萬噸)在十幾種應(yīng)用中使用。根據(jù)美國(guó)粉煤灰協(xié)會(huì)，“2006年煤炭燃燒產(chǎn)品(CCP)-生產(chǎn)和使用調(diào)查”，在這些應(yīng)用中，

-1500萬噸粉煤灰用于混凝土/混凝土產(chǎn)品/灰漿中；

-700萬噸粉煤灰用于結(jié)構(gòu)填充/路堤中；以及

-400萬噸粉煤灰用于水泥/熟料的原料。

從主要使用粉狀天然堿或碳酸氫鈉作為DSI系統(tǒng)中的鈉基吸附劑的煙道氣酸性氣體去除處理得到的含鈉粉煤灰含有不僅涂覆并混合有水溶性鈉鹽(例如，亞硫酸鈉、硫酸鈉、氯化鈉、和/或氟化鈉)和未反應(yīng)的鈉基吸附劑的粉煤灰顆粒，而且還含有多種金屬化合物和其他化學(xué)屬性(attributes)，如果將含鈉粉煤灰放置在垃圾填埋場(chǎng)或用于有益的再利用，這些屬性可能造成環(huán)境問題。

雖然天然堿或碳酸氫鈉用于從燃煤發(fā)電廠的煙道氣的酸性氣體去除已經(jīng)有助于解決美國(guó)的法規(guī)約束，這些鈉基吸附劑改變了粉煤灰的物理和化學(xué)特征，其中兩個(gè)結(jié)果如下：

-痕量元素(如Se、As、Mo)和可溶性物質(zhì)的浸出隨著鈉含量和堿度增加：它提出了其對(duì)環(huán)境的影響的問題(環(huán)境存儲(chǔ)管理、地表水和地下水品質(zhì)、人類健康...)，以及

-水溶性鈉鹽的高含量必定可以防止含鈉粉煤灰轉(zhuǎn)化為混凝土的可能的再利用(valorization)如果沒有進(jìn)行任何進(jìn)一步的處理(標(biāo)準(zhǔn)ASTM-C-618：作為火山灰添加劑，粉煤灰不可含量超過1.5wt％的Na₂O)并且還提出了其存儲(chǔ)的問題。

當(dāng)包含在煙道氣中的重金屬與鈉基吸附劑接觸時(shí)，源自引入鈉基吸附劑，可能形成一些水溶性鈉-重金屬絡(luò)合物、化合物、以及類似物。與粉煤灰微量元素(如Se)形成因?yàn)樗苄晕镔|(zhì)隨鈉含量增加，所以這些痕量元素中的一些從含鈉粉煤灰中的可浸出性增加。

在題為“鈉基試劑對(duì)煤燃燒產(chǎn)品的特征和性能的影響(Impacts of Sodium-based Reagents on Coal Combustion Product Characteristics and Performance)”的電力科學(xué)研究院報(bào)告編號(hào)1017577(2010)(Electric PowerResearch Institute Report No.1017577(2010))中，據(jù)報(bào)道在所有的瀝濾液中大于50％的鈉從鈉基試劑煤燃燒產(chǎn)物樣品(CCP)中浸出，而小于15％的鈉從標(biāo)準(zhǔn)CCP樣品中浸出。這表明添加的鈉是比來自標(biāo)準(zhǔn)CCP中的煤的固有的鈉更加可移動(dòng)的。還注意到硒和砷總體上是在瀝濾液中來自具有鈉基吸附劑注入的CCP樣品比標(biāo)準(zhǔn)CCP樣品中更加可移動(dòng)的。應(yīng)指出樣本集中的最高釩瀝濾液濃度是來自具有碳酸鈉注入的CCP樣品。

Jianmin Wang和同事們還研究了天然堿注入對(duì)所得的粉煤灰的特征和對(duì)陰離子元素，包括As、Se、Mo、以及V的浸出特征的影響。

在Su等人，“天然堿基SO₂控制對(duì)粉煤灰的元素浸出行為的影響”能源燃料，2011年，第25卷，第3514-3521頁(Su et al.,“Impact of Trona-Based SO₂Control on the Elemental Leaching Behavior of Fly Ash”Energy Fuels,2011,Vol.25,pg.3514-3521)，以及在Dan等人，“As、Se、Mo、以及V從含有天然堿反應(yīng)產(chǎn)物的高鈣粉煤灰中的增加的浸出”能源燃料，2013年，第27卷，第1531-1537頁(Dan et al,“Increased Leaching of As,Se,Mo,and V from High Calcium Coal Ash Containing Trona Reaction Products”Energy Fuels,2013,vol.27,pg1531-1537)，表明天然堿注入和反應(yīng)產(chǎn)物與粉煤灰的后續(xù)捕獲顯著增強(qiáng)了As、Se、Mo、以及V的浸出。他們的結(jié)果還表明隨著天然堿的添加，這些陰離子的分布轉(zhuǎn)移到灰的可溶性天然堿部分。因此，用過的天然堿吸附劑的溶解導(dǎo)致這些陰離子元素的更多浸出。此外，他們發(fā)現(xiàn)天然堿注入顯著降低了在自然pH值下灰對(duì)于As、Se、以及V的不溶性部分的吸附能力并使它們更加可浸出。對(duì)于在水泥和混凝土應(yīng)用中的使用，在過去50年或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)已經(jīng)開發(fā)了許多策略用于有效地設(shè)計(jì)混凝土與火山灰如粉煤灰?；鹕交冶粡V泛定義為無定形或玻璃狀硅酸鹽或鋁硅酸鹽材料，該材料與在混凝土的波特蘭水泥的水合過程中形成的氫氧化鈣反應(yīng)以產(chǎn)生呈硅酸鈣和硅鋁酸鈣水合物的形式的附加的膠凝材料。然而，已經(jīng)確定火山灰必須低堿(Na₂O和K₂O)，以避免由于堿-二氧化硅反應(yīng)通過膨脹的混凝土的長(zhǎng)期耐久性問題。

如果含鈉粉煤灰的再利用(如在水泥和混凝土中使用)或填埋由于高鈉含量可能是有問題的并且一些重金屬的浸出導(dǎo)致超過由地方、州和/或聯(lián)邦法規(guī)對(duì)于浸出設(shè)置的瀝濾液的最大允許含量限值，含鈉粉煤灰可能需要進(jìn)行處理以滿足再利用或填埋的這些要求。

在工業(yè)規(guī)模上，含鈉粉煤灰的濕處理將包括來自含鈉粉煤灰的水溶性組分(大多是用過的吸附劑與未反應(yīng)的吸附劑和污染物的反應(yīng)副產(chǎn)物)的溶解，具有高水平的Na、硫酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物、以及一些重金屬(特別是硒、砷和鉬)的瀝濾液的液/固分離和后續(xù)處理。但是，這種方法將粉煤灰處置問題轉(zhuǎn)化為廢水管理問題。

主要的瀝濾液?jiǎn)栴}是硒和砷。提出的廢物限制準(zhǔn)則(ELG)提出單日8μg/L并且30天移動(dòng)平均值為6μg/L的砷的瀝濾液水限制。對(duì)于硒，瀝濾液水限值為單日16μg/L并且30天移動(dòng)平均值為10μg/L。

具體地，如果由煤燃燒提供的未處理的天然堿基粉煤灰的瀝濾液可以生成具有超過法規(guī)限制的硒(Se)或砷(As)含量的瀝濾液，則這種含鈉粉煤灰在土地處置或有益的再利用之前必須進(jìn)行處理。

1976年的資源保護(hù)和回收法(RCRA)是美國(guó)管理固體廢物處置和危險(xiǎn)廢物的主要聯(lián)邦法律。硒進(jìn)入RCRA子標(biāo)題D垃圾填埋場(chǎng)的最大可接受的瀝濾液濃度為一(1)mg/L；以及砷進(jìn)入RCRA子標(biāo)題D垃圾填埋場(chǎng)的最大可接受的瀝濾液濃度為五(5)mg/L。超過這些限制的粉煤灰將被歸類為危險(xiǎn)廢物并且是填埋更昂貴的。在這些情況下，處理粉煤灰以避免危險(xiǎn)性分類并降低處置成本將是成本效益的。

具體地，硒是難以處理的金屬，因?yàn)槲?Se)呈現(xiàn)多種氧化態(tài)。在堿性環(huán)境中在弱氧化條件下，硒酸根(Se⁺⁴，SeO₄^-2)離子占主導(dǎo)。相反地，在仍然氧化的酸性環(huán)境中，亞硒酸根(Se⁺³，SeO₃)離子占主導(dǎo)。硒酸根在土壤中是顯著可移動(dòng)的其中在5.5-9.0的pH范圍內(nèi)硒酸根離子吸附較少。因此，硒遷移率在氧化環(huán)境中在堿性條件下是有利的。其結(jié)果是，硒的濃度和形式是由pH、氧化還原、以及基質(zhì)組合物(例如，土壤，灰)控制并且使短期和長(zhǎng)期處理在各種環(huán)境中變得困難，但對(duì)于含鈉粉煤灰在升高的pH下當(dāng)在煙道氣處理中使用過量的鈉基吸附劑如天然堿(Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O)時(shí)是特別困難的。報(bào)道的含鈉粉煤灰的pH已經(jīng)從約10.5至約12.8。

如果水溶性重金屬化合物(如硒酸鹽和/或亞硒酸鹽)從粉煤灰中浸出，它們可能是有害的。從垃圾填埋場(chǎng)浸出的鈉鹽通常是沒有危險(xiǎn)性的，但可溶性材料從垃圾填埋場(chǎng)的浸出可能影響堆的結(jié)構(gòu)完整性以及如何管理垃圾填埋場(chǎng)。普羅克特(Proctor)試驗(yàn)提供一些密度和濕度特性的見解，但沒有測(cè)量雨和其他因素如何影響填埋的物理特征。因此，對(duì)于更多的調(diào)查和獲取來自實(shí)際填埋的數(shù)據(jù)存在一種需要。

因此，在此對(duì)于電廠運(yùn)營(yíng)商存在一種困境。在一方面，人們需要減少由燃燒過程(例如燃煤發(fā)電廠)排出的氣體污染物的量，同時(shí)由于該燃料需要用于污染物控制的化學(xué)處理的性質(zhì)，存在含有諸如Se和As的重金屬的燃燒廢物的增加的產(chǎn)生并導(dǎo)致需要由其獲得的固體廢物的處置或再利用的增加。

附加地，如果為了解決一些重金屬(主要是氧陰離子)從含鈉粉煤灰的增加的可浸出性，則可能避免該濕處理方法，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致溶解粉煤灰的水溶性組分(主要是用過的鈉基吸附劑、反應(yīng)副產(chǎn)物、以及可浸出的重金屬)并且然后處理所得到的廢水。人們可能必須設(shè)想用于穩(wěn)定含鈉粉煤灰的干式處理方法。然而，這種干材料的處理造成有關(guān)揚(yáng)塵的附加問題。粉塵控制因此可能需要加以解決并且可以成為這種穩(wěn)定方法的一個(gè)組成部分。

發(fā)明概述

本發(fā)明涉及一種用于處理通過燃燒過程提供的含鈉粉煤灰的方法，在該燃燒過程中鈉基吸附劑與通過燃燒產(chǎn)生的煙道氣相接觸以除去包含在該煙道氣中的至少一部分污染物。該用于處理含鈉粉煤灰的方法目的是穩(wěn)定包含在此種粉煤灰內(nèi)的至少一些重金屬，特別是砷和硒以便降低它們從其中的可浸出性。

