CN101407380B - 垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法，所述的方法包括下列步骤：(a)使垃圾焚化飞灰以水进行萃取，以移除其内所含的盐类，(b)接着使步骤(a)所得物质进行湿式研磨使其内所含的重金属稳定化，(c)步骤(b)所得之经处理飞灰固体与水泥混合，其中所述的经处理的飞灰与水泥的混合重量比例为经处理的飞灰∶水泥为1～20∶80～99。

Description

垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法

技术领域

本发明涉及一种垃圾焚化的飞灰再生利用作为水泥材料的方法，尤其涉及一种使垃圾焚化飞灰经水萃取、湿研磨后替代部分水泥的再生利用的方法。

背景技术

都市固体废弃物经过焚化后，残留在焚化炉床或者焚化过程中由炉床所产生的东西称为底渣(Bottom Ash)；而焚化过程中产生的大量废气，由空气污染控制设备所收集产生的物质一般称为飞灰。而底渣可细分为炉床灰(Grate Ash)与筛灰(Grate Siftings or Riddling)。炉床灰为垃圾焚化后在炉床上的残留物，主要为不可燃的无机物质，如玻璃、沙土、陶瓷等，从炉床产出后经调湿淬火，故含水量高，黑色并呈现异味，颗粒分布范围广。筛灰则是在焚化过程中，炉床条缝所落下的细渣，其粒径会依炉床条缝大小而有所不同。飞灰又可细分为锅炉灰与反应灰。锅炉灰是因为焚化炉的废热回收设备上会附着废气中的颗粒，一般大小都低于30mesh，平常是利用吹灰器将锅炉壁上的颗粒吹落所产生。反应灰则是自集尘设备或洗烟设备所收集的飞灰，是焚化厂中空气污染防治设备所收集的颗粒物质和重金属，其另含一些反应物(CaCl2、CaSO4等)，与一些未反应的碱剂，例如：Ca(OH)2等。

都市焚化飞灰为有害事业废弃物，目前主要以固化处理再进行掩埋处置，而学术上研究则有许多稳定金属的方法，但无法达到再生利用的程度；也有许多有关移除飞灰中重金属的研究，但仍有二次污染有待解决；以高温熔融法转化形成水泥生料的研究则面临熔融温度过高的困境；日本已有飞灰制造环保水泥的实例，但仍有氯盐影响其应用范围的限制。

此外，目前国内焚化飞灰的处理中以固化技术为主，固化后须以掩埋处置作为最终处理，其每吨处理约为8,000元，就废弃物处理与资源再利用的角度而言，若能将原本有害的飞灰转为无害化，再进而搭配其他技术将飞灰资源化，使产品有经济价值，应是未来可行的飞灰处理方式之一。

据此，本发明人等鉴于上述而对垃圾焚化所产生的飞灰进行广泛的研究，期能使原本无用的废弃物得以再利用成新的资源，因而完成本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法，以减少环境污染，合理利用废弃资源。

本发明有关一种垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法，所述的方法包括下列步骤：(a)将垃圾焚化飞灰以水进行萃取，以移除其内所含的盐类，(b)接着使步骤(a)所得物质进行湿式研磨使其内所含的重金属稳定化，(c)于步骤(b)所得之经处理飞灰固体与水泥材料混合，其中所述的经处理的飞灰与水泥材料的混合重量比例为：经处理的飞灰∶水泥为1～20∶80～99。

本发明的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法中，湿研磨步骤中是使用选自水、醇类中的至少一种作为研磨分散剂。

本发明中所谓的“水泥材料”，泛指一般市售的水泥，其品牌以及制造商等并不限制，只要是用于泥作等工艺中所使用的水泥即可。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：将有害废弃物的飞灰转变为可再利用的无害化物质。添加至水泥产品中不影响原本水泥产品品质，达到废弃资源再利用目标。

