CN103387411B - 用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法。以质量百分比计，原料的加入量为：粉煤灰、石英砂和/或粒化高炉矿渣：30-60％；硅酸盐水泥：5-15％；生石灰：15-25％；二水石膏：3-5％；垃圾焚烧炉渣：10-40％(优选9.5-39％)。本发明相对于现有技术，具有如下优势：(1)较大量地利用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土，属资源化利用技术，可大幅度降低其昂贵的处理费用。(2)充分利用了金属铝成分。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化利用领域，具体涉及用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法。
背景技术
由于城市生活垃圾成分复杂，目前其处理方式主要以填埋为主。但随着社会城市化的进一步发展，垃圾排放量越来越大，整座城市将几乎被包围在垃圾之中。由于生活垃圾中存在大量有热值的物质，因此燃烧后会放出热量，从而可用来发电，同时体积会有大幅度的缩减。但这又带来了垃圾焚烧灰渣的处理问题。垃圾焚烧灰渣主要分为飞灰和炉渣，其中前者含有一定量二噁英，普遍认为毒性相对较大，一般的处理方式是稳定化处理后掩埋，而后者则相对较低，且有一定的火山灰反应活性，因此有可能用于建筑材料领域。
经在“中国知网”进行文献检索，我国目前已有数篇关于城市生活垃圾焚烧炉渣建材资源化的研究论文。学术论文“城市生活垃圾焚烧炉渣用于制备无熟料砌筑水泥的探讨”(《水泥》，2007年01期，徐志芳等)依照GB/T3183-2003砌筑水泥标准规定的试验方法，对以城市生活垃圾焚烧炉渣、矿渣为主要原料制备的无熟料砌筑水泥的各项性能进行了研究。结果表明，城市生活垃圾焚烧炉渣对激发矿渣的活性具有一定作用，以炉渣、矿渣为主要原料，掺入水玻璃作为补充激发剂能制备出性能满足要求的无熟料砌筑水泥。学术论文“垃圾焚烧炉渣对水泥性能及浸出毒性的影响”(《武汉理工大学学报》，2009年02期，于竹青等)研究了掺入垃圾焚烧炉渣的硬化水泥浆体的力学性能和水化机理，探讨了垃圾焚烧炉渣作为辅助性胶凝材料利用的可行性，研究表明焚烧炉渣作为辅助性胶凝材料使用是安全的。学术论文“生活垃圾焚烧炉渣用作水泥混合材的研究”(《华南理工大学学报(自然科学版)》，2009年12期，谢燕等)研究了生活垃圾焚烧炉渣(简称炉渣)用作混合材对水泥性能的影响，同时考察了相应制品的环境安全性。结果表明：炉渣的掺入对水泥的安定性、标准稠度用水量及凝结时间影响不大，但随掺量的增加，强度下降。掺量为7.5％时，能满足P·042.5水泥的生产要求。研究表明掺入炉渣作混合材，不会对环境及人类健康带来危害。学术论文“垃圾焚烧炉渣的性质及对混凝土抗压强度影响”(《公路》，2010年07期，张锐等)研究了哈尔滨市某住宅区生活垃圾焚烧发电厂炉渣的工程性质，测试了其组成、级配、吸水率、表观密度和压碎指标，试验表明垃圾炉渣物理组分复杂、级配良好，与普通混凝土骨料相比，吸水率高、表观密度小、压碎指标大。将其全部或部分替代普通混凝土中粗骨料进行抗压强度试验研究，分析了垃圾炉渣骨料对混凝土抗压强度的影响。学术论文“垃圾焚烧炉渣活性激发及对水泥性能的影响”(《武汉理工大学学报》，2012年06期，李相国等)通过外掺法研究了城市生活垃圾焚烧炉渣用作水泥混合材对水泥性能的影响，同时考察了炉渣活性激发和炉渣水泥的环境安全性。结果表明，当P.0.42.5水泥中炉渣掺量达到25％时仍能达到P.0.32.5水泥生产要求。在炉渣掺量35％时，砂浆试块的重金属极限溶出含量远低于国家标准最高允许浓度，不会对环境带来二次污染。学术论文“垃圾焚烧炉渣用于生产矿渣硅酸盐水泥的探讨”(《广东建材》，2012年08期，林冰梅)认为水泥的生产能大量消纳工业废渣，这为解决城市垃圾焚烧炉渣的问题提供了可能。通过垃圾焚烧炉渣与高炉矿渣两者间的化学成分的对比，可知两者的化学成分很接近，垃圾焚烧炉渣用于生产矿渣硅酸盐水泥是完全可行的；另一方面，对垃圾焚烧炉渣减量化、无害化也将起到巨大的推动作用。学术论文“城市生活垃圾焚烧炉渣作为土木工程材料的资源化应用探讨”(《环境与可持续发展》，2012年06期，范宇杰等)对城市生活垃圾焚烧炉渣的理化及工程特性进行阐述，指出其资源化利用的可行性，并探讨了垃圾焚烧炉渣在土木工程方面的资源化应用途径。认为对生活垃圾焚烧炉渣进行建材资源化利用，不仅能缓解卫生填埋场地的供应紧张，而且还能创造一定的经济效益和环境效益。