此種方法對(duì)于處理在燃煤發(fā)電廠中產(chǎn)生的粉煤灰是特別有用的。

用于穩(wěn)定垃圾填埋場(chǎng)中的材料的主要機(jī)理是啟動(dòng)典型地要求鈣、二氧化硅和水的火山灰反應(yīng)。F類粉煤灰來源于煙煤的燃燒，該煙煤具有比通常來源于波德河煤(Powder River Basin coals)的燃燒的C類粉煤灰更低的鈣含量和更高的LOI。C類粉煤灰中的鈣含量更高并且更容易引發(fā)火山灰反應(yīng)使其比F類粉煤灰更容易穩(wěn)定。在水的存在下將鈣或二氧化硅添加到灰中應(yīng)增加這些反應(yīng)并使金屬更緊密地結(jié)合到灰上。此外，膠凝材料在垃圾填埋中的形成將增加堆的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并減少鈉瀝濾液的影響。

在具體的實(shí)施例中，本發(fā)明涉及在燃煤發(fā)電廠中產(chǎn)生的粉煤灰的處理，其中將干吸附劑注入由煤的燃燒產(chǎn)生的煙道氣中以便除去包含在該煙道氣中的至少一部分污染物。用于從煙道氣中除去污染物所使用的吸附劑優(yōu)選地包含含鈉吸附劑，由此該粉煤灰是含有至少一種鈉化合物的含鈉粉煤灰。

本發(fā)明的具體方面涉及一種用于穩(wěn)定包含在含鈉粉煤灰中的至少一些重金屬(特別是硒和/或砷)以便減少它們從其中的可浸出性的方法，其中該含鈉粉煤灰是通過燃燒過程提供，在該燃燒過程中使包含含鈉吸附劑的吸附劑與在燃燒過程中產(chǎn)生的煙道氣接觸以除去包含在該煙道氣中的至少一部分污染物，此種方法包括：

(a)在水的存在下，使此種含鈉粉煤灰與至少一種包含水溶性硅酸鹽源的添加劑相接觸。

本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于穩(wěn)定包含在含鈉粉煤灰中的鈉和至少一些重金屬(特別是硒和/或砷)以便減少它們從其中的可浸出性的方法，其中該含鈉粉煤灰是通過燃燒過程提供，在該燃燒過程中使包含含鈉吸附劑的吸附劑與在燃燒過程中產(chǎn)生的煙道氣接觸以除去包含在該煙道氣中的至少一部分污染物，此種方法包括：

(A)使此種含鈉粉煤灰與水溶性硅酸鹽源和含有鈣和/或鎂的材料相接觸。

在步驟(A)中的接觸可以包括1/首先共混此種含鈉粉煤灰與含有鈣和/或鎂的材料以制成初始共混物，并且然后2/將水溶性硅酸鹽源添加到所得到的共混物中。將水溶性硅酸鹽源添加到所得到的共混物中優(yōu)選地是在水的存在下進(jìn)行。在步驟2/中的條件與在步驟(a)中的接觸所解釋的相同，除了代替含鈉粉煤灰與硅酸鈉的接觸是與步驟1/的所得到的共混物進(jìn)行的。

含有鈣和/或鎂的材料可以選自由以下各項(xiàng)組成的組：石灰窯粉塵、細(xì)石灰石、生石灰、熟石灰、白云石質(zhì)石灰、白云石、選擇性煅燒的白云石、水合的白云石、氫氧化鎂、碳酸鎂、氧化鎂以及其兩種或更多種的任何混合物。含有鈣和/或鎂的材料可以優(yōu)選選自由以下各項(xiàng)組成的組：石灰窯粉塵、細(xì)石灰石、生石灰、熟石灰、白云石質(zhì)石灰、白云石、選擇性煅燒的白云石、水合的白云石、以及其兩種或更多種的任何混合物。含有鈣和/或鎂的材料可以更優(yōu)選選自由以下各項(xiàng)組成的組：石灰窯粉塵、白云石質(zhì)石灰、白云石、選擇性煅燒的白云石、水合的白云石、以及其兩種或更多種的任何混合物。

在這種情況下，含有鈣和/或鎂的材料可以是基于含鈉粉煤灰的重量以按重量計(jì)等于或大于3％的量、優(yōu)選以按重量計(jì)等于或大于4％的量、更優(yōu)選以按重量計(jì)等于或大于5％的量添加。含有鈣和/或鎂的材料可以是以按重量計(jì)等于或小于25％、優(yōu)選等于或小于20wt％、更優(yōu)選等于或小于15wt％、最優(yōu)選等于或小于10wt％的量添加。含有鈣和/或鎂的材料的添加量可以范圍為從4wt％至20wt％、優(yōu)選從5wt％至15wt％、最優(yōu)選從5wt％至10wt％。

本發(fā)明方法提供了在經(jīng)處理的含鈉粉煤灰中穩(wěn)定的至少一種重金屬的可浸出性的降低。

本發(fā)明方法還可以提供在經(jīng)處理的含鈉粉煤灰中穩(wěn)定的鈉的可浸出性的降低。

該方法可以進(jìn)一步包括：(b)干燥從接觸步驟(a)或(A)獲得的材料以形成干燥的物質(zhì)。

該方法可以進(jìn)一步包括：洗滌從接觸步驟(a)或(A)獲得的材料以形成洗滌的物質(zhì)。

在一些實(shí)施例中，包含水溶性硅酸鹽源的至少一種添加劑可以進(jìn)一步包含含鍶的化合物；含鋇的化合物；白云石；一種或多種白云石衍生物(如白云石質(zhì)石灰、選擇性煅燒的白云石、和/或水合的白云石)；含鐵的化合物(如硫酸鐵、氯化鐵)；或其兩種或更多種的任何組合。

在一些附加的或替代的實(shí)施例中，該用于穩(wěn)定的方法可進(jìn)一步包括：步驟(a’)在進(jìn)行步驟(a)之前使含鈉粉煤灰與第二添加劑接觸。

在一些附加的或替代的實(shí)施例中，該用于穩(wěn)定的方法可包括：步驟(a”)使從步驟(a)得到的材料與第二添加劑接觸，所述步驟(a”)優(yōu)選地是在干燥步驟(b)之前進(jìn)行。

在一些附加的或替代的實(shí)施例中，該用于穩(wěn)定的方法可包括：進(jìn)行任選的步驟(a’)和步驟(a”)。在這兩個(gè)任選的步驟(a’)和(a”)中使用的第二添加劑可以相同或不同。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)進(jìn)行步驟(a’)和/或步驟(a”)時(shí)或者當(dāng)該第二添加劑在與步驟(a)中的硅酸鈉同時(shí)接觸時(shí)，該第二添加劑可以選自以下各項(xiàng)組成的組：含鍶化合物；含鋇化合物；白云石；一種或多種白云石衍生物(如白云石質(zhì)石灰、選擇性煅燒的白云石、和/或水合的白云石、水合的白云石質(zhì)石灰)；含鈣材料(如石灰窯粉塵、細(xì)石灰石、生石灰、熟石灰)，含鎂材料(如氫氧化鎂、碳酸鎂、氧化鎂)；含鐵化合物(如硫酸鐵、氯化鐵)；以及其兩種或更多種的任何組合。

在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)進(jìn)行步驟(a’)時(shí)，該第二添加劑可以包含含有鈣和/或鎂的材料，該材料選自由以下各項(xiàng)組成的組：石灰窯粉塵、細(xì)石灰石、生石灰、熟石灰、白云石質(zhì)石灰、白云石、選擇性煅燒的白云石、水合的白云石、氫氧化鎂、碳酸鎂、氧化鎂以及其任何混合物。

該含鈉粉煤灰優(yōu)選地是通過煤燃燒過程提供的含鈉粉煤灰，在該燃燒過程中將包含含鈉吸附劑的干吸附劑注入到通過煤燃燒產(chǎn)生的煙道氣中以除去包含在該煙道氣中的至少一部分污染物(優(yōu)選酸性氣體，如SOx、HCl、HF)。

在此種方法的實(shí)施例中其中在步驟(a)中亦或任選地在單獨(dú)的步驟(a’)或步驟(a”)中使用了任選的添加劑組分，該任選的添加劑組分優(yōu)選地包含至少一種含鍶化合物，白云石，白云石衍生物(如白云石質(zhì)石灰、水合的白云石、水合的白云石質(zhì)石灰)，含鈣材料(如石灰窯粉塵、細(xì)石灰石、生石灰、熟石灰)，含鎂材料(如氫氧化鎂、碳酸鎂、氧化鎂)，不同于在步驟(a)中使用的另一種水溶性硅酸鹽源；含鐵化合物(如硫酸鐵、氯化鐵)；或其兩種或更多種的任何組合。

在步驟(a)中的接觸可以包括使該含鈉粉煤灰和包含至少一種添加劑的水溶液或漿料或懸浮液與任選地附加的水或酸性溶液混合；可包括使水或酸性溶液與包含呈固體形式的至少一種添加劑的干共混物和該含鈉粉煤灰混合；和/或可以包括將含有至少一種添加劑的水溶液或漿料或懸浮液與任選地附加的水或酸性溶液噴涂到所述含鈉粉煤灰上。代替或除了噴涂之外，可以使用噴霧水溶液。

當(dāng)接觸包括使所得到的水性分散體、漿料、或溶液與所述含鈉粉煤灰混合和/或?qū)⑺玫降乃苑稚Ⅲw、漿料、或溶液噴涂到所述含鈉粉煤灰上時(shí)，該方法可以包括在接觸之前首先將該至少一種添加劑分散、溶解、或稀釋到水或酸性溶液中以形成含有至少一種添加劑的水性懸浮液、漿料或溶液。代替或除了噴涂之外，對(duì)于水溶液可以使用噴霧。

該方法可以包括在接觸之前首先干式混合呈固體形式的至少一種添加劑和含鈉粉煤灰以形成干共混物，其中接觸包括在水中或在水性介質(zhì)(例如，酸性溶液)中混合硅酸鈉與這種干共混物。當(dāng)該至少一種呈固體形式的添加劑是含有Mg和/或Ca的材料時(shí)，此實(shí)施例是特別有用的。優(yōu)選的含有鈣和/或鎂的材料可以選自由以下各項(xiàng)組成的組：石灰窯粉塵、細(xì)石灰石、生石灰、熟石灰、白云石質(zhì)石灰、白云石、選擇性煅燒的白云石、水合的白云石、氫氧化鎂、碳酸鎂、氧化鎂以及其任何混合物。更優(yōu)選的含有鈣和/或鎂的材料可以選自由以下各項(xiàng)組成的組：石灰窯粉塵、細(xì)石灰石、生石灰、熟石灰、白云石質(zhì)石灰、白云石、選擇性煅燒的白云石、水合的白云石、以及其任何混合物。最優(yōu)選的含有鈣和/或鎂的材料可以選自由以下各項(xiàng)組成的組：石灰窯粉塵、白云石質(zhì)石灰、以及其任何混合物。

在本發(fā)明中，包含硅酸鈉的該添加劑優(yōu)選地包含含硅酸鈉的溶液，或由含硅酸鈉的溶液組成。

步驟(a)可包括使含鈉粉煤灰與具有至少0.5wt％、或至少0.8wt％、或至少1wt％、或大于1wt％的硅酸鈉含量(基于含鈉粉煤灰+硅酸鈉+水的總重量)的硅酸鈉接觸。硅酸鈉含量(基于含鈉粉煤灰+硅酸鈉+水的總重量)可以是最高達(dá)10wt％、優(yōu)選最高達(dá)8wt％、更優(yōu)選最高達(dá)6wt％；再更優(yōu)選地具有的硅酸鈉含量為最高達(dá)5wt％；再最優(yōu)選地具有的硅酸鈉含量為最高達(dá)2wt％。

當(dāng)該添加劑包含含硅酸鈉的溶液時(shí)，步驟(a)可包括使含鈉粉煤灰與具有的硅酸鈉含量為從0.5wt％至最高40wt％的含硅酸鈉的溶液，優(yōu)選具有的硅酸鈉含量為從1wt％至最高10wt％的溶液，更優(yōu)選具有的硅酸鈉含量為從1.5wt％至最高6wt％的溶液；再更優(yōu)選地具有的硅酸鈉含量為從2wt％至最高5wt％的溶液接觸。