附图说明

图1显示实施例1中以多段水萃取处理程序条件下飞灰盐类去除效益的图表；

图2显示实施例2中不同研磨时间条件下都市焚化飞灰粒径缩减变化图；

图3显示实施例3中水萃与湿式研磨对飞灰重金属铅TCLP溶出变化的影响；

图4(a)显示添加5-10％处理后飞灰的水泥浆体凝结时间试验结果(水胶比w/b＝0.38)；

图4(b)显示添加5-10％处理后飞灰的水泥浆体凝结时间试验结果(水胶比w/b＝0.45)；

图5(a)添加5-10％处理后飞灰的水泥浆体抗压试验结果(w/b＝0.38)；

图5(b)添加5-10％处理后飞灰的水泥浆体抗压试验结果(w/b＝0.45)。

具体实施方式

本发明方法中的水萃取处理程序可有效降低飞灰中不利后续资源再利用的盐类含量，降低重金属溶出，且所利用的湿研磨程序，凭借适当的研磨条件，可使研磨后飞灰重金属的溶出浓度远低于法规限定的浓度，将原本为有害废弃物的飞灰无害化，达到稳定飞灰内重金属的目标。本发明所采用的湿式研磨，能变化较多的研磨操作参数，在选用适当的研磨液条件或足够的研磨时间下，发现仅有极微量的重金属溶入至研磨液中，因此研磨浆体进行固液分离之后，液体的重金属浓度将非常低，不容易有重金属废液产生的问题。目前研磨技术水平可有效的缩减飞灰粉体的颗粒粒径，缩小至2μm左右，因此经过本发明的湿式研磨程序后，将有助于以有害废弃物转换为无害资源再利用的品质提升。以本发明的水萃取处理与湿式研磨程序，可有效降低飞灰中不利后续资源再利用的氯盐含量与降低飞灰的重金属溶出，通过适当的研磨条件，更可使研磨后都市焚化飞灰的重金属的溶出浓度远低于国内法规限定的浓度限值，成功将有害废弃物的飞灰转变为可再利用的无害化物质。添加至水泥产品中不影响原本水泥产品品质，达到废弃资源再利用目标。

目前每年所产生大量都市焚化飞灰，凭借本发明方法首先解决垃圾焚化后产生的有害废弃物飞灰的重金属污染问题，通过水萃取与研磨技术，使原本为有害废弃物的飞灰经过处理后，重金属稳定化而不易溶出，因此本发明除可解决垃圾焚化后产生的有害废弃物飞灰的重金属污染问题，并可开创飞灰后续再利用方向，达到废弃物资源化的目标。

本发明有关的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法包含：(a)水萃取方式：利用较低液固重量比与多段水萃取大量去除焚化飞灰氯盐含量；(b)进行湿式研磨以使焚化飞灰中之重金属稳定化；(c)步骤(b)所得之经湿研磨处理的飞灰作为水泥替代物添加至水泥材料中，由于步骤(a)的水萃取可充分降低飞灰内所含的氯盐含量，故添加至水泥中作为水泥替代物不致影响水泥的品质。且本发明方法中由于经过适当条件的湿研磨，使得飞灰的重金属溶出浓度可降低至非常安全的程度，以适当比例添加在水泥产品中，将不影响水泥应有的品质。

本发明的方法利用经水萃取与研磨稳定的都市垃圾焚化飞灰做为水泥的替代物，达到飞灰资源回收再利用的最大价值。依据本发明的方法，凭借控制研磨条件可大幅降低有害重金属溶出量，远低于环保署公告有害事业废弃物的判定标准；且水泥产品中添加1-20％重量，较好5-10％重量的所述的经处理后的焚化飞灰，由其初凝、终凝与抗压条件等试验结果显示，并无影响原有水泥产品性质，并可符合CNS规范标准。

依据本发明方法，可达到下列效果；第一是将焚化灰渣内含的大量溶解性盐类，尤其为氯盐，以经济有效的方式萃取出来；以飞灰而言，内含的盐类对于再资源化应用有许多不利的影响，主要为两个影响，第一是盐类会与重金属络合增加其溶出的趋势，第二是盐类对于将飞灰应用烧结技术的再利用处理有不利的作用，会使得飞灰烧结体容易溶解崩坏，也无法添加在水泥熟料中使用，因大量的盐类将会造成钢筋混凝土的钢铁腐蚀，影响结构体安全；故预先将盐类萃出，对于后续飞灰资源再利用是一个必要的程序。而焚化底渣的氯盐含量也相当高，同样的会增加重金属溶出，也不利于资源再利用，因此也有必要去除。