此外，经对授权专利进行检索，我国对垃圾焚烧炉渣的研究已取得了一些应用技术专利。中国授权专利文献“利用生活垃圾焚烧炉渣生产砌筑水泥的方法”(CN1792942，申请号：CN200510120665.7)、“一种生活垃圾焚烧炉渣集料综合利用的方法”(CN102515599A，申请号：CN201110391113.5)、“以垃圾焚烧炉渣为原料的沟槽回填材料及其生产方法和应用”(CN102515600A，申请号：CN201110405686.9)和“利用生活垃圾焚烧炉渣生产硅酸盐水泥熟料的方法”(CN101386480，申请号：CN200810199156.1)等专利亦主要集中在建筑材料相关领域。
以上研究主要集中在两个方面：(1)利用垃圾焚烧炉渣的火山灰反应活性或填充效应，将其用于水泥混凝土辅助胶凝材料成分；(2)将垃圾焚烧炉渣用于集料配制混凝土或铺路。
但以上研究均忽略了垃圾焚烧炉渣中的金属铝成分。生活垃圾中含有一定量铝制品，燃烧后会富集在垃圾焚烧渣炉渣中，一般含量在0.2-1％之间。金属铝与碱性物质混合后，会有氢气放出。因此在这些建材资源化途径中，垃圾焚烧炉渣中的金属铝产生了大量氢气，降低了系统强度，在一定程度上而言有副作用。而如果将垃圾焚烧炉渣作为发气剂生产加气混凝土，它不但可以替代一部分石英砂或粉煤灰，还可以充当发气剂。加气混凝土属于保温节能产品，现在国家建筑节能政策要求所有的新建或改造项目必须要有保温，所以加气混凝土市场十分巨大。因此将垃圾焚烧炉渣用于生产加气混凝土，将具有显著的社会和经济效益。
但经文献检索和专利检索，国内均未发现将垃圾焚烧炉渣用作生产加气混凝土的研究报道，更未见将城市生活垃圾焚烧炉渣作发气剂生产加气混凝土的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种利用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法。炉渣掺量可达到10-40％，产品性能可达到GB11968-2006“蒸压加气混凝土砌块”的国家标准要求，制品的重金属浸出毒性检测可达到GB5085.3-2007“危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别”的国家标准要求。
本发明提供的是一种用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法。
前面所述的方法，优选的方案是，以质量百分比计，原料的加入量为：粉煤灰、石英砂和/或粒化高炉矿渣：30-60％；硅酸盐水泥：5-15％；生石灰：15-25％；二水石膏：3-5％；垃圾焚烧炉渣：10-40％(优选9.5-39％)。
前面所述的方法，优选的方案是，控制总水料比为0.60-0.70。
前面所述的方法，优选的方案是，拌合用水为60℃温水。
前面所述的方法，优选的方案是，具体步骤如下，
(1)将粉煤灰、石英砂和/或粒化高炉矿渣加水做成料浆，搅拌(优选3-4分钟)；
(2)加入硅酸盐水泥，搅拌(优选3-4分钟)；
(3)加入二水石膏，搅拌(优选2-3分钟)；
(4)加入生石灰，搅拌(优选2-3分钟)；抽至浇注车浆料搅拌罐中，开启浇注车主搅拌机，进行二道搅拌；
(5)加入计量好的垃圾焚烧炉渣，搅拌(优选30-50s)；
经发气、蒸压、养护得到加气混凝土。
前面所述的方法，优选的方案是，所述的发气是指：注入模具发气，在60℃温度下静停2小时，并切割成块。
前面所述的方法，优选的方案是，所述的蒸压是指：送入蒸压釜，在170-180℃和0.8-1.2MPa压力下蒸压，恒温8-10小时出釜。
前面所述的方法，优选的方案是，所述的养护是指：自然养护4-7天。
前面所述的方法，优选的方案是，步骤(5)垃圾焚烧炉渣在加入之前，经过烘干处理。
前面所述的方法，优选的方案是，步骤(5)垃圾焚烧炉渣在加入之前，经过预处理。
本发明的技术方案如下：利用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法，该方法是将垃圾焚烧炉渣作为发气剂，按一定水料比与粉煤灰(或石英砂、粒化高炉矿渣等固体废弃物)、普通硅酸盐水泥、生石灰和石膏混合均匀，制成加气混凝土；以质量百分比计，原料的加入量为：粉煤灰：30-60％；普通硅酸盐水泥：5-15％；生石灰：15-25％；二水石膏：3-5％；磨细垃圾焚烧炉渣：10-40％。
如果垃圾焚烧炉渣为湿排方式，则还需要烘干处理。如果垃圾焚烧炉渣有较大臭味以及残余的木头、陶瓷片、铁质材料和未燃尽塑料等，所述垃圾焚烧炉渣在磨细前还要经过除臭、除铁、筛选等预处理，该预处理为将木头、陶瓷片和未燃尽塑料去除。