因?yàn)榭缮藤?gòu)的硅酸鹽溶液可以具有高的硅酸鹽含量(例如像對(duì)于硅酸鈉溶液從約30wt％至約40wt％)，購(gòu)買的硅酸鹽源在與含鈉粉煤灰接觸之前可以用水或酸性溶液稀釋。稀釋應(yīng)該允許水溶性硅酸鹽源在含鈉粉煤灰上的更均勻分布并且應(yīng)該通過使用該稀釋的硅酸鹽源更均勻地涂覆該粉煤灰提供此添加劑與該含鈉粉煤灰之間的更均勻的接觸。

本發(fā)明的另一個(gè)方面因此提供了用于增加含鈉粉煤灰的干堆積密度同時(shí)最小化水的使用以控制粉煤灰粉塵化的方法。該方法包括使含鈉粉煤灰與至少一種水溶性硅酸鹽源接觸。

在這個(gè)特定的方面中，該方法可以包括將包含硅酸鈉的添加劑分散到含鈉粉煤灰堆上。當(dāng)硅酸鈉源是濃硅酸鈉溶液(例如，從30wt％至40wt％的硅酸鈉)時(shí)，該方法可以包括用水或酸性含水介質(zhì)稀釋此濃硅酸鈉溶液并且然后將所得到的稀釋溶液施用到含鈉粉煤灰堆上用于硅酸鈉與含鈉粉煤灰之間的有效接觸。接觸步驟優(yōu)選地包括噴涂和/或噴霧技術(shù)。噴涂和/或噴霧可以在同時(shí)在例如傳送帶上移動(dòng)的含鈉粉煤灰堆上進(jìn)行。噴涂或噴霧可以在不移動(dòng)的含鈉粉煤灰堆上進(jìn)行，例如堆疊或堆。噴涂和/或噴霧可以借助于噴嘴進(jìn)行以提供細(xì)的液滴。噴嘴的尺寸、形狀、圖案和液體流速可以變化以滿足特定的粉塵顆粒尺寸和操作條件。

噴涂和/或噴霧含有硅酸鹽源(呈溶液的形式)的添加劑不僅允許硅酸鹽在粉煤灰頂部的均勻分布(由此用此添加劑均勻地涂覆該粉煤灰顆粒)以實(shí)現(xiàn)良好的接觸用于穩(wěn)定包含在該含鈉粉煤灰中的至少一些重金屬，并且還控制粉煤灰的粉塵化。

將水溶性硅酸鹽源添加到含鈉粉煤灰中因此可以提供以下優(yōu)點(diǎn)中的至少一個(gè)：

-減少重金屬(特別是Se和/或As)從經(jīng)處理的含鈉粉煤灰中的可浸出性；

-當(dāng)該處理方法還包括含鈉粉煤灰與用作第二添加劑的含Ca和/或Mg的材料的接觸時(shí)，減少鈉從經(jīng)處理的含鈉粉煤灰中的可浸出性；

-控制粉煤灰粉塵化，尤其是當(dāng)將呈溶液形式的添加劑噴涂或噴霧到含鈉粉煤灰堆上時(shí)；

-降低了含鈉粉煤灰的最佳水分含量；和/或

-增加了粉煤灰的干密度(導(dǎo)致在垃圾填埋場(chǎng)處置的較少的重量)。

前面的段落已經(jīng)通過通用前言提供，并且不旨在限制以下權(quán)利要求書的范圍。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，連同另外優(yōu)點(diǎn)將通過參考下面的詳細(xì)描述得到最好的理解。

優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明

定義

如在此所用，術(shù)語“重金屬”通常是指以下元素，包括，例如，砷、硒、銻、鈹、鋇、鎘、鉻、鉛、鎳和鋅。如在此所用，這些術(shù)語包括這些金屬的元素形式以及含有它們的有機(jī)和無機(jī)化合物以及鹽。這些元素及其化合物中許多對(duì)于人類、動(dòng)物和/或水生生物是有害的。

術(shù)語“溶解度”是指化合物在水中或在水溶液中的水溶解度，其中該水溶解度是在25℃和1個(gè)大氣壓下測(cè)量，除非另外確切地指明。

如在此所用，術(shù)語‘添加劑’指的是化學(xué)添加劑。

如在此所用，術(shù)語“天然堿”包括任何來源的倍半碳酸鈉。

術(shù)語“煙道氣”包括來自任何類型的燃燒過程(包括煤、石油、天然氣等的燃燒)的排氣。

如在此所用，術(shù)語煙道氣中的“污染物”包括酸性氣體，如SO₂、SO₃(總體典型地稱為SOx)、HCl、HF、和NO_x以及可以呈汽化形式的一些含重金屬的化合物。

如在此所用，術(shù)語“吸附劑”是指以下材料，該材料在與煙道氣接觸時(shí)與一些煙道氣組分(如污染物)相互作用以便從該煙道氣中除去它們中的至少一些。這種相互作用可以包括將至少一種煙道氣組分吸附到吸附劑內(nèi)或上和/或吸附劑與至少一種煙道氣組分之間的反應(yīng)。

如在此所用，術(shù)語“用過的吸附劑”總體上是指在干鈉基注入時(shí)獲得的并在粉煤灰材料中收集的反應(yīng)混合物。該用過的吸附劑包含反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物(如高度水溶性的硫酸鈉、亞硫酸鈉、有時(shí)硫酸氫鈉)，以及還有未轉(zhuǎn)化的干吸附劑(如碳酸氫鈉和/或碳酸鈉)。

術(shù)語‘包括’囊括了‘主要由……組成’以及還有‘由……組成’。

多個(gè)要素包括兩個(gè)或更多個(gè)要素。

短語“A和/或B”是指以下選擇：要素A；或要素B；或要素A和B(A+B)的組合。

短語‘A1、A2、...和/或An’其中n≥3是指以下選擇：任何單一的要素Ai(i＝1、2、...n)；或選自A1、A2、...、An中的兩個(gè)至(n-1)個(gè)要素的任何子組合；或所有要素Ai(i＝1、2、...n)的組合。例如，短語“A1、A2、和/或A3”是指以下選擇：A1；A2；A3；A1+A2；A1+A3；A2+A3；或A1+A2+A3。

在本申請(qǐng)中，在將要素或組分說成是包括在和/或選自所列舉的多個(gè)要素或組分的清單時(shí)，應(yīng)該理解的是在此處明確考慮到的相關(guān)實(shí)施例中，該要素或組分還可以是這些單獨(dú)的列舉出的要素或組分中的任何一個(gè)并且還可以選自由這些明確列舉出的要素或組分中的任何兩個(gè)或更多個(gè)所組成的組。在要素或組分的清單中列舉的任何要素或組分可以從這個(gè)清單中省去。進(jìn)一步地，應(yīng)該理解的是在此描述的工藝或方法的要素和/或特征可以按多種方式進(jìn)行組合而并不背離本傳授內(nèi)容的范圍和披露，無論在此是明顯的或是暗示的。

在此使用的單數(shù)‘一個(gè)或一種(a/one)’包括復(fù)數(shù)(并且反之亦然)，除非另外明確地陳述。

此外，如果在數(shù)值之前使用術(shù)語“約”或“大約”，那么本傳授內(nèi)容同樣包括該具體的數(shù)值本身，除非另外確切地指明。如在此所用，術(shù)語“約”或“大約”是指從標(biāo)稱值的+-10％的變化，除非另外明確地指明。

含鈉粉煤灰

在根據(jù)本發(fā)明的方法中處理的粉煤灰優(yōu)選地是從發(fā)電廠，諸如燃煤發(fā)電廠產(chǎn)生的。此種發(fā)電廠優(yōu)選地包含通過使用一種或多種吸附劑允許從此種發(fā)電廠產(chǎn)生的排氣(煙道氣流)中除去一些污染物以滿足對(duì)氣體排放的法規(guī)要求的一個(gè)或多個(gè)污染物控制過程和系統(tǒng)。當(dāng)在污染物控制過程中使用的吸附劑是鈉基的時(shí)，粉煤灰可以稱為‘含鈉’粉煤灰，特別是如果粉煤灰的鈉含量為以Na₂O表示大于1.5wt％時(shí)。煙道氣中的污染物總體上包括酸性氣體，如SO₂、SO₃、HCl和/或HF。煙道氣中的污染物可以進(jìn)一步包括一種或多種重金屬。有待通過使用一種或多種吸附劑除去的污染物優(yōu)選地是SO₂和/或SO₃；HCl；以及任選地重金屬如汞。

粉煤灰優(yōu)選地是由使用至少一種干吸附劑注入(DSI)技術(shù)的燃煤發(fā)電廠產(chǎn)生的，其中至少一種干吸附劑包含或組成為一種或多種含鈉吸附劑。在此種過程中，所產(chǎn)生的粉煤灰含有一種或多種水溶性含鈉化合物，如碳酸鈉和/或硫酸鈉，并且因此優(yōu)選地是‘含鈉’粉煤灰。在DSI技術(shù)中用來產(chǎn)生含鈉粉煤灰的含鈉吸附劑可以選自以下各項(xiàng)組成的組：碳酸鈉(Na₂CO₃)、碳酸氫鈉(NaHCO₃)、倍半碳酸鈉(Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O)、亞硫酸鈉(Na₂SO₃)、以及其任何組合。含有這些鈉化合物(如天然堿，蘇打石)之一或組合的礦物可以用來代替化合物本身。

有待使用本發(fā)明的步驟(a)和(b)處理的‘含鈉’粉煤灰包含至少一種鈉化合物。在待處理的含鈉粉煤灰中的至少一種鈉化合物可以選自以下各項(xiàng)組成的組：碳酸鈉、硫酸鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、硫酸氫鈉、氯化鈉、氟化鈉、包含至少一種通過本發(fā)明方法穩(wěn)定的重金屬(如硒和/或砷)的一種或多種鈉化合物、以及其組合。含鈉粉煤灰的主要的水溶性鈉組分總體上是碳酸鈉、硫酸鈉、和/或氯化鈉。在接觸步驟之前含鈉粉煤灰優(yōu)選地含有至少一種選自由以下各項(xiàng)組成的組的鈉化合物：碳酸鈉、硫酸鈉、亞硫酸鈉、氯化鈉、氟化鈉、含有硒和/或砷的一種或多種鈉化合物、以及其組合。

含鈉粉煤灰可以具有的Na含量為以Na₂O表示大于1.5wt％，優(yōu)選以Na₂O表示等于或大于2wt％。含鈉粉煤灰可以具有的Na含量為以Na₂O表示小于50wt％，優(yōu)選以Na₂O表示等于或小于45wt％。

含鈉粉煤灰可以具有高的氧化鈣含量，也就是說，等于或大于8wt％。這種類型的粉煤灰典型地被分類為‘類型C’。

含鈉粉煤灰可以具有低的氧化鈣含量，諸如小于8wt％。這種類型的粉煤灰典型地被分類為‘類型F’。

當(dāng)含鈉粉煤灰具有小于8wt％的低氧化鈣含量時(shí)，該處理方法優(yōu)選地包括進(jìn)行步驟(A)，其中該含鈉粉煤灰與硅酸鈉和含有Ca和/或Mg的材料接觸，順序地(優(yōu)選地在與該含有Ca和/或Mg的材料接觸后接觸硅酸鈉)亦或同時(shí)地。

在一些實(shí)施例中，該含鈉粉煤灰含有至少1ppm或至少2ppm的量的硒。在該含鈉粉煤灰中的Se含量可以是從1ppm至最高100ppm，或者可以是從2ppm至最高30ppm。

