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Abstract

本发明公开了一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰0％～30％，水泥4％～10％，石灰10％～20％，垃圾焚烧灰40％～85％，减水剂0.3％～0.8％，防水剂0.05％～0.2％。本发明还公开了该轻质建筑材料的生产方法。本发明的轻质建筑材料，不仅可以作为墙体材料，而且可以作为轻质保温材料使用，实现了废物再利用。本发明充分利用水热反应，在适当的水灰比下进行高压水化学反应，使得重金属离子反应彻底，固化效果好，便于工业化生产，实现了垃圾焚烧灰的无害化处理，并且生产过程中不需要压力成型，工艺简单，投资小，能耗低，无废水废气排放。

Description

一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料及生产方法
技术领域
本发明属于资源循环技术领域，具体涉及一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料及生产方法。
背景技术
众所周知垃圾焚烧灰是生活垃圾发电厂产生的固体废弃物，其危害程度受到环境管理部门的严格管理，由于其无害化处理成本高，许多学者进行了广泛的研究。
将垃圾焚烧灰熔化成玻璃固定有害的重金属离子是行之有效的方法，但突出的问题是能耗高，高温熔化过程中产生的废气处理复杂，设备投资大，运行费用高。
水泥固化技术简单，然而近年来电厂脱硫技术应用产生的垃圾焚烧灰中含有大量游离氧化钙，使得水泥固化后试块容易开裂，甚至溃散，长期存放，有毒有害重金属离子有再次进入水体和土壤的可能。因此水泥固化技术尽管处理成本低，但从长远来看仍然存在隐患。
将垃圾焚烧灰进行水洗，固液分离后，废水处理，过滤废渣制造水泥的技术是国内已经产业化的技术，但是这种工艺处理废水需要的费用高，湿的过滤渣作为烧制水泥原料需要烘干的问题使得水泥制造工艺能耗高，不仅工艺复杂，经济效益并不好，生态环境效益也不明显。
水热固化技术源于日本学者山崎促道上个世纪八、九十年代的研究，后经过景镇子博士将该技术引入中国进行研究，存在的问题是由于垃圾焚烧灰和添加物需要高压成型，实际生产中增加了工艺环节，需要专门的压力成型设备，而且为了避免开裂，还要对原料进行水洗，水洗产物需要处理，这也增加了生产环节，为实际应用带来了不便。另外，该技术水灰比小，虽然获得材料强度好，但是在水热处理过程中，由于水灰比小，一些重金属离子未必参与水热反应，也就是在材料硬化过程中，重金属离子扩散受限，存在无害化反应不充分的问题。另外，水热处理温度也较低(低于250℃)，二噁英等物质在此温度下不一定能降解。因此水热法存在的主要问题是工艺复杂，重金属离子的无害化反应不彻底。但是，水热法为垃圾焚烧灰无害化处理带来了新的途径。
国内一些大学也对水热法处理垃圾焚烧灰的技术进行了学术研究，方法是采用高水灰比配比，保证垃圾焚烧灰在水溶液中进行水热反应，有效消除重金属离子的危害。但是，在实际应用中，由于过大的水灰比，能耗高，物料量大，需要固液分离过程，分离后的液体处理存在新的问题，分离后的固体过滤渣仍然为废弃物，存在固体废渣进一步研究利用的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料。该轻质建筑材料，不仅可以作为墙体材料，而且可以作为轻质保温材料使用，实现了废物再利用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰0％～30％，水泥4％～10％，石灰10％～20％，垃圾焚烧灰40％～85％，减水剂0.3％～0.8％，防水剂0.05％～0.2％。
上述的一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰10％～20％，水泥6％～8％，石灰13％～17％，垃圾焚烧灰55％～70％，减水剂0.4％～0.6％，防水剂0.08％～0.12％。
上述的一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰15％，水泥7％，石灰15％，垃圾焚烧灰62.4％，减水剂0.5％，防水剂0.1％。