依据本发明的方法，凭借湿研磨处理程序可稳定焚化灰渣中的重金属，尤其是处理可能溶出超过TCLP标准的飞灰。根据国内焚化厂营运资料、研究论文与本发明人等的研究发现，铅为飞灰中最易大量溶出的重金属，以TCLP进行测试时，铅经常是严重超过溶出标准的重金属，而其他重金属铜、镉、铬、锌等的TCLP溶出则不易超出标准，因此依据本发明的方法可稳定飞灰内的重金属，尤其是重金属铅。

国内都市垃圾焚化所产生大量都市焚化飞灰，凭借本发明可有效将原本废弃无用的有害废弃物都市焚化飞灰，以本发明的湿研磨方法进行处理，使其达到重金属稳定的效果，并可有效地添加在水泥产品，再生为具有经济价值的添加材料，除可避免环境污染问题发生且能达到废弃资源永续再利用的目的。

依据本发明的方法主要是将飞灰经过两个程序的处理(以水萃取步骤与湿研磨步骤)，即可产生无害化的飞灰，而可以安全的应用在许多再资源化的生产技术。本发明是应用研磨技术来稳定飞灰中的重金属，前处理的水萃取可充分降低氯盐含量，不致影响水泥的品质；经过适当条件的研磨，其重金属溶出浓度可降低至非常安全的程度；以适当比例添加在水泥产品中，不影响水泥应有的品质。

以下就本发明的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法的各步骤进行更详细的说明。

A、水萃取处理步骤：

本发明的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法中的水萃取处理步骤，首先是将焚化飞灰以水萃取方式萃取出盐类。本发明方法中所用的水萃取，可使用单段与多段水萃取，但就萃取效率而言，在相同的总萃取使用的水量下，将水量分为多段萃取的方式效率较高，故而多段萃取法较佳。本发明的水萃取步骤中，无论单段萃取或多段萃取，其每段的液固重量比为1至20的范围，较好为2至20的范围。每段萃取时间约为3至30分钟的浸泡搅拌。若为多段萃取，则萃取二次以上即可洗出百分的九十以上的氯盐。

B、湿研磨步骤

本发明的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法中的湿研磨步骤，可采用球磨设备，研磨罐尺寸为20.6公分长，20.5公分内径，容积为6.8公升，研磨罐转速为93rpm、研磨球材质为氧化铝，粒径为5至15mm之范围，例如粒径5与15mm的研磨球组合为两种粒径各一半重量的混合方式、研磨时间24～96小时的范围，达到重金属被稳定的效果。但上述球磨设备的使用仅为实施本发明方法的较佳手段，依据本发明的方法，不论使用普通球磨或者高能球磨，只要采用湿式研磨方式，对飞灰的重金属都有稳定的效果。

依据本发明的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法，飞灰经过水萃取之后，再以湿式研磨的方式稳定飞灰的重金属达到无害化可资源再利用条件。例如水萃取后的飞灰，重金属铅的TCLP(实验方法如后文所述)溶出浓度仍高达5.2mg/L，超过法规的限值，但经过上述条件进行湿式研磨之后，铅溶出浓度可明显降低至0.2mg/L，远低于有害废弃物认定标准5.0mg/L。显示研磨对于飞灰中所含重金属铅的稳定作用。湿研磨技术中的湿式研磨方式，其操作研磨参数的研磨时间、研磨球粒径与材质、研磨球组合、研磨分散剂、研磨罐转速、研磨浆体的浓度、研磨球与研磨浆体的填积比例等，只要调整在适当的操作参数范围内，对于飞灰中重金属都有良好的稳定效果。

本发明的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法中，湿研磨步骤中是使用选自水、醇类中的至少一种作为研磨分散剂。

本发明方法中的湿式研磨可分为普通球磨与高能球磨，其操作研磨参数兹分述如下：

1.普通球磨：

水/飞灰的液/固重量比例在2～20的研磨浆体浓度，研磨球的粒径为2～60mm，且研磨球是使用选自氧化铝研磨球、氧化锆研磨球、陶瓷研磨球的一种或多种材质的研磨球混合使用，研磨球加上研磨浆体体积占30-70％的研磨罐体积，研磨时间为30分钟至96小时，研磨转速为临界转速的±20％的速度，临界转速的计算公式如下：