在一些實(shí)施例中，該含鈉粉煤灰含有至少2ppm的量的砷。在該含鈉粉煤灰中的As含量可以是從2ppm至最高200ppm。

如果對(duì)含鈉粉煤灰沒有進(jìn)行使用根據(jù)本發(fā)明的添加劑的處理，至少一部分包含在該含鈉粉煤灰中的硒和/或砷(例如，超過1ppm的Se)在去離子水中或在稀酸性溶液中是可浸出的。

在一些實(shí)施例中，該含鈉粉煤灰進(jìn)一步包含含有硅和/或鋁的水不溶性材料。該含鈉粉煤灰的主要水不溶性組分可以包含以氧化物測(cè)量的硅、鋁、鐵、以及鈣。

該含鈉粉煤灰可以具有從約10至約13的pH，優(yōu)選地從約10.5至約12.8的pH。

產(chǎn)生含鈉粉煤灰

本發(fā)明的一些實(shí)施例可以進(jìn)一步包括在用于處理含有酸性氣體污染物，諸如優(yōu)選地SO_x、HCl、和/或HF的氣體的方法中產(chǎn)生含鈉粉煤灰的步驟。

粉煤灰優(yōu)選地是由使用至少一種干吸附劑注入(DSI)技術(shù)的燃煤發(fā)電廠產(chǎn)生的，其中至少一種干吸附劑包含或組成為一種或多種含鈉吸附劑。

可以將含鈉吸附劑(例如，天然堿或碳酸氫鈉)注入到煙道氣流(例如，在燃煤發(fā)電廠中產(chǎn)生的)中，并且該含鈉吸附劑與至少一種污染物相互作用以除去所述一種或多種污染物的至少一部分。該注入優(yōu)選地在該煙道氣流在其中流動(dòng)的管道中發(fā)生。在這一過程中，推薦該煙道氣流的溫度是高于100℃，優(yōu)選高于110℃，更優(yōu)選高于120℃，最優(yōu)選高于130℃。在這些溫度下，天然堿或碳酸氫鈉(或蘇打石)迅速分解成具有高比表面積并且因此具有高反應(yīng)性的碳酸鈉。這些含鈉吸附劑的分解在暴露于這種溫度時(shí)數(shù)秒內(nèi)發(fā)生，例如在管道中。該吸附劑可以呈干或半干狀態(tài)被注入。通過‘半干狀態(tài)注入’應(yīng)理解為是指將該吸附劑(漿料)的水溶液或優(yōu)選懸浮液的微小液滴注入到熱的煙道氣中，該煙道氣具有高于100℃的溫度。該溶液或懸浮液在與該熱的煙道氣接觸后立即蒸發(fā)。包含一種或多種吸附劑/污染物相互作用(如吸附和/或一種或多種反應(yīng))的產(chǎn)物的煙道氣固體可以通過一個(gè)或多個(gè)袋式過濾器和/或一個(gè)或多個(gè)靜電沉降器從經(jīng)處理的煙道氣中回收以產(chǎn)生含鈉粉煤灰，其中的一部分可以通過本發(fā)明的方法進(jìn)行處理。

在含有氯化氫的氣體(如來自家庭垃圾的焚化的煙道氣)的純化中使用碳酸氫鈉吸附劑的適合的實(shí)例可以在(法焦利尼(Fagiolini)的)美國(guó)專利號(hào)6,171,567中找到，通過援引的方式并入本申請(qǐng)。

在含有二氧化硫和一氧化氮的氣體(例如，通過燃燒含硫化石燃料產(chǎn)生的煙氣，在電力生產(chǎn)發(fā)電站中)的清洗中使用碳酸氫鈉的另一個(gè)適合的實(shí)例可以在(De Soete的)美國(guó)專利號(hào)5,540,902中找到，通過援引的方式并入本申請(qǐng)。

在含有二氧化硫的氣體的純化中使用天然堿吸附劑的適合的實(shí)例可以在(Maziuk的)美國(guó)專利號(hào)7,854,911中找到，通過援引的方式并入本申請(qǐng)。

在從500°F至850°F的溫度下在含有三氧化硫的氣體的純化中使用天然堿吸附劑的適合的實(shí)例可以在(Maziuk的)美國(guó)專利號(hào)7,481,987中找到，通過援引的方式并入本申請(qǐng)。

任何這些污染物控制方法具有產(chǎn)生含有可浸出的重金屬如硒和/或砷的含鈉粉煤灰的可能性，其可能需要根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行處理以最小化Se浸出。

步驟(a)：與至少一種添加劑接觸

根據(jù)本發(fā)明的方法包括：(a)在水的存在下，使該含鈉粉煤灰與包含至少一種水溶性硅酸鹽源的至少一種添加劑相接觸。

該至少一種水溶性硅酸鹽源可以包含或組成為至少一種水溶性含有堿土金屬的硅酸鹽化合物。該堿土金屬優(yōu)選地是Na和/或K。

在本發(fā)明中，在添加劑中使用或作為唯一的添加劑使用的水溶性硅酸鹽源優(yōu)選地包含至少一種硅酸鈉和/或至少一種硅酸鉀。更優(yōu)選地，該水溶性硅酸鹽源包含硅酸鈉。

硅酸鈉的適合的來源可以是呈無水或水合物形式的結(jié)晶硅酸鈉。摩爾比SiO₂/Na₂O可以變化，但是典型地是從0.5至2.0。結(jié)晶硅酸鈉的適合的來源可以是偏硅酸鈉(Na₂SiO₃)，也稱為水玻璃或溶性玻璃具有1:1的摩爾比SiO₂/Na₂O；原硅酸鈉(Na₄SiO₄)具有0.5:1的摩爾比SiO₂/Na₂O；焦硅酸鈉或倍半硅酸鈉(Na₆Si₂O₇)具有0.67的摩爾比SiO₂/Na₂O；二硅酸鈉(Na₂Si₂O₃)具有2:1的摩爾比SiO₂/Na₂O；或其混合物。

硅酸鈉的適合的來源可以是硅酸鈉溶液。硅酸鈉溶液可以具有任何SiO₂/Na₂O重量比，優(yōu)選地SiO₂/Na₂O重量比為從1.5至4?？缮藤?gòu)的硅酸鈉溶液典型地具有從1.6至3.25的SiO₂/Na₂O重量比。不希望受任何特定理論的限制，因?yàn)槭枪杷猁}部分被認(rèn)為賦予在含鈉粉煤灰中的一些重金屬的最穩(wěn)定，令人希望的是使用高SiO₂/Na₂O重量比，如從約2.4至約3.22的SiO₂/Na₂O重量比。

該至少一種添加劑可以進(jìn)一步包含選自以下各項(xiàng)組成的組的任選的添加劑組分：至少一種含鍶化合物；至少一種含鋇化合物；白云石；一種或多種白云石衍生物，如白云石質(zhì)石灰、選擇性煅燒的白云石、和/或水合的白云石；至少一種含鐵化合物(如硫酸鐵、氯化鐵)；或其兩種或更多種的任何組合。

特定的添加劑可以包含一種或多種硅酸鈉和選自以下各項(xiàng)組成的組的任選的添加劑組分：至少一種含鍶化合物、白云石、白云石質(zhì)石灰、硫酸鐵、氯化鐵；以及其兩種或更多種的任何組合。

適合的含鍶化合物可以包含，或者可以組成為，氫氧化鍶、氯化鍶、碳酸鍶、或其兩種或更多種的組合，優(yōu)選地可以包含，或者可以組成為，氫氧化鍶和/或氯化鍶。

適合的含鋇化合物可以包含，或者可以組成為，氫氧化鋇和/或氯化鋇。

用于與含鈉粉煤灰接觸的適合的添加劑不包括硅砂或硅灰。

包含Mg和/或Ca的適合的任選的添加劑組分可以包含，或者可以組成為，碳酸鎂(菱鎂礦)、白云石、一種或多種白云石衍生物、或其兩種或更多種的任何組合。優(yōu)選地是該任選的添加劑組分不包括石灰。甚至更優(yōu)選地是該任選的添加劑組分不是由石灰組成。

白云石是含有等摩爾量的碳酸鈣和碳酸鎂的礦物(CaCO₃.MgCO₃)；它總體上含有最小97％的總碳酸鹽組成。

白云石衍生物是通過將白云石的至少一種或兩種碳酸鹽組分部分或完全轉(zhuǎn)化為氧化物或氫氧化物形式獲得的化合物。白云石衍生物的非限制性實(shí)例包括白云石質(zhì)石灰(也稱為‘煅燒白云石’)、選擇性煅燒的白云石、和/或水合的煅燒白云石(也稱為‘水合白云石’)。白云石質(zhì)石灰典型地是來源于白云石的煅燒。取決于所使用的煅燒條件，可以獲得‘完全煅燒的白云石’或‘選擇性煅燒的白云石’。白云石質(zhì)石灰典型地是指‘完全煅燒的白云石’，其中在在900℃-1200℃范圍內(nèi)的溫度下煅燒白云石從其碳酸鹽組分的二者產(chǎn)生相應(yīng)的氧化物和CO₂以給出下式：CaO.MgO。因?yàn)榘自剖械奶妓徭V組分在比碳酸鈣(大約900℃)更低的溫度(大約600℃)下分解為氧化物形式和CO₂，白云石可以進(jìn)行選擇性煅燒(例如，≥600和<900℃)以將其鎂組分轉(zhuǎn)化為氧化物形式，同時(shí)保持大部分鈣組分呈碳酸鹽形式，從而提供具有近似式MgO.CaCO₃的‘選擇性煅燒的白云石’。水合白云石是熟化完全煅燒的白云石的產(chǎn)物，由此氧化鈣水合的同時(shí)氧化鎂保持完整；水合白云石因此具有近似式MgO.Ca(OH)₂。粉碎的(微米大小顆粒的)白云石質(zhì)石灰，也稱為‘DLP’，是特別適合作為添加劑的來源。

含有Mg和Ca的特別適合的任選的添加劑組分可以包含，或者可以組成為白云石、白云石質(zhì)石灰、水合白云石、或其兩種或更多種的任何組合。

特別優(yōu)選的任選的添加劑組分可以包含，或者可以組成為，至少一種選自以下各項(xiàng)組成的組的化合物：氫氧化鍶、氯化鍶、白云石質(zhì)石灰、硫酸鐵、氯化鐵、以及其兩種或更多種的任何組合。

在步驟(a)中使用的特別有利的添加劑包含硅酸鈉或硅酸鈉與另一種添加劑組分的組合，該另一種添加劑組分選自以下各項(xiàng)組成的組：氫氧化鍶、氯化鍶、白云石質(zhì)石灰、硫酸鐵、氯化鐵、以及其任何組合。

當(dāng)該添加劑在與含鈉粉煤灰接觸之前呈粉末或微粒形式時(shí)，它的平均粒徑總體上是小于500微米，優(yōu)選地小于250微米，更優(yōu)選地小于150微米。對(duì)于水溶性添加劑，小粒徑的優(yōu)點(diǎn)之一在于這種添加劑的溶解在水中更快。出于這個(gè)原因，還設(shè)想了使用具有亞微米(例如，納米級(jí))顆粒的微粒添加劑。

在一些實(shí)施例中，該添加劑不包含含磷酸鹽的化合物和/或含磷酸的化合物。具體地，該添加劑優(yōu)選地不含有正磷酸或任何它的堿金屬/堿土金屬鹽。

在一些附加的或替代的實(shí)施例中，該添加劑不包含含硫化物的化合物，如硫化鈉Na₂S。

在一些附加的或替代的實(shí)施例中，該添加劑進(jìn)一步包含含鐵化合物，如氯化鐵，硫酸鐵Fe₂(SO₄)₃。

在其他實(shí)施例中，該添加劑不包含含鐵化合物，如氯化鐵，硫酸鐵Fe₂(SO₄)₃。

在一些附加的或替代的實(shí)施例中，該添加劑不包含氧化鈉(Na₂O)、氯化鈣、和/或氯化銨。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，該添加劑不包括選自由以下各項(xiàng)組成的組的化合物：含磷酸鹽的化合物、含磷酸的化合物(包括正磷酸或任何其堿金屬/堿土金屬鹽)、含硫化物的化合物、氧化鈉(Na₂O)、氯化鈣、氯化銨、以及含鐵的化合物，其任何子組合以及組合。