根据行业要求，所述普通硅酸盐水泥要符合GB175-2007标准的要求；所述石膏要符合GB/T5483-2008标准的要求；所述粉煤灰要符合GB/T1596-2005标准的要求；所述生石灰要符合JCT621-1996标准的要求；所述石英砂要符合JC/T622-2009标准的要求；所述矿渣要符合GB/T18046-2008标准的要求；所述垃圾焚烧炉渣要符合GB/T25032-2010标准的要求。所述垃圾焚烧炉渣细度为平均粒径为80微米以下。
生产中，垃圾焚烧炉渣先进行烘干，然后破碎和粉磨，储存入库。本发明中，垃圾焚烧炉渣主要代替传统的铝粉发气剂，其他生产工艺基本同加气混凝土生产工艺。
所生产的加气混凝土，性能达到GB11968-2006蒸压加气混凝土砌块国家标准要求；制品的重金属浸出毒性检测可达到GB5085.3-2007“危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别”的国家标准要求。
本发明的原理：垃圾焚烧炉渣含有一定量金属铝成分，作为发气剂生产加气混凝土时，金属铝会发生如下反应：Ca(OH)2+2Al+2H2O＝Ca(AlO2)2+3H2↑。氢气会形成小气泡均匀分布在加气混凝土结构中，从而降低混凝土的干密度和导热系数，使其具有保温节能的效果。
本发明相对于现有技术，具有如下优势：
(1)较大量地利用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土，属资源化利用技术，可大幅度降低其昂贵的处理费用。
(2)充分利用了金属铝成分。在目前的应用技术中，垃圾焚烧炉渣中的金属铝产生了大量氢气，降低了系统强度，在一定程度上而言有副作用。而加气混凝土本身就需要产生一定量气体，因此本用途更为合理有效。
(3)铝粉发气剂是加气混凝土中成本较高的成分之一，而本发明是用垃圾焚烧炉渣替代铝粉发气剂，因此不需要单独掺入铝粉发气剂。此外，还可以部分替代石英砂或粉煤灰，从而大大降低了生产成本。
(4)除了对垃圾焚烧炉渣的预处理之外，不需要改变现有的加气混凝土生产工艺。
与现有技术相比，本发明的优异效果还体现在于：
1、根据垃圾焚烧炉渣成分特点，提出了一种与以往应用技术完全不同的资源化方式。本技术不需要额外掺入铝粉作发气剂。
2、炉渣掺量可达到10-40％，产品性能可达到GB11968-2006蒸压加气混凝土砌块的国家标准要求，制品的重金属浸出毒性检测可达到GB5085.3-2007“危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别”的国家标准要求。
3、与市场上的加气混凝土相比，生产成本大约降低10-20％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
垃圾焚烧炉渣预处理：将垃圾焚烧炉渣在105℃下烘干，除去残余的木头、陶瓷片、铁质材料和未燃尽塑料等。将垃圾焚烧炉渣磨细至80微米以下。用排水法测出有效金属铝含量。下面以有效金属铝含量为1％的垃圾焚烧炉渣进行说明。
实施例1用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法：该加气混凝土组合物含有57％粉煤灰，20％生石灰，10％P.0.42.5普通硅酸盐水泥，3％石膏，10％垃圾焚烧炉渣。
总水料比为0.60-0.70，拌合用水为60℃温水。将粉煤灰加水做成料浆，搅拌3-4分钟，加入水泥，搅拌3-4分钟，加入石膏，搅拌2-3分钟，加入生石灰，搅拌2-3分钟，抽至浇注车浆料搅拌罐中，开启浇注车主搅拌机，进行二道搅拌。加入计量好的垃圾焚烧炉渣，搅拌30-50s，注入模具发气，在60℃温度下静停2小时，切割成块。送入蒸压釜，在170-180℃和0.8-1.2MPa压力下蒸压，恒温8-10小时出釜。
产品出釜自然养护4-7天后出厂。
实施例2用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法：该加气混凝土组合物含有57％粒化高炉矿渣，20％生石灰，10％P.0.42.5普通硅酸盐水泥，3％石膏，10％垃圾焚烧炉渣。
总水料比为0.60-0.70，拌合用水为60℃温水。将粒化高炉矿渣加水做成料浆，搅拌3-4分钟，加入水泥，搅拌3-4分钟，加入石膏，搅拌2-3分钟，加入生石灰，搅拌2-3分钟，抽至浇注车浆料搅拌罐中，开启浇注车主搅拌机，进行二道搅拌。加入计量好的垃圾焚烧炉渣，搅拌30-50s，注入模具发气，在60℃温度下静停2小时，切割成块。送入蒸压釜，在180-190℃和1.0-1.2MPa压力下蒸压，恒温6-8小时出釜。
产品出釜自然养护4-7天后出厂。
