CN101531492B - 用生活垃圾焚烧飞灰制备轻混凝土的方法 - Google Patents

用生活垃圾焚烧飞灰制备轻混凝土的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用生活垃圾焚烧飞灰制备轻混凝土的方法，其轻混凝土中各组分的物料配比为：垃圾焚烧飞灰 330-370kg/m3525#普通硅酸盐水泥 450-475kg/m3水淬矿渣 325-340kg/m3普通粘土陶粒 350-370kg/m3辉绿岩碎石 230-240kg/m3外加剂 2.7-2.9kg/m3本发明将生活垃圾焚烧飞灰用于制备轻混凝土，可固化飞灰中的重金属，达到生活垃圾焚烧飞灰无害化处理的目的。本发明工艺简单，所得成品混凝土强度等级为CL40、表观密度为1800，具有较好的宏观性能。

Description

用生活垃圾焚烧飞灰制备轻混凝土的方法
技术领域
本发明涉及一种生活垃圾的废物利用方法，更具体的说是涉及一种用生活垃圾焚烧飞灰制备轻混凝土的方法。
背景技术
生活垃圾焚烧飞灰是一种公认的危险废物，其中浓缩了大量的重金属并且还包含有少量的剧毒二恶英类有机物，我国GWKB3-2000明文规定飞灰是一种危险废物必须进行无害化处理。生活垃圾焚烧飞灰又是一种资源，飞灰中含有较多的硅酸盐、铝酸盐，可用做建筑材料的掺和料；飞灰中也含有较多的玻璃体以及许多活泼的网络活化金属离子，飞灰还具有一定的活性；此外，飞灰具有200目左右的粒径组成，也增加了飞灰的活性，可以节省资源化过程中的能耗。由此可见，生活垃圾焚烧飞灰既具有一定的污染性又具有一定的资源性。国内外对飞灰进行处理处置的研究主要集中在先无害化处理再进填埋场填埋上，有关飞灰的资源化利用研究很少。垃圾焚烧技术的发展使得生活垃圾焚烧飞灰的排放量逐年增加，就上海而言，目前的四座焚烧厂投入运营后，日处理垃圾量达几千吨，排灰量按照2～4％计算则四厂日排灰量高达几百吨。把飞灰固化然后填入危险废物填埋场，固化过程不但浪费了许多水泥基材料，而且固化后体积膨胀，也增加了在危险废物填埋场中所占的空间。危险废物填埋场管理费用相当高(目前是2,700元/吨)，飞灰进入危险废物填埋场处理的高额费用给财政造成了很大的负担。从长远的角度讲，飞灰进填埋场还会造成二次污染。由此可见，飞灰在危险废物填埋场中进行处置是一种暂时安全且耗资巨大的方法。此外，即使在危险废物填埋场中处置是一种可行的方法，我国目前生活垃圾焚烧厂的建设速度远远超过危险废物填埋场的建设速度，每天大量的飞灰都在等着安全处理。而目前我国仅在上海、深圳、沈阳等几个城市建设了满足技术规范的危险废物填埋场，并且所建填埋场的填埋能力和使用年限也是有限的。由此寻找更经济合理的处理方法迫在眉睫。
目前，飞灰常用的处理处置方法有：固化/稳定化包括水泥固化、沥青固化、化学药剂稳定化等；高温处理，包括烧结与熔融/玻璃化等，然后填入专门填埋场或资源化利用；提取飞灰中的重金属，包括酸浸取、生物及生物制剂提取、高温提取等，然后将提取的重金属资源化利用。水泥固化是将飞灰和水泥混合，经水化反应后形成坚硬的水泥硬化体，从而达到降低飞灰中重金属浸出的目的，其原理是通过包容减少飞灰表面积，同时降低其可渗透性，达到稳定化与无害化的目的。硅酸盐以及含有硅成分的粉煤灰和水泥窑灰等材料自身不具有胶结的性能，但与石灰或水泥及水混合后能形成胶结材料，从而达到包容垃圾焚烧飞灰的目的。其机理是飞灰与水硬性材料生成了新的硅酸三钙水化物，将重金属包裹在固化体中，从而降低其浸出毒性达到稳定化无害化的目的。包胶技术包括热塑性微包胶技术、热固性微包胶技术和大型包胶技术。常用的热塑性包胶材料有沥青和聚乙烯等。采用热塑性包胶技术时，需对飞灰进行干燥处理以提高其在固化体中的含量，然后在较高温度下与聚合物混合，制取有机固化体。常用的热固性材料包括脲甲醛、聚酯及丁二烯等，主要用于处理放射性废弃物。大型包胶技术是用一种不透水的惰性保护层将飞灰等废弃物包封起来，其稳定性比较可靠。