在替代的實(shí)施例中，該添加劑含有選自由以下各項(xiàng)組成的組的任選的添加劑組分：含磷酸鹽的化合物；含磷酸的化合物(包括正磷酸或其任何堿金屬/堿土金屬鹽)；含硫化物的化合物；氯化鈣；氯化銨；以及含鐵的化合物，如氯化鐵，硫酸鐵Fe₂(SO₄)₃。

在步驟(a)或(A)的接觸過程中，優(yōu)選的是沒有使用膠凝材料(除了含鈉粉煤灰和可能的另一種含鈉粉煤灰外)。也就是說，在步驟(a)或(A)中的接觸優(yōu)選地不是在波特蘭水泥或硫鋁酸鈣膠凝材料的存在下進(jìn)行的。該添加劑優(yōu)選地不包括波特蘭水泥或/和硫鋁酸鈣膠凝材料。

該添加劑的含量可以在寬范圍內(nèi)變化。

該添加劑的量?jī)?yōu)選地是足以實(shí)現(xiàn)至少50％、或至少60％、或至少75％的至少一種重金屬(如Se和/或As)從含鈉粉煤灰中的可浸出性的降低。

該添加劑的量可以是足以實(shí)現(xiàn)至少一種重金屬(如Se和/或As)從經(jīng)處理的材料中的可浸出性的降低用于使瀝濾液中的此種重金屬的含量不超過由地方、州和/或聯(lián)邦環(huán)保法規(guī)限定的最大閾值。可浸出性可以通過浸出標(biāo)準(zhǔn)，如歐洲標(biāo)準(zhǔn)NF EN 12457-2和來自EPA手冊(cè)SW 486的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)EPA 1311來確定。

該添加劑的量可以是足以實(shí)現(xiàn)1ppm或更小的Se從經(jīng)處理的材料中的可浸出性。

該水溶性硅酸鹽源的含量通常是基于含鈉粉煤灰的重量高于或等于百分之0.1，優(yōu)選高于或等于0.5wt％，更優(yōu)選高于或等于1wt％，并且最優(yōu)選高于或等于2wt％。該水溶性硅酸鹽源的含量通常是低于或等于20wt％，有利地低于或等于15wt％，更有利地低于或等于10wt％，并且最有利地低于或等于5wt％。對(duì)于該水溶性硅酸鹽源，從2wt％至5wt％的范圍是特別有利的。該添加劑的量是基于含鈉粉煤灰的總重量包括其水溶性部分。

添加劑中的水溶性硅酸鹽源與通過本發(fā)明方法穩(wěn)定的一種或多種重金屬(例如硒和/或砷)的摩爾比典型地是高于1:1。添加劑中的水溶性硅酸鹽源與待穩(wěn)定的一種或多種重金屬的摩爾比可以是至少2:1，優(yōu)選從2:1至100:1或甚至更大。

在步驟(a)中的接觸在至少一些水的存在下發(fā)生。接觸不包括沒有水的存在下粉煤灰與任何添加劑之間的干接觸。含鈉粉煤灰和至少一種添加劑可以干式混合，但在這種情況下，接觸優(yōu)選地當(dāng)將水添加到該干共混物中時(shí)啟動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，該含鈉粉煤灰的特征在于液體保持能力。在步驟(a)或(A)的接觸過程中使用的水的量可以比所述含鈉粉煤灰的液體保持能力更低。在替代的實(shí)施例中，在步驟(a)或(A)的接觸過程中使用的水的量可以等于或高于所述含鈉粉煤灰的液體保持能力但不超過75％。在步驟(a)或(A)的接觸過程中使用的水的量?jī)?yōu)選地是在該含鈉粉煤灰的液體保持能力的+/-5wt％之內(nèi)、更優(yōu)選地在+/-3wt％之內(nèi)、最優(yōu)選地在+/-2wt％之內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，在步驟(a)或(A)的接觸過程中使用的水含量是使得從步驟(a)或(A)得到的材料是軟的有延展性的糊劑。該糊劑可以含有最多50wt％的水或甚至最多40wt％的水，優(yōu)選最多35wt％的水，更優(yōu)選可以含有在1wt％與35wt％之間的水。替代實(shí)施例可以包括在20wt％與35wt％之間的水，或在30wt％與35wt％之間的水的水含量。

在一些實(shí)施例中，該接觸步驟是在從3至7的酸性pH下，或在從6至8的近中性pH下進(jìn)行的。因?yàn)樗苄遭c化合物如碳酸鈉典型地存在于含鈉粉煤灰中，在步驟(a)或(A)中與去離子水接觸后獲得的材料將具有堿性pH(大約10-12)；在此種情況下，可以使用酸性溶液(例如，稀HCl酸性溶液)代替在接觸步驟過程中的去離子水。

可以使用用于實(shí)現(xiàn)含鈉粉煤灰與一種或多種添加劑之間的接觸的各自技術(shù)。

混合一種或多種添加劑和含鈉粉煤灰，例如，但不限于，捏合、螺桿混合、攪拌、或其任何組合可以用于接觸。此種混合可以在水的存在下進(jìn)行。將添加劑噴涂或噴霧到含鈉粉煤灰堆上可以是用于接觸的替代或附加技術(shù)。此種噴涂或噴霧可以在水的存在下進(jìn)行。

在一些實(shí)施例中，該方法可以包括首先干式混合呈固體形式(例如粉末或顆粒)的至少一種添加劑和含鈉粉煤灰以形成干共混物，并且然后將水添加到此種干共混物中用于引發(fā)接觸。

干式混合(固/固混合)可以使用轉(zhuǎn)筒或?qū)α骰旌掀骰蛘咂渲谢旌喜灰筝d體液體(例如，水、有機(jī)溶劑)的任何機(jī)械裝置來進(jìn)行。適合的轉(zhuǎn)筒混合器可以選自以下各項(xiàng)組成的組：鼓式共混器、V型共混器、倉式共混器、以及雙錐形共混器。適合的對(duì)流混合器通常包括由旋轉(zhuǎn)葉輪清掃的固定容器，并且可以選自以下各項(xiàng)組成的組：帶式共混器(具有安裝在水平軸上的螺旋帶葉輪的圓柱形容器)、槳式共混器(具有槳葉代替螺旋帶的修改的帶式共混器)、Nauta共混器(通過旋轉(zhuǎn)和旋進(jìn)螺旋葉片清掃的豎直取向的圓錐形槽)、Forberg共混摧糦摧糦摧糦萑葠摧愀柱形容器)、以及Lodige共混器(類似于犁式鏟旋轉(zhuǎn)圓柱形鼓輪的廚房攪拌機(jī))。呈固體形式的至少一種添加劑和含鈉粉煤灰的干式混合優(yōu)選地是在選自由帶式共混器和V型共混器組成的組的混合器中進(jìn)行的。

在其中該方法包括形成含有一種或多種添加劑(呈固體形式)和含鈉粉煤灰的干共混物的實(shí)施例中，接觸步驟優(yōu)選地包括將水或酸性溶液與該干共混物混合。此種接觸步驟涉及濕式混合。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該方法可以包括首先將該一種或多種添加劑分散或溶解或稀釋在水中或一種酸性溶液中以形成含有該一種或多種添加劑的水性懸浮液、漿料或溶液并且然后使該含鈉粉煤灰與所得到的含有至少一種添加劑的水性分散體、漿液、或溶液接觸。此接觸步驟可涉及濕式混合、噴涂、或濕式混合和噴涂的組合。代替或除了噴涂之外，可以使用噴霧水溶液。

在其中該方法包括形成含有一種或多種添加劑的水性懸浮液、漿料或溶液的實(shí)施例中，接觸步驟優(yōu)選地包括使該含鈉粉煤灰與該含有一種或多種添加劑的水性溶液或漿液或懸浮液與任選地附加的水或水性介質(zhì)(例如，酸性溶液)混合。此接觸步驟涉及濕式混合。

濕式混合(固/液混合)可以使用選自以下各項(xiàng)組成的組的混合機(jī)進(jìn)行：捏合混合機(jī)、螺桿混合機(jī)、錐形混合機(jī)、犁式混合機(jī)、帶式共混機(jī)、盤狀碾式混合機(jī)、攪拌槽、螺旋葉片混合機(jī)、擠出機(jī)(如Rietz、單螺桿、或雙螺桿擠出機(jī))、以及其任何組合。適合于糊劑混合或粘性材料混合的任何混合機(jī)將適合于根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的濕式混合。

在其中該方法包括形成含有一種或多種添加劑的水性懸浮液、漿料或溶液的一些附加的或替代的實(shí)施例中，接觸步驟可以包括將含有一種或多種添加劑的水性溶液或漿液或懸浮液與任選地附加的水或水性介質(zhì)(例如，酸性溶液)噴涂到該含鈉粉煤灰上。

含鈉粉煤灰堆在噴涂過程中可以是在移動(dòng)中以允許一種或多種添加劑到該含鈉粉煤灰堆的均勻分布。例如，含鈉粉煤灰堆可處于在移動(dòng)表面(例如，傳送帶)上的移動(dòng)中，在移動(dòng)中由于帶狀物、螺桿或葉片、或旋轉(zhuǎn)容器中的轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將包含一種或多種添加劑的溶液或懸浮液或漿料噴涂到移動(dòng)的含鈉粉煤灰堆上。

設(shè)想可以在步驟(a)或(A)中使用多于一種接觸技術(shù)用于使含鈉粉煤灰與相同的添加劑接觸或用于使含鈉粉煤灰與不同的添加劑接觸。

還設(shè)想可以使用相同的接觸技術(shù)用于使含鈉粉煤灰與不同的添加劑接觸，同時(shí)地亦或順序地。

接觸可以發(fā)生一段不少于10分鐘和/或不多于12小時(shí)的時(shí)間段。在15分鐘與1小時(shí)之間的接觸時(shí)間總體上是適合的。

接觸可以在小于100℃的溫度下發(fā)生。大于0℃并且小于100℃，或從10℃至約70℃，優(yōu)選地從15℃至約50℃的溫度。在4℃與45℃之間，更優(yōu)選地在10℃與30℃之間的溫度將適合于此接觸步驟。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟(a)或(A)不包括磷酸化和/或硫化。

在替代實(shí)施例中，該方法可以進(jìn)一步包括通過使用含磷酸鹽的化合物作為另外的添加劑的磷酸化。磷酸化可以在步驟(a)或(A)的接觸過程中同時(shí)進(jìn)行。磷酸化和在步驟(a)或(A)中的接觸可以順序地進(jìn)行。

在其他實(shí)施例中，該方法可以進(jìn)一步包括通過使用含硫化物的化合物(例如，Na₂S)作為另外的添加劑組分的硫化。硫化可以在步驟(a)或(A)的接觸過程中同時(shí)進(jìn)行。硫化和在步驟(a)或(A)中的接觸可以順序地進(jìn)行。

在進(jìn)行步驟(b)中的干燥之前，在步驟(a)或(A)的接觸過程中獲得的材料可以任選地形成以下形狀，例如擠出或模制成一種或多種形式，如呈粒料、顆粒、磚、餅、或類似物的形式。