上述的一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，所述减水剂为木质素磺酸钠、木质磺酸钙或磺化萘甲醛缩合物。
上述的一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，所述防水剂为硬脂酸钙或硬脂酸镁。
本发明还提供了上述轻质建筑材料的生产方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、按配比称取各原料，将称取的原料混合得到混合物；
步骤二、将步骤一中所述混合物置于球磨机中，并向球磨机中加入混合物总质量的1～2倍的水，经湿法球磨后得到粒度不大于200目的料浆；
步骤三、将步骤二中所述料浆浇铸于成型模具中，然后在50℃～80℃的常压条件下静养2h～4h后脱模，得到料坯；
步骤四、将步骤三中所述料坯置于高压反应釜中，将反应釜温度升至260℃～300℃后保温1h～4h，自然冷却后得到轻质建筑材料。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的轻质建筑材料，不仅可以作为墙体材料，而且可以作为轻质保温材料使用，实现了废物再利用。
2、本发明充分利用水热反应，在适当的水灰比下进行高压水化学反应，使得重金属离子反应彻底，固化效果好，便于工业化生产。
3、本发明利用垃圾焚烧灰生产轻质建筑材料，实现了垃圾焚烧灰的无害化处理，具有能耗低，无废水废气排放等优点，如个别厂家垃圾焚烧灰在球磨的过程中遇碱性物质时有极少量的氨气放出，可利用氨气吸收系统进行防治，可以改善作业环境，避免污染空气。
4、本发明生产过程中不需要压力成型，具有工艺简单，投资小等优点。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
以下实施例中所用垃圾焚烧灰的化学成分及烧失量(LOI)：
表1 垃圾焚烧灰的化学成分及烧失量
  化学成分及烧失量   SiO2   Al2O3   Fe2O3   MgO   CaO   Na2O   K2O   LOI
  重量百分含量   35.65   25.05   3.21   1.31   7.74   1.83   1.04   8.80
按照美国的TCLP标准测试垃圾焚烧灰中重金属元素的浸出浓度，试验过程为：将研碎的试样(粒径小于0.15mm)加入到醋酸浸提液(pH＝2.88±0.05)中，固液重量比1∶20，搅拌24h，过滤，滤液以质量浓度为4％的稀硝酸溶液稀释25倍，并在4℃下保存，以电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES，PE Optima 4300)测定滤液中重金属的含量。
表2 垃圾焚烧灰中重金属元素的浸出浓度
  重金属元素   Cu   Zn   Pb   Cr   Cd
  浸出浓度mg/L   2.421   10.232   2.275   0.694   2.565
实施例1
本实施例的利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，由以下重量百分比的原料制成：水泥4％，石灰10％，垃圾焚烧灰85％，减水剂0.8％，防水剂0.2％；所述减水剂为木质素磺酸钠；所述防水剂为硬脂酸钙。
本实施例的轻质建筑材料的制备方法为：
步骤一、按配比称取各原料，将称取的原料混合得到混合物；
步骤二、将步骤一中所述混合物置于球磨机中，并向球磨机中加入混合物总质量的1倍的水，经湿法球磨后得到粒度不大于200目的料浆；
步骤三、将步骤二中所述料浆浇铸于成型模具中，然后在50℃的常压条件下静养4h后脱模，得到料坯；
步骤四、将步骤三中所述料坯置于高压反应釜中，将反应釜温度升至260℃后保温4h，自然冷却后得到轻质建筑材料。
本实施例的轻质建筑材料表观密度为764kg/m3，抗压强度为1.2MPa，导热系数为0.1W/m·K，吸水率为9％。
实施例2