$N_k=\frac{42.2}{\sqrt{D-d}}$

Nk：研磨罐临界转速(rpm.)；

D：磨罐的直径(m)；

d：研磨球的直径(m)

2.高能球磨：

水/飞灰的液/固重量比例在2～20的研磨浆体浓度，研磨球的粒径为1～30mm，研磨球材质为氧化铝、氧化锆或陶瓷材质，研磨球加上研磨浆体体积为30～70％的研磨罐体积，研磨时间为5分钟至20小时，研磨转速为100～700rpm。

TCLP分析方法为我国环保署认定有害废弃物的测试方法(环署检-NIEAR201.13C)，其分析步骤如下：

秤取至少100g的样品

决定适当的萃取液将样品颗粒减小至直径小于1mm，秤取固体5.0g，置在500mL烧杯或锥形瓶中，加入96.5ml的试剂水，盖以表玻璃，以磁搅拌器剧烈搅拌五分钟，测量溶液的pH值并记录的。若pH＜5.0，则使用萃取液A；若pH＞5.0，则加入3.5ml 1.0N HCl，搅拌成均匀状，盖以表玻璃，加热至50℃并维持10分钟，冷却至室温后，测量溶液的pH并记录的，若pH＜5.0，使用萃取液A，若pH＞5.0，用萃取液B。(注：萃取液A：在1L量瓶中，将5.7mL冰醋酸加入500mL试剂水中，再加入64.3mL 1N NaOH，稀释至刻度。此溶液的pH为4.93±0.05，使用前检查pH值；萃取液B：在1L量瓶中，将5.7mL冰醋酸加入试剂水中，稀释至刻度。此溶液的pH为2.88±0.05，使用前检查pH值)。

置在旋转装置，以每分钟30±2转的转速旋转18±2小时，室温维持在23±2℃(在萃取过程中，有些样品会产生气体，而必须连续每隔15分、30分或一小时，打开瓶盖释放气体)。

以0.45μm滤纸进行过滤并酸化水样后，以火焰式原子吸收光谱仪(AA)测定重金属浓度。

C、固-液分离步骤

本发明的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法中，经过湿研磨步骤后，使研磨后的浆液进行固-液分离。固-液分离方法可使用现有任何方法，而无任何限制。例如可利用沉降法，使固体沉降后，倾析除掉上层的液体，留下下层的固体进行进一步处理。

D、与水泥原料的混合步骤：

将经上述固-液分离所得的经处理飞灰固体经过简单干燥并进行粉碎，以经处理的飞灰∶水泥材料为1～20∶80～99，较好5～10∶90～95的重量比例与市售水泥材料混合，随后进行相关水泥浆体试验与测试，其水泥浆体粗凝与终凝结果符合目前CNS规范，且1天、3天、7天与28天抗压强度并无影响。

本发明中所谓的“水泥材料”，泛指一般市售的水泥，其品牌以及制造商等并不限制，只要是用于泥作等工艺中所使用的水泥即可。

本发明的主要特点为有效处理目前都市焚化飞灰无害化处理程序，且能添加在水泥原料中替代部分水泥原料，确保再利用的产品安全性，创造再生资源契机。并以下列详细说明：

第一点：本发明的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法的功效

本发明使用的水萃取，其特点主要在于萃取出飞灰中的盐类，虽附带萃取出一小部分的水溶性重金属，但此部分萃取出的重金属仅占飞灰重金属总量中相当小的比例。国内外有许多探讨萃取飞灰重金属的研究，主要以酸萃取、螯合剂等配合萃取的温度、液固重量比等条件进行萃取，这些萃取方式对于重金属的萃取效果都比使用水为萃取剂来的好，但是本发明目的在于萃取出盐类而不萃取出重金属，是因为若萃取出重金属则其将会进入液相中，而形成有害的重金属废液，若经过一般的废水处理后又产生含重金属的有害废弃物，而要回收萃取出来的重金属，目前尚不符合经济效益且技术仍未成熟，故这些废液将有二次污染的问题，因此以整体废弃物处理的角度来看，因为重金属物质不灭，若将飞灰内重金属萃取出来，也仅是让重金属污染迁移至液相或其他环境而已，本发明人等认为目前研究，可考虑以减小飞灰重金属于不同环境以及介质中迁移的机会为重点，而对于留置在飞灰内的重金属，应以适当的方式将其转换为相当稳定的形式留在飞灰内，而进行后续资源再利用，此套处理思维应可应用在处理有害废弃物飞灰，发展为整体的处理方式，基于这个思维，本发明以水为萃取剂，与酸萃取使用的各种酸剂成本比较的话，水的成本低许多，而且使用酸剂处理也具有一定的危险性，螯合剂的使用也是有费用高的问题。本发明使用的水萃取，可相对经济有效萃出大量的盐类，但仅萃出一小部分的重金属，萃出盐类之后，飞灰本身就可以减少重金属溶出的潜势，而产生的重金属废水浓度比较低，后续也可以一般废水处理程序处理的。随后经水萃取后的飞灰，可进而进行湿研磨步骤，进行重金属稳定的处理。