在本發(fā)明方法的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，其中水溶性源包含硅酸鈉，該方法可以包括用水亦或酸性水溶液稀釋濃硅酸鈉溶液(總體上含有從30wt％至40wt％的硅酸鈉)以實(shí)現(xiàn)在稀釋的溶液中從1wt％至10wt％，優(yōu)選從2wt％至5wt％的硅酸鈉含量；任選地將另一種添加劑組分(如硫酸鐵、氯化鐵、氯化鍶、白云石質(zhì)石灰或其組合)添加到此稀釋的硅酸鈉溶液中；將該稀釋的硅酸鈉溶液噴涂或噴霧到含鈉粉煤灰堆上，該含鈉粉煤灰是不動(dòng)的(如在一個(gè)堆疊或堆或鋪展在襯上)亦或移動(dòng)的(例如在傳送帶上)，稀釋的添加劑溶液的量足以不超過粉煤灰的液體保持能力，并且優(yōu)選接近液體保持能力的值的5％內(nèi)、優(yōu)選3％內(nèi)或甚至更優(yōu)選地達(dá)到含鈉粉煤灰的液體保持能力?？梢允占瘒娡康幕驀婌F的含鈉粉煤灰以放置在容器中或移動(dòng)到如垃圾填埋場(chǎng)或熟料處理以便再使用。在一些實(shí)施例中，施用到含鈉粉煤灰上的稀釋的硅酸鈉溶液可以具有從10℃至約70℃，優(yōu)選地從15℃至約50℃的溫度。稀釋的硅酸鈉溶液可以在接觸含鈉粉煤灰之前預(yù)加熱?？商娲?，用于稀釋濃硅酸鈉溶液的水或酸性溶液可以具有已經(jīng)在以上提供的優(yōu)選溫度范圍內(nèi)的溫度，或者可以在稀釋之前預(yù)加熱。

步驟(A)：與硅酸鈉和含有Ca和/或Mg的材料接觸

本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于穩(wěn)定鈉和至少一些重金屬的方法。此種方法包括：

(A)使含鈉粉煤灰與水溶性硅酸鹽源和含鈣和/或鎂的材料相接觸。

在步驟(A)中的接觸優(yōu)選地包括：1/首先共混此種含鈉粉煤灰與該含有鈣和/或鎂的材料以制成初始共混物，并且然后2/將該水溶性硅酸鹽源添加到所得到的共混物中。將水溶性硅酸鹽源添加到所得到的共混物中優(yōu)選地是在水的存在下進(jìn)行。在步驟2/中的條件與在步驟(a)中的接觸所解釋的相同，除了代替含鈉粉煤灰與硅酸鈉的接觸是與步驟1/的所得到的共混物進(jìn)行的。

為了制造初始共混物，含鈉粉煤灰與含有鈣和/或鎂的材料的共混優(yōu)選地通過干式混合進(jìn)行。此實(shí)施例在該含有Mg和/或Ca的材料是呈固體形式時(shí)是特別有用的。

將水溶性硅酸鹽源后續(xù)添加到所得到的共混物中優(yōu)選地是通過濕式混合進(jìn)行的。

含有鈣和/或鎂的材料可以選自由以下各項(xiàng)組成的組：石灰窯粉塵、細(xì)石灰石、生石灰、熟石灰、白云石質(zhì)石灰、白云石、選擇性煅燒的白云石、水合的白云石、氫氧化鎂、碳酸鎂、氧化鎂以及其兩種或更多種的任何混合物。更優(yōu)選的含有鈣和/或鎂的材料可以選自由以下各項(xiàng)組成的組：石灰窯粉塵、細(xì)石灰石、生石灰、熟石灰、白云石質(zhì)石灰、白云石、選擇性煅燒的白云石、水合的白云石、以及其兩種或更多種的任何混合物。最優(yōu)選的含有鈣和/或鎂的材料可以選自由以下各項(xiàng)組成的組：石灰窯粉塵、白云石質(zhì)石灰、以及其任何混合物。

在含鈉粉煤灰中的Se含量越大，在接觸過程中使用的硅酸鹽的量越多。在含鈉粉煤灰中的Ca含量越少，在接觸過程中使用的含有鈣和/或鎂的材料的量越多。

在此種特定的方面中，含有鈣和/或鎂的材料可以是基于含鈉粉煤灰的重量以按重量計(jì)等于或大于3％的量、優(yōu)選以按重量計(jì)等于或大于4％的量、更優(yōu)選以按重量計(jì)等于或大于5％的量添加。含有鈣和/或鎂的材料可以是以按重量計(jì)等于或小于25％、優(yōu)選等于或小于20wt％、更優(yōu)選等于或小于15wt％、最優(yōu)選等于或小于10wt％的量添加。含有鈣和/或鎂的材料的添加量可以范圍為從4wt％至20wt％、優(yōu)選從5wt％至15wt％、最優(yōu)選從5wt％至10wt％。

待添加的硅酸鈉的量與前面所述的相同。

硅酸鈉與含有鈣和/或鎂的材料的重量比可以根據(jù)含鈉粉煤灰的重金屬和鈣含量變化。硅酸鈉與此種材料的典型的重量比可以范圍是從1:100至4:1、優(yōu)選地從5:100至1:1、更優(yōu)選地從8:100至2:5。

此步驟(A)優(yōu)選地是當(dāng)含鈉粉煤灰具有低氧化鈣含量，如小于8wt％時(shí)進(jìn)行的。這種類型的粉煤灰典型地被分類為‘類型F’。

步驟(b)：干燥

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括：(b)干燥在與至少一種添加劑接觸之后獲得的材料。在步驟(b)中的干燥可以在大于100℃和/或小于150℃的溫度下進(jìn)行。干燥步驟(b)的目的是從接觸步驟(a)或(A)得到的材料中除去水。在步驟(b)中除去的水是自由水，并且在干燥過程中用于水除去的機(jī)理是蒸發(fā)。

干燥時(shí)間將根據(jù)在步驟(a)或(A)過程中使用的水的量變化。干燥時(shí)間典型地是至少5分鐘、優(yōu)選地至少30分鐘，并且最多12小時(shí)。當(dāng)在步驟(a)或(A)中獲得的材料的水含量是在20wt％與40wt％之間時(shí)，在20分鐘與6小時(shí)之間的干燥時(shí)間是適合的。在30分鐘與3小時(shí)之間的干燥時(shí)間是優(yōu)選的。

干燥優(yōu)選地發(fā)生在空氣中，但是可以發(fā)生在惰性(非反應(yīng)性)氣氛如氮?dú)庵小?/p>

干燥可以是間接干燥其中具有比待干燥的材料更高溫度的熱傳遞流體加熱表面并且然后待干燥的材料通過與該加熱的表面(但不與該熱傳遞流體接觸)接觸干燥。

干燥可以是直接干燥其中將具有比待干燥的材料更高溫度的流體(例如熱空氣)與待干燥的材料接觸。

干燥可以在大氣壓下或在真空下發(fā)生以促進(jìn)從待干燥的材料中除去水。

在步驟(b)中的干燥優(yōu)選地在不煅燒或燒結(jié)從步驟(a)或(A)中得到的接觸材料進(jìn)行。具體地，干燥不包括在超過500℃的溫度下加熱從步驟(a)中獲得的材料。優(yōu)選地，在步驟(b)中的干燥不應(yīng)該包括有利于包含在從步驟(a)或(A)中得到的接觸材料中的重金屬(例如Se和/或As)的揮發(fā)的條件。

干燥的物質(zhì)可以含有比用添加劑處理之前的初始含鈉粉煤灰小50％的可浸出的重金屬(如硒和/或砷)。

從步驟(b)中得到的干燥的物質(zhì)優(yōu)選地含有1ppm或更少的可浸出的Se。

在一些實(shí)施例中，該方法可以包括順序的接觸步驟(a_n)與任選地在接觸步驟(a_n)之間進(jìn)行的一個(gè)或多個(gè)干燥或部分干燥步驟(b’)，以及最終的干燥步驟(b)。在接觸步驟(a_n)中使用的一種或多種添加劑可以是與在若干部分中施用的相同的添加劑或者可以是不同的添加劑。順序的接觸步驟(a_n)可以采用相同的接觸技術(shù)；或者不同的接觸技術(shù)可以在順序的接觸步驟(a_n)中使用。順序的接觸步驟(a_n)中的至少一個(gè)使用一種包含水溶性硅酸鹽源的添加劑。

在一些特定的實(shí)施例中其中兩種或更多種添加劑與含鈉粉煤灰在單獨(dú)的接觸步驟(a_n)中接觸，該方法可以包括：

(a1)使含鈉粉煤灰與第一添加劑在水的存在下接觸，

(b’)任選地干燥從步驟(a1)中得到的接觸材料以形成第一部分干燥的或干燥的物質(zhì)；

(a2)使從步驟(a1)中得到的接觸的含鈉粉煤灰或在任選的步驟(b’)中形成的該部分干燥的/干燥的物質(zhì)與第二添加劑任選地在附加的水的存在下接觸；

(b)干燥從步驟(a2)中得到的材料以形成最終干燥的物質(zhì)；

其中該第一和第二添加劑是不同的，其中至少一種包含水溶性硅酸鹽源，其中每一種添加劑可以進(jìn)一步包含至少一種含鍶化合物；至少一種含鋇化合物；白云石；一種或多種白云石衍生物(諸如，白云石質(zhì)石灰、選擇性煅燒的白云石、和/或水合的白云石)；至少一種含鐵化合物；或其兩種或更多種的任何組合。

用于步驟(a1)和(a2)中的接觸的技術(shù)可以是相同的或不同的。在步驟(a2)中的任選的附加的水可以呈純水或水性介質(zhì)(例如，酸性溶液)的形式。

在一些替代實(shí)施例中其中使用多于一個(gè)接觸步驟(a)使相同的添加劑與含鈉粉煤灰接觸，該方法可以包括：

(a1’)使含鈉粉煤灰與添加劑的第一部分在水的存在下接觸，

(b’)任選地干燥從步驟(a1’)中得到的材料以形成一種部分干燥的或干燥的物質(zhì)；

(a2’)使從步驟(a1’)中得到的接觸的含鈉粉煤灰或在任選的步驟(b’)中形成的該部分干燥的/干燥的物質(zhì)與同一添加劑的第二部分任選地在附加的水的存在下接觸；

(b)干燥從步驟(a2’)中得到的材料以形成最終干燥的物質(zhì)；

其中該添加劑包含水溶性硅酸鹽源并且可以進(jìn)一步包含至少一種含鍶的化合物；至少一種含鋇的化合物；白云石；一種或多種白云石衍生物(諸如，白云石質(zhì)石灰、選擇性煅燒的白云石、和/或水合的白云石)；至少一種含鐵的化合物(如硫酸鐵或氯化鐵)；或其兩種或更多種的任何組合；并且

其中接觸步驟(a1’)和(a2’)可以使用相同的接觸技術(shù)或不同的接觸技術(shù)。

在步驟(a2’)中的任選的附加的水可以呈純水或水性介質(zhì)(例如，酸性溶液)的形式。

本發(fā)明的又替代實(shí)施例涉及用于處理含鈉粉煤灰以形成適合于填埋或揮發(fā)的處理的材料的方法。

該方法的此實(shí)施例優(yōu)選地包括與如前所述的至少一種添加劑的接觸步驟(a)或(A)。接觸步驟優(yōu)選地在水的存在下進(jìn)行，但接觸的粉煤灰堆仍處于‘干燥’狀態(tài)并且所使用的水的量典型地不超過含鈉粉煤灰的水保持能力。接觸優(yōu)選地使用不超過含鈉粉煤灰的水保持能力的水量進(jìn)行，并且優(yōu)選足以在含鈉粉煤灰的水保持能力的+/-5％內(nèi)。用于重金屬穩(wěn)定的添加劑優(yōu)選地包含水溶性硅酸鹽源和如前所述的任選地至少一種其他添加劑組分。該添加劑以足以穩(wěn)定處理前初始存在于含鈉粉煤灰中的至少一種重金屬的量添加。從這種穩(wěn)定步驟中獲得的所得材料具有比用添加劑處理前的含鈉粉煤灰大大減少的此重金屬的可浸出性。