本实施例的利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰30％，水泥10％，石灰19.55％，垃圾焚烧灰40％，减水剂0.3％，防水剂0.15％；所述减水剂为木质磺酸钙；所述防水剂为硬脂酸钙。
本实施例的轻质建筑材料的制备方法为：
步骤一、按配比称取各原料，将称取的原料混合得到混合物；
步骤二、将步骤一中所述混合物置于球磨机中，并向球磨机中加入混合物总质量的2倍的水，经湿法球磨后得到粒度不大于200目的料浆；
步骤三、将步骤二中所述料浆浇铸于成型模具中，然后在80℃的常压条件下静养2h后脱模，得到料坯；
步骤四、将步骤三中所述料坯置于高压反应釜中，将反应釜温度升至300℃后保温1h，自然冷却后得到轻质建筑材料。
本实施例的轻质建筑材料表观密度为564kg/m3，抗压强度为0.5MPa，导热系数为0.08W/m·K，吸水率为12％。
实施例3
本实施例的利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰20％，水泥7％，石灰20％，垃圾焚烧灰52.45％，减水剂0.5％，防水剂0.05％；所述减水剂为木质素磺酸钠；所述防水剂为硬脂酸镁。
本实施例的轻质建筑材料的制备方法为：
步骤一、按配比称取各原料，将称取的原料混合得到混合物；
步骤二、将步骤一中所述混合物置于球磨机中，并向球磨机中加入混合物总质量的1.5倍的水，经湿法球磨后得到粒度不大于200目的料浆；
步骤三、将步骤二中所述料浆浇铸于成型模具中，然后在60℃的常压条件下静养3h后脱模，得到料坯；
步骤四、将步骤三中所述料坯置于高压反应釜中，将反应釜温度升至280℃后保温3h，自然冷却后得到轻质建筑材料。
本实施例的轻质建筑材料表观密度为455kg/m3，抗压强度为0.32MPa，导热系数为0.07W/m·K，吸水率为17％。
实施例4
本实施例的利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰10％，水泥6.5％，石灰13％，垃圾焚烧灰70％，减水剂0.4％，防水剂0.1％；所述减水剂为磺化萘甲醛缩合物；所述防水剂为硬脂酸镁。
本实施例的轻质建筑材料的制备方法为：
步骤一、按配比称取各原料，将称取的原料混合得到混合物；
步骤二、将步骤一中所述混合物置于球磨机中，并向球磨机中加入混合物总质量的2倍的水，经湿法球磨后得到粒度不大于200目的料浆；
步骤三、将步骤二中所述料浆浇铸于成型模具中，然后在70℃的常压条件下静养4h后脱模，得到料坯；
步骤四、将步骤三中所述料坯置于高压反应釜中，将反应釜温度升至260℃后保温4h，自然冷却后得到轻质建筑材料。
本实施例的轻质建筑材料表观密度为675g/m3，抗压强度为0.7MPa，导热系数为0.08W/m·K，吸水率为10％。
实施例5
本实施例的利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰20％，水泥8％，石灰16.28％，垃圾焚烧灰55％，减水剂0.6％，防水剂0.12％；所述减水剂为磺化萘甲醛缩合物；所述防水剂为硬脂酸钙。
本实施例的轻质建筑材料的制备方法为：
步骤一、按配比称取各原料，将称取的原料混合得到混合物；
步骤二、将步骤一中所述混合物置于球磨机中，并向球磨机中加入混合物总质量的1倍的水，经湿法球磨后得到粒度不大于200目的料浆；
步骤三、将步骤二中所述料浆浇铸于成型模具中，然后在50℃的常压条件下静养4h后脱模，得到料坯；
步骤四、将步骤三中所述料坯置于高压反应釜中，将反应釜温度升至300℃后保温1h，自然冷却后得到轻质建筑材料。
本实施例的轻质建筑材料表观密度为555kg/m3，抗压强度为0.8MPa，导热系数为0.06W/m·K，吸水率为15％。
实施例6
本实施例的利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰16％，水泥6％，石灰17％，垃圾焚烧灰60.42％，减水剂0.5％，防水剂0.08％；所述减水剂为木质磺酸钙；所述防水剂为硬脂酸镁。
本实施例的轻质建筑材料的制备方法为：
步骤一、按配比称取各原料，将称取的原料混合得到混合物；
步骤二、将步骤一中所述混合物置于球磨机中，并向球磨机中加入混合物总质量的1.5倍的水，经湿法球磨后得到粒度不大于200目的料浆；