第二点：湿式研磨步骤的特点与功效

本发明采用的湿式研磨具有如下特点：

A.湿式研磨可大量减少飞灰处理过程中，粉尘逸散污染环境与危害人体的情形；而且相较在干式研磨，飞灰采取湿式研磨也不会有粉尘堆积影响研磨效果的情形。且湿式研磨因为需要研磨分散剂，因此变化条件较多，可选择能与飞灰重金属进行稳定反应的研磨分散剂，以研磨提供的能量加强研磨分散剂与固态的飞灰重金属稳定的反应，提升重金属稳定的效果。因此本发明采用的湿式研磨，可变化研磨分散剂，若以重金属不会溶入的乙醇为分散剂，则因为重金属根本不会溶在其中，故没有重金属废液的产生，同时以这类溶剂为研磨分散剂对于飞灰内的重金属也有稳定的作用。

B.经过湿式研磨之后，对于去除飞灰的氯盐有更进一步的效果存在，可以更加减少飞灰的氯盐含量至符合法规规范。

C.研磨可以减小焚化飞灰的颗粒粒径，根据研究显示，燃煤飞灰可添加至水泥中使用，而颗粒越细的飞灰添加效果越好，因此本发明方法中使用研磨程序进一步降低飞灰的粒径，可提升添加至水泥使用的品质，让飞灰添加不至减弱水泥浆体的功能甚至能增加抗压强度等。

本发明采用湿式研磨除可大量减少飞灰处理过程中，粉尘逸散污染环境与危害人体的情形，经过实验证实，以TCLP进行评估时，经过湿式研磨后，飞灰重金属铅可大量减少溶出的浓度，具有稳定重金属的功效，若以序列萃取法详细分析重金属溶出的难易情形，可发现飞灰重金属经过研磨，原本较易溶出的型态比例减少，而转变为在环境中较为稳定的重金属型态。且在足够的研磨时间作用的下，仅以最经济普通的水为研磨分散剂的湿式研磨，重金属分布在水中的浓度就相当低，可降低至2.02mg/L，显示重金属迁移至液相的量相当少，可减少废液的重金属浓度。而留在飞灰内的重金属铅，与未研磨的高量添加氧化铅飞灰比较，TCLP浓度由原来的51.93mg/L降低至0.75mg/L，远低于法规的5mg/L的限值；进一步证实湿式研磨对于飞灰重金属有相当优异的稳定作用。

第三点：经处理飞灰作为水泥替代物的特点与功效

除了有重金属稳定的效果，且在作为水泥的部分替代原料而可资源化应用方面也有帮助。本发明人等发现在水泥产品中依不同比例添加本发明的经处理的焚化飞灰，经由严密实验证明发现以5-10％比例替代部分水泥并不影响原有水泥产品特性。因此本发明的方法对于大量都市焚化飞灰提供处理方式与再利用的功效。

本发明将以下列实施例进一步详细说明，但所述的实施例仅用以说明本发明，而不用以限制本发明的范围。

实施例1-都市焚化飞灰水萃处理程序

实验条件说明：

飞灰与水以每次液-固重量比5进行水萃取，每次水萃取时间为5分钟进行搅拌萃取，搅拌结束后静置30分钟让飞灰固体沉淀，采取上层水样分析萃取液的氯离子浓度，为了模拟实务工程应用，每一段的固液分离程序是将上层澄清液放流，留下底部污泥并且估计其含水率，再进行下一段液/固重量比为5的水萃取，重复上述步骤4次完成多段萃取的水萃取程序。其结果如图1所示。