因?yàn)橹亟饘俚姆€(wěn)定預(yù)計(jì)主要通過將重金屬的至少一部分轉(zhuǎn)化為水不溶性形式進(jìn)行，該方法可以進(jìn)一步包括：使用洗滌介質(zhì)(例如，水或水性介質(zhì))洗滌經(jīng)處理的粉煤灰(優(yōu)選步驟(a)或(A)后獲得的)以便溶解經(jīng)處理的含鈉粉煤灰的大部分水溶性部分。因?yàn)樵谶@種洗滌步驟中使用水，推薦不在洗滌前干燥在步驟(a)或(A)中獲得的材料。這樣，在這個(gè)特定的實(shí)施例中，這種方法省略了干燥步驟(b)。

在含鈉粉煤灰中的水溶性部分可以包含最高達(dá)60wt％的含鈉粉煤灰。在含鈉粉煤灰中的水溶性含量的典型范圍可以是基于含鈉粉煤灰的總重量從約5wt％至最高約50wt％。經(jīng)處理的含鈉粉煤灰的可溶性部分應(yīng)包含主要水溶性鈉鹽。‘用過的吸附劑’總體上是指在干鈉基注入時(shí)獲得的反應(yīng)混合物并且此用過的吸附劑是收集在粉煤灰材料中。此用過的吸附劑包含反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物(如高度水溶性的硫酸鈉、亞硫酸鈉、有時(shí)硫酸氫鈉)，以及還有未轉(zhuǎn)化的鈉基吸附劑如碳酸氫鈉和/或碳酸鈉。將處理的含鈉粉煤灰的水溶性部分的至少50％、或至少60％、或至少70％在后續(xù)洗滌步驟中通過溶解到洗滌介質(zhì)(水或酸性介質(zhì))中溶解。

通過不溶性首先處理含鈉粉煤灰以穩(wěn)定在此的一些重金屬并且然后溶解來自此穩(wěn)定的材料的水溶性鈉基化合物的至少一部分，通過這兩步處理得到的最終(處理的和洗滌的)材料將具有降低的重金屬可浸出性(尤其對(duì)于Se和/或As)和降低的Na₂O含量。如果此最終材料不超過重金屬的環(huán)境控制水平，然后處理和洗滌的材料可以適合于填埋。并且如果根據(jù)ASTM C 618此最終材料進(jìn)一步不超過Na₂O的最大含量(總體上為1.5wt％的組合的Na₂O+K₂O的最大值)，那么此最終材料可以是再利用的，例如在水泥和混凝土的制造中。

已經(jīng)對(duì)本發(fā)明概括地進(jìn)行了說明，作為本發(fā)明的具體實(shí)施例并且為了證實(shí)其實(shí)施和優(yōu)點(diǎn)而給出了以下實(shí)例。應(yīng)理解的是這些實(shí)例是以說明的方式給出而不旨在以任何方式限制本說明書或之后跟隨的權(quán)利要求書。

實(shí)例

實(shí)例1：確定各種含鈉粉煤灰中的Se含量

使用干吸附劑注入系統(tǒng)采用碳酸氫鈉或天然堿用于酸性氣體減排對(duì)來自燃煤廠的三種含鈉粉煤灰A、B、C分析含鈉化合物和Se的含量。結(jié)果在表1中示出。

以其氧化物形式表示的主要不溶性元素是二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、以及氧化鈣。這些主要元素代表從82％至93％的粉煤灰的水不溶性部分。

含鈉粉煤灰A和B含有在1.5wt％與3.5wt％之間的Na₂O。即使這些值較低，它們等于或超過來自粉煤灰的火山灰的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格(ASTM-C-618：最大可用堿：[Na₂O]＝1.5wt％)，并且含鈉粉煤灰A和B都不可以在混凝土工業(yè)中再利用。

粉煤灰樣品C含有高量的水溶性材料，約32wt％，([Na₂O]＝16.6wt％)并且不可以再利用到混凝土中。

表1

*：通過原子吸收測(cè)量的

實(shí)例2：沒有用添加劑處理的含鈉粉煤灰的浸出試驗(yàn)

對(duì)實(shí)例1的含鈉粉煤灰A、B、C進(jìn)行兩種類型的浸出試驗(yàn)。

含鈉粉煤灰A和B是根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)NF-EN-12457-2浸出，其中浸出是在24小時(shí)期間使用軟化水使用液體與固體比率L/S＝10mL水/g固體(使用90克粉煤灰和900克軟化水)進(jìn)行的。

結(jié)果在表2中示出。

沒有根據(jù)本發(fā)明的處理，從這些粉煤灰中浸出Se在約12的高堿性pH下是高的(57％-101％)。在另一方面，從這些粉煤灰中浸出的As在約12的高堿性pH下是中等(34％)至非常低的(2％)。

表2

*：通過原子吸收光譜法測(cè)量的

歐洲標(biāo)準(zhǔn)NF EN 12457-2浸出試驗(yàn)：概述方案

1.95％的固體必須穿過4mm(0.4目)的篩；如果超過5％沒有穿過，超過4mm的部分必須在腭式粉碎機(jī)中粉碎；

2.制備粉煤灰與軟化水的混合物：

a.‘m’粉煤灰對(duì)應(yīng)于‘m’干固體＝0.090+/-0.005kg

b.L/S比率＝10L溶浸劑/kg干固體+/-2％；

3.在24+/-0.5小時(shí)期間在旋轉(zhuǎn)容器中在5–10轉(zhuǎn)/分鐘和T＝20+/-5℃下混合；

4.在浸出結(jié)束時(shí)，提取該旋轉(zhuǎn)容器的內(nèi)容物；

5.使其在15+/-5分鐘期間沉降；

6.在0.45μm膜濾器上在真空(-300至-700毫巴)下或在壓力(<5巴)下過濾并測(cè)量洗出液體積、電導(dǎo)率、溫度、pH、以及氧化還原電位；

7.分析該洗出液的含量；

8.并行地，進(jìn)行“空白試驗(yàn)”，使用0.95L的溶浸劑沒有任何固體并遵循前面的操作方案。分析該空白洗出液的含量。

含鈉粉煤灰A、B和C根據(jù)來自EPA手冊(cè)SW 486的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)方法EPA 1311浸出。TCLP(毒性特征浸出程序(Toxicity Characteristic Leaching Procedure))其中浸出是使用乙酸溶液使用液體與固體比率L/S＝20g水/g固體在18小時(shí)期間(使用50克粉煤灰和1000克pH＝2.88的稀釋的乙酸溶液)進(jìn)行。TCLP浸出試驗(yàn)的結(jié)果在表3中示出。

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：來自EPA手冊(cè)SW 4861的方法EPA 1311TCLP(毒性特征浸出程序)：

1.使固體穿過10mm(1.4目)的篩；如果必要的話，通過研磨或解附聚降低固體的粒度；

2.確定待使用的溶浸劑1號(hào)或2號(hào)：

溶浸劑1：在1-L的容量瓶中，添加500mL水+5.7mL冰乙酸+64.3mLNaOH 1mol/L并用水調(diào)節(jié)液位(level)

溶浸劑2：在1-L的容量瓶中，添加5.7mL冰乙酸(純的，無水)并用水調(diào)節(jié)液位

a.在500-mL錐形瓶中將5.0g固體添加到96.5mL水中；在5分鐘期間用磁力攪拌器攪拌；

b.測(cè)量pH：

i.如果pH<5.0，則使用溶浸劑1號(hào)(pH＝4.93)

ii.如果pH>5.0：添加3.5mL HCl 1mol/L，簡(jiǎn)單攪拌，加熱到50℃并維持加熱10分鐘，然后使其冷卻，并測(cè)量pH：

1.如果pH<5.0，則使用溶浸劑1號(hào)(pH＝4.93)

2.如果pH>5.0，則使用溶浸劑2好(pH＝2.88)

3.稱重100+/-0.1g的樣品并將其放入旋轉(zhuǎn)容器中；

4.緩慢添加溶浸劑以便達(dá)到液體與固體比率為20g/g的固體樣品；

5.關(guān)閉該容器，將其固定在雙筒共混機(jī)上；

6.以30+/-2轉(zhuǎn)/分鐘的速度在18+/-2小時(shí)期間在23+/-2℃的溫度下進(jìn)行浸出；

7.如果該固體樣品含有碳酸鹽，則該容器可以周期性地打開以排空過壓；

8.在試驗(yàn)后，在0.6-0.8μm過濾器上過濾并測(cè)量該濾液的pH；

9.分開瀝濾液用于進(jìn)一步分析和保存(T<4℃)；

10.為了分析金屬，使用HNO₃ 1mol/L在pH<2下酸化該瀝濾液；

11.分析該洗出液的含量；

12.并行地，在20個(gè)浸出試驗(yàn)后，進(jìn)行“空白試驗(yàn)”沒有任何固體并遵循前面的操作方案。分析該空白洗出液的含量。

13.在固體的采樣和瀝濾液的最終分析之間，持續(xù)時(shí)間對(duì)于揮發(fā)性化合物不得超過28天，對(duì)于半揮發(fā)性化合物不得超過61天，對(duì)于汞不得超過56天，以及對(duì)于其他金屬不得超過360天。

表3

*：通過原子吸收光譜法測(cè)量的

沒有使用根據(jù)本發(fā)明的添加劑處理，在TCLP條件下從粉煤灰C中的Se浸出是高的(94％)并且在TCLP條件下從粉煤灰C中的As浸出是中等的(30％)。然而，在TCLP條件下對(duì)于含鈉粉煤灰A和B觀察到對(duì)于Se和As幾乎沒有或很少浸出。

含鈉粉煤灰A和B與含鈉粉煤灰C之間的Se可浸出性的顯著性差異可以通過在這些含鈉粉煤灰中存在不同硒物種來解釋。對(duì)粉煤灰C的TCLP試驗(yàn)顯示出比粉煤灰A和B更高的溶解的百分比；可能是由于Se在煙道氣中的不同的捕獲路徑。對(duì)于粉煤灰A和B，煤中的Se被氧化成氣態(tài)SeO₂，其以Se^+IV被吸附在小粉煤灰顆粒的表面上。發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)以化學(xué)結(jié)合亞硒酸鹽物種；當(dāng)pH>8時(shí)，形成HSeO₃^-→SeO₃^2-(pK_a＝8.3)二價(jià)陰離子并且陰離子物種與陰離子表面之間的靜電排斥可能導(dǎo)致含氧陰離子脫附進(jìn)入瀝濾液中。剩余的SeO₂(氣體或固體)將在燃煤廠煙囪處離開。

對(duì)于含鈉粉煤灰C，SeO₂的部分可能已經(jīng)被捕獲到粉煤灰表面；但同時(shí)一些SeO₂可能已經(jīng)在燃煤廠煙囪處離開，主要部分可能已經(jīng)通過煅燒天然堿中和成硒酸鈉，如Se^+VI(Se物種與來自天然堿的Na₂CO₃的中和將導(dǎo)致酸性SeO₂、H₂SeO₃、H₂SeO₄的反應(yīng)以形成例如一個(gè)或多個(gè)Na₂SeO₄)。

通過與鈉吸附劑的中和得到的硒酸鈉(Se氧化數(shù)+VI)將比絡(luò)合物–FeH_xSeO₃^x-1(Se氧化數(shù)+VI)更可溶于酸性條件，這將在氣態(tài)SeO₂與粉煤灰表面之間獲得。這可以解釋為什么含鈉粉煤灰C在pH為5.9下表現(xiàn)出更高的Se可浸出性，而其他兩種粉煤灰沒有。