废弃物在大型包胶技术前一般都先进行固化/稳定化处理，而外部的覆盖成为克服固化/稳定化缺陷的补救方法。从安全性的角度考虑，该技术具有一定的优势。玻璃固化是将飞灰或飞灰与玻璃料的混合物加热到1,000～1,200℃以上的熔融温度，并控制熔炉的气氛防止重金属的挥发，熔融物质淬火形成玻璃态，有害物质被固化在玻璃态中从而避免了对环境的污染。Young Jun Park等人在飞灰中加入5％SiO2后在1,500℃高温下熔融30min，待飞灰的物理和化学状态改变后，降温使其固化形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结晶结构将飞灰牢固地封闭在玻璃体中。所得玻璃体的的维式强度为4,000～5,000MPa，抗折强度为60～90MPa，断裂韧性达到0.9MPa m1/2，完全可以资源化利用。此种处理过程有很好的减重、减容效果，这是因为1,500℃时氯化物基本上都挥发出来，飞灰一般可以减重2/3左右。同时熔融后重金属被牢固地束缚在SiO2硅氧四面体组成的网络结构中，浸出率很低，可以满足目前的浸出标准。但耗电高达600～1,250kWh/t，并且熔融过程中产生了含大量重金属及酸性气体的烟尘，增加了系统处理费用，使得处理费用高达166～500美元/t，只有经济发达的国家才能规模化应用。陈德珍等在玻璃固化过程中利用B2O3、CaF2、硼砂等作为助熔剂将熔融温度降到1,000℃以下，从而大大降低了熔融过程中的能耗；同时，所得低温玻璃固化体对Pb、Cd具有较好的固化效果。但是玻璃固化体因其自身性能的限制，一般不能直接用作建筑材料，常作为水泥的配合料或作为混凝土中的骨料；又因为熔融渣的碱性非常高，会对水泥、混凝土造成一定的碱腐蚀。宋玉在玻璃固化的基础上，利用飞灰基原料制成了性能较好的微晶玻璃，但是处理温度高达1,500℃，工艺上具有相当的难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是以生活垃圾焚烧的飞灰制备轻混凝土，通过所得成品的致密结构固化飞灰中的重金属，从而达到飞灰无害化的目的，而且本发明所得成品具有较好的宏观性能，可用做建筑材料。
本发明采用的技术方案：一种用生活垃圾焚烧飞灰制备轻混凝土的方法，其轻混凝土中各组分的物料配比为：
垃圾焚烧飞灰          330-370kg/m3
525#普通硅酸盐水泥    450-475kg/m3
水淬矿渣              325-340kg/m3
普通粘土陶粒          350-370kg/m3
辉绿岩碎石            230-240kg/m3
外加剂                2.7-2.9kg/m3
制备时按照上述物料配比加入物料，先将普通陶土陶粒浸水25～35min除去陶粒表面的灰尘和泥垢，而后将所述陶粒放于搅拌机中，加入20～40kg的525#普通硅酸盐水泥，搅拌1.5min，使陶粒表面均匀地挂上一层水泥浆，边搅拌边依次加入剩余的525#普通硅酸盐水泥、垃圾焚烧飞灰、水淬矿渣，所述水淬矿渣在使用前单独粉磨、细度为0.08mm、方孔筛筛余12.43％，再加入粒径范围为5～20mm、含泥量为0.25％、质量密度为2660 kg/m3的辉绿岩碎石，搅拌各物料3～4min后，缓慢均匀地加入外加剂，并不断搅拌，最后均匀缓慢地加入拌合用水150～200kg至物料发亮，停止加水，采用振动成型，成型后在物料的表面加盖一层塑料布，静置23～25h后脱模，在水温20℃的养护池中养护，最后得到成品轻混凝土，所述外加剂为FDN∶CaCl2∶三乙醇胺的质量比为5∶10∶1的混合物。