实验结果说明：

由图1可看出水萃取对于氯盐萃取的效果很好，经第3段水萃取时，萃取液中氯离子浓度已经迅速降至250mg/L，第4段水萃取液浓度更低，因此水萃取对于氯盐萃取是经济有效的方式。

实施例2-湿式研磨程序飞灰粒径变化

实验条件说明：

设备是使用普通球磨机(Optimum，BM-104，特盟公司，台湾制造)，将上述实施例1的经水萃取后的飞灰(底部污泥固体)添加水配成10％的研磨浆体浓度(以重量浓度表示)并使所述的研磨浆体加上研磨球体积成为研磨罐体积的60％加入上述球磨机中，研磨球使用5mm与15mm两种研磨球粒径，其材质为氧化铝，密度约3.5g/cm3，每组研磨球所用的重量与体积都分别为7.875kg与2250cm3，选取以下五种研磨球重量配比条件：分别为全部研磨球为5mm；全部研磨球为15mm；两种研磨球5mm与15mm，该两种研磨球为1∶1重量比(5mm∶15mm)；两种研磨球5mm与15mm，该两种研磨球为2∶1重量比(5mm∶15mm)；两种研磨球5mm与15mm，该两种研磨球为1∶2重量比(5mm∶15mm)；研磨转速都为93rpm，以探讨其不同研磨球配比的研磨对飞灰粉体粒径的影响。其结果示在图2。

实验结果说明：

由图2可看出，研磨对于飞灰颗粒粒径的减少有很好的效果，水萃取后的飞灰平均粒径是36.2μm，研磨一小时后，每组研磨球配比的飞灰粒径最少都缩减一半以上，研磨一小时最佳的效果是3.8μm，初期研磨飞灰的粒径缩减较为明显，研磨8小时之后，则缩减效果渐趋平缓。飞灰粒径减小则颗粒的表面能会增加，有助于添加至水泥中的反应进行。此外，研磨初期使用单一粒径研磨球的效果较差，但研磨时间增长时，则不同研磨球配比的研磨效果差距不大。

实施例3-水萃取与湿式研磨后飞灰重金属铅TCLP溶出特性

实验条件说明：

1.水萃条件：两段水萃取，每段的飞灰对水的液固重量比为5，每段水萃取时间为5分钟的搅拌萃取，两段水萃后取底下沉淀的飞灰，放置在烘箱干燥。

2.研磨条件：取上述步骤1中干燥后的飞灰进行湿式研磨，将上述步骤1中所得飞灰以水配成为研磨浆体浓度为10％(重量浓度)，研磨液为水，转速93rpm，5mm与15mm粒径的研磨球配比为1∶1重量比(5mm∶15mm)，材质为氧化铝研磨球，研磨时间分别为1、24、48、96小时，每段研磨时间到达后，取出飞灰浆体，烘干进行TCLP程序，以分析重金属溶出的变化。结果示在图3。

实验结果说明：

由图3的结果可知，原始飞灰的铅TCLP溶出高达55mg/L，先经过水萃取，再研磨一小时即可降低至0.53mg/L，远低法规的限值(5mg/L)，研磨至96小时可降至0.2mg/L，因此一小时的研磨对于飞灰重金属铅有相当好的稳定效果。

实施例4-添加5-10％处理后飞灰的水泥浆体凝结时间

实验条件说明：

1.纯水泥、含5％经水萃取但未经研磨的飞灰的水泥、含5％经水萃取与湿研磨的飞灰的水泥、以及含10％经水萃取且经湿研磨的飞灰的水泥，各分别秤取650克，分别按水泥标准稠度试验的方法制成水泥浆体，装入圆模后置在玻璃板上，以待测定凝结时间。

2.待30分钟后，即开始将圆模置在维卡氏针下用1mm直径的针作针入试验，以后每隔15分钟纪录读数一次，直至针入深度为25mm或稍相近时为止，测定时，先将针端与圆模内水泥浆体面相接触，而后将固定螺丝旋紧使针固定，此时将针指示调整在0点处，放松固定螺丝，使针徐徐落下针入水泥浆体中。每次试验时，针入的位置必须变换，且前后两次的距离，不得小于6.4mm，并规定在距圆模边9.5mm以内，不得针入。记录各次针入深度，以插补法，求得针入深度恰为25mm的时间，即为其初凝时间。当针在水泥浆表面不明显下降时，则为终凝时间。其结果如图4(a)与图4(b)所示。