实施例3用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法：该加气混凝土组合物含有38-42％石英砂，30-32％矿渣，18-20％P.0.42.5普通硅酸盐水泥，10％垃圾焚烧炉渣，及适量发气调节剂。
总水料比为0.30-0.50，拌合用水为60℃温水。将矿渣、石英砂和水泥干粉混合均匀，打浆混合均匀，搅拌3-4分钟，抽至浇注车浆料搅拌罐中，开启浇注车主搅拌机，进行二道搅拌。加入计量好的垃圾焚烧炉渣，搅拌15-30s，注入模具发气，在60℃温度下静停2小时，切割成块。送入蒸压釜，在210℃和1.5MPa压力下蒸压，恒温6-8小时出釜。
产品出釜自然养护4-7天后出厂。
实施例4用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法：以质量百分比计，原料的加入量为：粉煤灰：60％；硅酸盐水泥：5％；生石灰：15％；二水石膏：5％；垃圾焚烧炉渣：15％。具体步骤与实施例1-3基本相同。
实施例5用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法：以质量百分比计，原料的加入量为：粉煤灰和粒化高炉矿渣：50％；硅酸盐水泥：5％；生石灰：25％；二水石膏：5％；垃圾焚烧炉渣：15％。具体步骤与实施例1-3基本相同。
实施例6用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法：以质量百分比计，原料的加入量为：石英砂和粒化高炉矿渣：30％；硅酸盐水泥：10％；生石灰：15％；二水石膏：5％；垃圾焚烧炉渣：40％。具体步骤与实施例1-3基本相同。
本发明得到了国家自然科学基金(No.51272222)、山东省科技攻关项目(No.2011GGX10705)和烟台市科技攻关项目(No.2012ZH249)项目资助。
Claims (10)
1.用垃圾焚烧炉渣生产加气混凝土的方法，其特征是，以质量百分比计，原料的加入量为：粉煤灰、石英砂和/或粒化高炉矿渣：30-60％；硅酸盐水泥：5-15％；生石灰：15-25％；二水石膏：3-5％；垃圾焚烧炉渣：10-40％；拌合用水为60℃温水；
具体步骤如下，
(1)将粉煤灰、石英砂和/或粒化高炉矿渣加水做成料浆，搅拌；
(2)加入硅酸盐水泥，搅拌；
(3)加入二水石膏，搅拌；
(4)加入生石灰，搅拌；抽至浇注车浆料搅拌罐中，开启浇注车主搅拌机，进行二道搅拌；
(5)加入计量好的垃圾焚烧炉渣，搅拌；
控制总水料比为0.60-0.70；经发气、蒸压、养护得到加气混凝土。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤(1)搅拌3-4分钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤(2)搅拌3-4分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤(3)搅拌2-3分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤(4)搅拌2-3分钟。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤(5)搅拌30-50s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的发气是指：注入模具发气，在60℃温度下静停2小时，并切割成块。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的蒸压是指：送入蒸压釜，在170-180℃和0.8-1.2MPa压力下蒸压，恒温8-10小时出釜。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的养护是指：自然养护4-7天。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤(5)垃圾焚烧炉渣在加入之前，经过烘干处理。
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| CN103387411A (zh) | 2013-11-13 |
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Granted publication date: 20141126 Termination date: 20160718 |