本发明的有益效果：本发明将生活垃圾焚烧飞灰用于制备轻混凝土，可固化飞灰中的重金属，达到生活垃圾焚烧飞灰无害化处理的目的。而且本发明工艺简单，所得成品混凝土强度等级为CL40、表观密度为1800，具有较好的宏观性能。成品用水平振荡浸出法进行毒性测定，成品中重金属毒性均比危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别(GB5085.3-1996)标准值低很多，因此也满足安全性要求，可用作建筑材料。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细描述，一种用生活垃圾焚烧飞灰制备轻混凝土的方法，其轻混凝土中各组分的物料配比为：
垃圾焚烧飞灰        330-370kg/m3
525#普通硅酸盐水泥  450-475kg/m3
水淬矿渣            325-340kg/m3
普通粘土陶粒        350-370kg/m3
辉绿岩碎石          230-240kg/m3
外加剂              2.7-2.9kg/m3
制备时按照上述物料配比加入物料，先将普通陶土陶粒浸水25～35min除去陶粒表面的灰尘和泥垢，而后将所述陶粒放于搅拌机中，加入20～40kg的525#普通硅酸盐水泥，搅拌1.5min，使陶粒表面均匀地挂上一层水泥浆，边搅拌边依次加入剩余的525#普通硅酸盐水泥，垃圾焚烧飞灰、水淬矿渣，所述水淬矿渣在使用前单独粉磨、细度为0.08mm、方孔筛筛余12.43％，再加入粒径范围为5～20mm、含泥量为0.25％、质量密度为2660kg/m3的辉绿岩碎石，搅拌各物料3～4min后，缓慢均匀地加入外加剂，并不断搅拌，最后均匀缓慢地加入拌合用水150～200kg至物料发亮，停止加水，采用振动成型，成型后在物料的表面加盖一层塑料布，静置23～25h后脱模，在水温20℃的养护池中养护，最后得到成品轻混凝土，所述外加剂为FDN(多亚甲基荼基磺酸钠)∶CaCl2∶三乙醇胺的质量比＝5∶10∶1的混合物。
实施例
1、原材料
实验用生活垃圾焚烧飞灰取自上海江桥生活垃圾焚烧发电厂，主要化学成分是CaO、SiO2、Al2O3，如表1所示。
表1实验用生活垃圾焚烧飞灰的主要化学成分(％)
Figure G2009100495408D00051
实验用水泥是525#普通硅酸盐水泥，其孰料的化学成分参见表2所示。它是一种胶凝材料，它的加入有利于激发掺合料的活性。它具有较高的水化强度值，能够在混凝土内形成较高强度的水泥砂浆连续相，形成对陶粒的紧密包裹，以增强混凝土的强度。
表2实验用525#普通硅酸盐水泥熟料的化学成分(％)
实验用陶粒和碎石属粗集料，陶粒属普通粘土陶粒，其具体性能指标参见表3。碎石是辉绿岩碎石，粒径范围为5-20mm，含泥量为0.25％，质量密度为2660kg/m3。
表3实验用陶粒的物理性能
  吸水率(％)   松散容重(kg/m3)   颗粒容重(kg/m3)  筒压强度(MPa)
  10.1-11.4   680-730   1300-1398  4.2-5.3
实验用水淬矿渣采用钢铁公司的水淬矿渣，主要化学成分如表4所示，其水硬性指数为1.092，碱度为1.502，使用前进行了单独粉磨，细度为0.08mm，方孔筛筛余12.43％。外加剂自配是FDN∶CaCl2∶三乙醇胺按照5∶10∶1的混合物。各物料的配比如表5所示。
表4实验用矿渣的主要化学成分(％)
Figure G2009100495408D00061
表5物料配比(kg/m3)
  物料   垃圾焚烧飞灰   水泥   矿渣   陶粒   碎石   外加剂
  No.1   350   465   330   360   240   2.8
  No.2   370   450   325   350   230   2.7
  No.3   330   475   340   370   230   2.9
2、制备工艺
陶粒需浸水25-35min，是除去陶粒表面的灰尘和泥垢，并减少物料搅拌过程中的加水量，以保证水化矿物与外加剂在混凝土中的正常分布，提高混凝土的性能。陶粒浸水后堆放时间不宜过长，最好在50-70min内用完。