实验结果说明：

由图4(a)与图4(b)可知，经水萃取且湿研磨的飞灰水泥浆体的初凝时间与终凝时间有比纯水泥浆体缩短的趋势，但都符合单以水泥所试验的标准。其原因为研磨飞灰细度小，而比表面积相对提高，混合在水泥中，导致吸水性较高，反应性较快，相同水胶比的情况下，含经水萃取且湿研磨的飞灰的水泥浆体的凝结时间随研磨飞灰的取代量提高而缩短，不论初凝或终凝均相对的缩短。飞灰经由研磨过程，使颗粒大小迅速下降，而增加整体的表面积与活化能，故与水反应时，增加的表面积将会加速其水化作用，浆体中研磨飞灰取代量增加，整体的比表面积也相对增加，以致加速水化生成物形成凝聚结构网，因此缩短凝结时间。取代量相同的研磨飞灰水泥浆体，其凝结时间随水胶比(W/b，重量计)增加而延长，因水胶比(水：水泥及其添加物)高时，水泥浆体的水化空间增大，而水化生成物需较长的时间以填塞孔隙空间。由图4(a)与图4(b)的结果可知配制水泥浆体的水胶比需控制在适当的条件，否则会不符合规范的限制。

实施例5-添加5-10％处理后飞灰的水泥浆体抗压试验

实验条件说明：

1.将模子内面涂上一薄层油，并在模子接缝处粘上纸粘土，以防水份渗漏。

2.秤取100克的混合灰置入搅拌容器中，再依各水胶比条件量取适量的水，均匀混合搅拌，

3.将均匀混合的水泥浆依上下两层顺序分次倒入模子中，并在倒入模子后，立即快速捣实。将水泥浆完全倒入后以抹刀抹平表面，并在20～24小时内拆模，且将试体置在饱和石灰水中直到试验时为止。结果如图5(a)与图5(b)所示。

实验结果说明：

1.研磨时间96hr所制成的研磨飞灰水泥浆体，其抗压强度值无论在各个水胶比以及养护龄期的下，都略大于添加未研磨的水萃飞灰的水泥浆体与市售水泥浆体。

2.研磨时间影响抗压强度的显着性，随着研磨飞灰取代水泥的比例而有增加的趋势，在各个水胶比中，研磨飞灰水泥浆体抗压强度的差异都在研磨飞灰取代量为10％的时候最大。

3.养护早期两种研磨飞灰水泥浆体的抗压强度的差异性相当大，随着养护时间的增加，差异渐趋缓和，但也略高于添加未研磨的水萃飞灰的水泥浆体与市售水泥浆体。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的权利要求可限定的范围之内。

Claims (5)

1.一种垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法，其特征在于，所述的方法包括下列步骤：

(a)对垃圾焚化飞灰以水进行萃取，以移除其内所含的盐类；

(b)接着使步骤(a)所得物质以液-固重量比在2～20的范围进行湿式研磨，使其内所含的重金属稳定化；

(c)步骤(b)中所得之经处理飞灰与水泥混合；

其中所述的经处理的飞灰与水泥的混合重量比例为：

经处理的飞灰∶水泥材料＝1～20∶80～99。

2.根据权利要求1所述的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法，其特征在于：步骤(a)的水萃取是以每段液固重量比为1至20的范围内进行二段或二段以上的水萃取。

3.根据权利要求1所述的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法，其特征在于：步骤(b)的湿研磨中是使用水、醇类的至少一种作为研磨分散剂。

4.根据权利要求1所述的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法，其特征在于：步骤(b)的湿研磨是凭借球磨法进行。

5.根据权利要求4所述的垃圾焚化飞灰再生利用作为水泥材料的方法，其特征在于：在球磨法中使用的研磨球粒径为2～60mm，且研磨球是使用选自氧化铝研磨球和氧化锆研磨球中的一种或多种材质的研磨球混合使用。

Images