實(shí)例3：使用不同添加劑處理以降低Se可浸出性

確定含鈉粉煤灰D的液體保持能力：含鈉粉煤灰D的液體保持能力是通過將水添加到20克粉煤灰中直到形成軟的有延展性的糊劑來測(cè)量。發(fā)現(xiàn)等效于按重量計(jì)34.2％的粉煤灰D。

處理：將添加劑溶解亦或分散在6.5克去離子水中?？梢詫⒍嘤谝环N添加劑溶解或分散在去離子水中。然后將此漿料或懸浮液添加到19克粉煤灰中。使用刮勺盡可能地?cái)嚢杷玫降暮齽┎⒃试S在110℃下干燥2小時(shí)。

在實(shí)例3中使用的添加劑是氯化鍶、氫氧化鍶、硅酸鈉、粉碎的白云石質(zhì)石灰(DLP)、DLP與硅酸鈉的組合、以及氯化鍶與硅酸鈉的組合。

硅酸鈉溶液(40-42波美度)是從Aqua Solutions公司(德克薩斯州迪爾派克(Deer Park，Texas))獲得的。

具有大約4微米尺寸的顆粒的粉碎的白云石質(zhì)石灰是來自墨西哥蒙特雷Grupo Calider公司。

為了制備氯化鍶添加劑，將0.93g(或0.37g)碳酸鍶(蒙特雷蘇威CPC鋇鍶公司(Solvay CPC Barium Strontium Monterrey)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí))使用0.6g(或0.24g)濃HCl用去離子水稀釋到6.5g。將此溶液的一部分添加到19g粉煤灰中以達(dá)到5wt％(或2wt％)SrCl₂的含量。

氫氧化鍶是由蒙特雷蘇威CPC鋇鍶公司供應(yīng)。此外，為了新鮮制備氫氧化鍶添加劑，將硫化鍶(SrS)與氫氧化鈉混合，并且發(fā)生氫氧化鍶的選擇性沉淀，這允許從硫化鈉(Na₂S)回收氫氧化鍶。然后用水稀釋獲得的氫氧化鍶以添加到待處理的粉煤灰樣品中。

表4

*＝測(cè)量的在提取水中0.03ppm Se

**：通過ICP測(cè)量的

提取(浸出試驗(yàn))：將18克所得到的干燥處理的材料分散在100克去離子水或pH為約3.5的稀鹽酸溶液(7g HCl在93g水中)中。將所得到的漿料用磁力攪拌器攪拌10分鐘。將該漿料用0.1微米的Whatman膜濾器的注射器式過濾器過濾。澄清的提取物直接用于硒分析。使用根據(jù)本發(fā)明的處理方法的Se可浸出性的降低結(jié)果可以在表4中找到。

實(shí)例4：使用濃硅酸鈉溶液處理以降低Se、As可浸出性

通過將天然堿注入由二疊系煤(次煙煤的(sub-bitumous))的燃燒產(chǎn)生的煙道氣中獲得兩種含鈉粉煤灰樣品E和F。含鈉粉煤灰E具有約12wt％的用過的吸附劑(水溶性鈉鹽)，而含鈉粉煤灰F具有約21wt％的用過的吸附劑。

使用相同的二疊系煤但沒有將天然堿注入煙道氣中還獲得了對(duì)照粉煤灰Z。

處理：將40wt％的硅酸鈉溶液施用到含鈉粉煤灰堆E或?qū)φ辗勖夯襔上。接觸步驟中添加的水是存在于硅酸鈉溶液中的水。在10至15分鐘的接觸后，允許接觸的堆干燥。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的處理步驟中使用的量可以在表5中找到。

表5

*：基于粉煤灰+硅酸鈉+水的總重量

使用根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的處理方法的Se和As可浸出性的降低結(jié)果可以在表6中找到。As和Se可浸出性是根據(jù)TCLP方法(毒性特征浸出程序)使用電感耦合等離子體分析儀分析的。

對(duì)于對(duì)照粉煤灰Z(非含鈉粉煤灰)，觀察到Se和As的可浸出性隨著添加濃硅酸鈉溶液和1.2wt％和3wt％的總水含量而增加。此可浸出性的增加對(duì)于對(duì)照粉煤灰樣品中的硒的確相當(dāng)顯著。

對(duì)于含鈉粉煤灰E和F，觀察到Se和As的可浸出性隨著添加濃硅酸鈉溶液而降低。此效果砷比硒更加顯著。然而Se的瀝濾液水平已經(jīng)相當(dāng)?shù)驮诩s0.29和0.3ppm(參見未處理的樣品4d和4g)。因此據(jù)信硅酸鈉溶液的有益效果取決于可浸出的重金屬的初始水平。對(duì)于0.3ppm或更低的瀝濾液水平，這種處理的有益效果可能不如具有更高瀝濾液水平的一樣好。

在另一方面，As含量的可浸出性是從未處理的樣品4d和4g的瀝濾液(沒有硅酸鈉添加)中的1.1ppm在經(jīng)處理的樣品(4e、4f、4h)的瀝濾液中減少了22％至73％。

表6

*：基于粉煤灰+硅酸鈉+水的總重量

實(shí)例5：使用稀硅酸鈉溶液處理以降低Se、As可浸出性

在實(shí)例5中使用了在實(shí)例4中使用的相同的兩種含鈉粉煤灰樣品E和F。

處理：40wt％的硅酸鈉溶液首先用水稀釋以實(shí)現(xiàn)基于粉煤灰+硅酸鈉溶液+水混合物的總重量13wt％的總水含量。用于接觸步驟的水的總量是存在于硅酸鈉溶液中的水和用于稀釋硅酸鈉溶液的附加的水。在10至15分鐘的接觸后，允許接觸的堆干燥。在根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的處理步驟中使用的量可以在表7中找到。

使用根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的處理方法的Se和As可浸出性的降低的結(jié)果可以在表8中找到。As和Se可浸出性是根據(jù)TCLP方法(毒性特征浸出程序)使用電感耦合等離子體分析儀分析的。

對(duì)于含鈉粉煤灰E和F，觀察到Se和As的可浸出性隨著添加稀硅酸鈉溶液而降低。此降低效果再次是砷比硒更加顯著。然而Se的瀝濾液水平已經(jīng)相當(dāng)?shù)?，在約0.30和0.32ppm(參見未處理的樣品5a和5f)。因此據(jù)信硅酸鈉溶液的有益效果取決于可浸出的重金屬的初始水平。

在另一方面，As的可浸出性是從未處理的樣品5a和5f的瀝濾液(沒有硅酸鈉添加)中的1或1.2ppm在經(jīng)處理的樣品(5b-e、5g)的瀝濾液中減少了44％至79％。

表7

*：基于粉煤灰+硅酸鈉+水的總重量

表8

*：基于粉煤灰+硅酸鈉+水的總重量

實(shí)例6：使用石灰窯粉塵處理以降低Se、As可浸出性

石灰窯粉塵(LKD)用于處理在實(shí)例4中使用的相同的粉煤灰樣品E和F，其是通過將天然堿注入由二疊紀(jì)河盆地煤(次煙煤的)的燃燒產(chǎn)生的煙道氣中獲得的。含鈉粉煤灰E具有約12wt％的Na(水溶性鈉鹽)，而含鈉粉煤灰F具有約21wt％的Na。相同的對(duì)照粉煤灰Z也用作對(duì)照物。

使用根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的處理方法的Se和As可浸出性的降低的結(jié)果可以在表8中找到。As和Se可浸出性是根據(jù)TCLP方法(毒性特征浸出程序)使用電感耦合等離子體分析儀分析的。

對(duì)于對(duì)照粉煤灰Z(非含鈉粉煤灰)，觀察到Se和As的可浸出性使用5wt％和10wt％LKD大大降低，范圍從66.7％至97％的可浸出性的降低。此可浸出性的降低對(duì)于對(duì)照粉煤灰樣品中的硒的確相當(dāng)顯著。然而，初始Se和As含量已經(jīng)是相當(dāng)?shù)偷摹?/p>

然而，對(duì)于含鈉粉煤灰E和F，觀察到對(duì)Se和As的可浸出性(以％計(jì))的影響不如對(duì)于非含鈉粉煤灰一樣高。可浸出性的降低砷比硒更加顯著，尤其是對(duì)于含鈉粉煤灰E。

在另一方面，Na的鈉可浸出性可以通過添加LKD控制-參見處理樣品6e、6f、6h的滲瀝濾液(具有LKD添加)，它顯示出Na的可浸出性的稍微降低。

這樣，預(yù)計(jì)將LKD添加到用硅酸鈉處理的含鈉粉煤灰中可以是有益的，不僅降低了重金屬如As和Se的可浸出性，而且還防止了從經(jīng)處理的含鈉粉煤灰中的鈉可浸出性的增加。

表8

*：基于粉煤灰+硅酸鈉+水的總重量

實(shí)例7：用硅酸鈉或石灰窯粉塵處理煙煤粉煤灰

石灰窯粉塵(LKD)或硅酸鈉用來處理兩種粉煤灰樣品G和H，它們是通過共混煙煤的粉煤灰X和通過燃燒次煙煤產(chǎn)生的用過的吸附劑獲得的。含鈉粉煤灰G具有約12wt％的Na(水溶性鈉鹽)，而含鈉粉煤灰H具有約21wt％的Na。相同的煙煤的粉煤灰X也用作對(duì)照物。

將灰樣品LKD或硅酸鈉和15％的水結(jié)合與并使用蘭卡斯特產(chǎn)品K-實(shí)驗(yàn)室高密集混合機(jī)(Lancaster Products K-Lab High-Intensive Mixer)混合在一起持續(xù)60秒。

使用根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的處理方法的Se和As可浸出性的降低的結(jié)果可以在表9中找到。As和Se可浸出性是根據(jù)TCLP方法(毒性特征浸出程序)使用電感耦合等離子體分析儀分析的。

表9

在沒有吸附劑的粉煤灰樣品X中，當(dāng)添加硅酸鈉或LKD時(shí)，可浸出性稍微增加。

對(duì)于具有12％的鈉的粉煤灰樣品G，不使用添加劑金屬可浸出性增加；然而，使用10％LKD的添加，可浸出性低于基線粉煤灰。

當(dāng)添加更大量的硅酸鈉時(shí)，可浸出性繼續(xù)增加。將用過的吸附劑含量從12％的Na增加至21％的Na，這種類型的粉煤灰的可浸出性增加。

觀察到對(duì)于低鈣的煙煤灰，LKD的添加對(duì)于降低硒和砷的可浸出性是有效的并且因此對(duì)于穩(wěn)定金屬是非常有效的。預(yù)計(jì)其他含鈣金屬諸如熟石灰或水泥窯粉塵對(duì)于降低硒和砷的可浸出性也將是有效的。本地可用性可以決定用于此種穩(wěn)定的最成本有效的材料。

在此引用的所有專利申請(qǐng)和公開的披露內(nèi)容通過援引的方式并入本申請(qǐng)，其程度為它們?yōu)樵诖颂岢龅哪切┨峁┝耸纠?、程序的或其他詳?xì)補(bǔ)充。如果通過援引的方式并入本申請(qǐng)的任何專利、專利申請(qǐng)以及公開中的披露內(nèi)容與本說明書相沖突的程度至它可能使術(shù)語不清楚，那么本說明書應(yīng)該優(yōu)先。

每一項(xiàng)權(quán)利要求都作為本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)合到本說明書之中。因此，權(quán)利要求書是進(jìn)一步的說明并且是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附加。

盡管已展示并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的精神或傳授內(nèi)容的情況下對(duì)其進(jìn)行修改。在此說明的這些實(shí)施例只是示意性的且是非限制性的。系統(tǒng)及方法的多種變化及修改是可能的并且是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的。

因此，保護(hù)范圍并不受本說明書以及以上列出的實(shí)例所限制，而是僅受跟隨的權(quán)利要求書所限制，該范圍包括該權(quán)利要求書的主題的所有等效物。

權(quán)利要求書：