将浸水后的陶粒放于搅拌机中，然后加入部分已称量好的水泥，搅拌1-2min，使陶粒表面均匀地挂上一层水泥浆。边搅拌边依次加入剩余水泥、垃圾焚烧飞灰、矿渣和碎石。搅拌各物料3-4min后，缓慢均匀地加入外加剂，并不断搅拌。最后均匀缓慢地加入拌合用水，加水过程中要注意物料湿度情况，一旦物料发亮，即为加水饱和点，应立即停止加水。否则，湿度过大，造成混凝土性能下降。
采用振动成型，成型过程中要注意插动模具边缘物料，消灭死角；并用抹刀在表面垂直加压，以防止在振动过程中陶粒上窜造成混凝土均匀性下降。在振动密实和表面平整后停止振动，取下编号并置于操作室中。为防止水分蒸发过快，表面加盖一层塑料布。在23-25h后脱模并置入水温20℃的养护池中养护，最后得到成品混凝土。
3、实施例制备的轻混凝土成品的宏观性能
轻混凝土制品的宏观性能如表6所示，所配制混凝土强度等级为CL40、表观密度为1800。
表6轻混凝土制品的宏观性能
  性能指标   表观密度(kg/m3)   密实度   Rc.3d(MPa)   Rc.7d(MPa)   Rc.28d(MPa)
  No.1   1811   0.93   35.1   49.8   60.3
  No.2   1790   0.92   33.2   48.7   58.4
  No.3   1815   0.94   36.4   50.2   61.4
4、轻混凝土成品的安全性能
制品进行水平振荡浸出毒性测定，其浸出结果如表7所示。制品中重金属毒性均比危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别(GB5085.3-1996)标准值低很多，因此制品满足安全性要求。
表7轻混凝土制品水平振荡毒性浸出结果(mg/L)
  As   Zn   Hg   Pb   Cd   Ni   Cr   Cu
  No.1   0.012   7.376   0.005   2.015   0.060   0.197   0.647   3.843
  No.2   0.037   8.358   0.006   2.534   0.083   0.231   0.741   3.962
  No.3   0.009   6.538   0.003   1.693   0.041   0.152   0.482   2.621
  标准   1.5   50   0.05   3   0.3   10   10   50
上述实施例的内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用生活垃圾焚烧飞灰制备轻混凝土的方法，其轻混凝土中各组分的物料配比为：
Figure FSB00000598622000011
制备时按照上述物料配比加入物料，先将普通粘土陶粒浸水25～35min除去陶粒表面的灰尘和泥垢，而后将所述陶粒放于搅拌机中，加入20～40kg的525#普通硅酸盐水泥，搅拌1.5min，使陶粒表面均匀地挂上一层水泥浆，边搅拌边依次加入剩余的525#普通硅酸盐水泥、垃圾焚烧飞灰、水淬矿渣，所述水淬矿渣在使用前单独粉磨、细度为0.08mm、方孔筛筛余12.43％，再加入粒径范围为5～20mm、含泥量为0.25％、质量密度为2660kg/m3的辉绿岩碎石，搅拌各物料3～4min后，缓慢均匀地加入外加剂，并不断搅拌，最后均匀缓慢地加入拌合用水150～200kg至物料发亮，停止加水，采用振动成型，成型后在物料的表面加盖一层塑料布，静置23～25h后脱模，在水温20℃的养护池中养护，最后得到成品轻混凝土，所述外加剂为FDN∶CaCl2∶三乙醇胺的质量比为5∶10∶1的混合物。
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