步骤三、将步骤二中所述料浆浇铸于成型模具中，然后在80℃的常压条件下静养2h后脱模，得到料坯；
步骤四、将步骤三中所述料坯置于高压反应釜中，将反应釜温度升至260℃后保温4h，自然冷却后得到轻质建筑材料。
本实施例的轻质建筑材料表观密度为578kg/m3，抗压强度为0.8MPa，导热系数为0.08W/m·K，吸水率为12％。
实施例7
本实施例的利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰15％，水泥7％，石灰15％，垃圾焚烧灰62.4％，减水剂0.5％，防水剂0.1％；所述减水剂为木质素磺酸钠；所述防水剂为硬脂酸钙。
本实施例的轻质建筑材料的制备方法为：
步骤一、按配比称取各原料，将称取的原料混合得到混合物；
步骤二、将步骤一中所述混合物置于球磨机中，并向球磨机中加入混合物总质量的1.5倍的水，经湿法球磨后得到粒度不大于200目的料浆；
步骤三、将步骤二中所述料浆浇铸于成型模具中，然后在60℃的常压条件下静养3h后脱模，得到料坯；
步骤四、将步骤三中所述料坯置于高压反应釜中，将反应釜温度升至280℃后保温2h，自然冷却后得到轻质建筑材料。
本实施例的轻质建筑材料表观密度为842kg/m3，抗压强度为1.5MPa，导热系数为0.1W/m·K，吸水率为8％。
按照美国的TCLP标准测试实施例1至实施例7生产的轻质建筑材料中重金属元素的浸出浓度，试验过程为：将研碎的试样(粒径小于0.15mm)加入到醋酸浸提液(pH＝2.88±0.05)中，固液重量比1∶20，搅拌24h，过滤，滤液以质量浓度为4％的稀硝酸溶液稀释25倍，并在4℃下保存，以电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES，PE Optima 4300)测定滤液中重金属的含量。
表3 实施例1至实施例7生产的轻质建筑材料中重金属元素的浸出浓度
Figure BDA0000156309060000081
从表3中可以看出，实施例1至实施例7生产的轻质建筑材料中重金属元素的浸出结果均符合国家要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰0％～30％，水泥4％～10％，石灰10％～20％，垃圾焚烧灰40％～85％，减水剂0.3％～0.8％，防水剂0.05％～0.2％。
2.根据权利要求1所述的一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰10％～20％，水泥6％～8％，石灰13％～17％，垃圾焚烧灰55％～70％，减水剂0.4％～0.6％，防水剂0.08％～0.12％。
3.根据权利要求2所述的一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：粉煤灰15％，水泥7％，石灰15％，垃圾焚烧灰62.4％，减水剂0.5％，防水剂0.1％。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，其特征在于，所述减水剂为木质素磺酸钠、木质磺酸钙或磺化萘甲醛缩合物。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种利用垃圾焚烧灰生产的轻质建筑材料，其特征在于，所述防水剂为硬脂酸钙或硬脂酸镁。
6.一种如权利要求1、2或3所述轻质建筑材料的生产方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、按配比称取各原料，将称取的原料混合得到混合物；
步骤二、将步骤一中所述混合物置于球磨机中，并向球磨机中加入混合物总质量的1～2倍的水，经湿法球磨后得到粒度不大于200目的料浆；
步骤三、将步骤二中所述料浆浇铸于成型模具中，然后在50℃～80℃的常压条件下静养2h～4h后脱模，得到料坯；
步骤四、将步骤三中所述料坯置于高压反应釜中，将反应釜温度升至260℃～300℃后保温1h～4h，自然冷却后得到轻质建筑材料。
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