CN103387412B

CN103387412B - 用垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣生产加气混凝土的方法

Info

Publication number: CN103387412B
Application number: CN201310318204.5A
Authority: CN
Inventors: 宋远明; 李宝玲; 丁天; 王志娟
Original assignee: Yantai University
Current assignee: Yantai University
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2033-07-18
Also published as: CN103387412A

Abstract

本发明提供的是一种用垃圾焚烧炉渣和固硫灰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：固硫灰渣：35-65％；硅酸盐水泥：5-15％；生石灰：10-20％；垃圾焚烧炉渣：10-40％。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

用垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣生产加气混凝土的方法

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和固硫灰渣生产加气混凝土的方法。

背景技术

垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣是两种典型的固体废弃物。其中生活垃圾焚烧炉渣是指生活垃圾焚烧过程中从焚烧炉排下产生的废渣，而固硫灰渣是指含硫煤与固硫剂(一般为石灰石)以一定比例混合后在循环流化床锅炉内经850～900℃温度燃烧固硫后所产生的固体废弃物。垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣均含有一定量的SiO₂，Al₂O₃，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和固硫灰渣建材资源化的研究论文。对城市生活垃圾焚烧炉渣，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·O42.5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.O.42.5水泥中炉渣掺量达到25％时仍能达到P.O.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。对固硫灰渣，学术论文“固硫灰免蒸压加气混凝土性能影响因素的研究”(《武汉理工大学学报》，2012年03期，夏艳晴等)利用循环流化床燃煤固硫灰制备了免蒸压无水泥加气混凝土，并对影响其性能的因素进行了研究。认为在生石灰掺量为12％，激发剂掺量为2.1％和60℃蒸汽养护1d的条件下，可以制备出容重为705kg/m³，强度达5.44MPa的无水泥固硫灰免蒸压加气混凝土。学术论文“利用固体废弃物制备蒸压加气混凝土砌块的研究”(《河南理工大学学报(自然科学版)》，2012年05期，王雨利等)通过对料浆稠度、砌块强度、密度的测试，结果表明利用脱硫灰替代部分普通粉煤灰、电石渣替代部分生石灰生产蒸压加气混凝土砌块，脱硫灰掺量可达30％～40％，电石渣掺量达到8％。学术论文“利用脱硫粉煤灰和炉渣制备蒸压加气混凝土砌块的研究”(《粉煤灰》，2012年03期，刘素霞等)研究了利用脱硫粉煤灰、普通粉煤灰、炉渣等工业废渣生产蒸压加气混凝土砌块的方法。通过试验研究和生产应用，优化确定了蒸压加气混凝土砌块水料比为0.60，干料中各种材料的百分比分别为：生石灰20％、水泥3％、炉渣5％、普通粉煤灰36％、脱硫粉煤灰36％，铝粉掺入量为425g/m³。学术论文“脱硫灰用作钙质材料制备蒸压加气混凝土砖块”(《环境工程学报》，2012年04期，梁宝瑞等)对脱硫灰进行预处理，使其在含水量20％条件下消化2h后，烘干。在其他条件不变情况下，掺入经过预处理后的脱硫灰，砖块的抗压强度会有明显的提高。增加经过预处理后的脱硫灰的掺入量，可以在不影响砖块的抗压强度性能的基础之上，降低砖块的干燥收缩值和导热系数，同时提高砖块的抗冻性能和保温隔热性能。

此外，经对授权专利进行检索，我国对垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣的研究已取得了一些应用技术专利。对垃圾焚烧炉渣，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)等专利主要集中在建筑材料相关领域。对固硫灰渣，中国授权专利文献“利用循环流化床固硫灰渣制备特种水泥的方法”(CN101913786A，申请号：CN201010237033.X)、“一种含循环流化床燃煤固硫灰渣的混凝土膨胀剂”(CN101913790A，申请号：CN201010264828.X)、“一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法”(CN101544015，申请号：CN200910103640.4)和“利用流化床燃煤固硫灰渣制备的全固废低标号混凝土材料”(CN101367635，申请号：CN200810070361.8)等专利也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)利用垃圾焚烧炉渣或固硫灰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)将垃圾焚烧炉渣或固硫灰渣用于集料配制混凝土或铺路。

但以上研究有以下问题或缺陷：(1)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。(2)未对固硫灰渣加气混凝土的生产条件进行深入研究。虽同为燃煤灰渣，但固硫灰渣的火山灰活性远高于普通煤粉炉粉煤灰，蒸压温度可适当降低。(3)没有将垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣搭配在一起生产加气混凝土的研究尝试。二者同为大宗的固体废弃物，如果能搭配在一起生产加气混凝土，成本必将得到很大的降低。

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。因此将垃圾焚烧渣和固硫灰渣用于生产加气混凝土，将具有显著的社会和经济效益。

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和固硫灰渣生产加气混凝土的方法。炉渣掺量可达到10-40％，固硫灰渣掺量可达到30-60％，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。

本发明提供一种利用垃圾焚烧炉渣和固硫灰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：固硫灰渣：35-65％；硅酸盐水泥：5-15％；生石灰：10-20％；垃圾焚烧炉渣：10-40％。

前面所述的方法，优选的方案是，控制总水料比为0.70-1.0。

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)将固硫灰渣(优选的，固硫灰渣在使用之前经过预处理：烘干并磨细至细度80微米以下)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；

(4)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160-180℃和0.7-1.0MPa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。

本发明提供的利用垃圾焚烧炉渣和固硫灰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，以固硫灰渣作为含硅材料，按一定水料比与普通硅酸盐水泥、生石灰混合均匀，制成加气混凝土；以质量百分比计，原料的加入量为：固硫灰渣：35-65％；普通硅酸盐水泥：5-15％；生石灰：10-20％；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；所述生石灰要符合JCT621-1996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；所述固硫灰渣目前无国家标准或行业标准，SO₃含量不能超过15％，细度要在10％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：

1、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。2、固硫灰渣中含有较多的活性SiO₂，Al₂O₃，火山灰反应活性较高，一般28天抗压强度比可达到85％以上，因此可较好地代替粉煤灰或石英砂等含硅材料。3、固硫灰渣中自身即含有较多的无水石膏，因此可充当发气调节剂和活性激发剂的作用，不需要额外掺入石膏。

本发明相对于现有技术，具有如下优势：

(1)可同时消纳大量的垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣，具有显著的经济和社会效益。

(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)生产能耗和成本可得到很大程度的降低。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，固硫灰渣的活性很高，因此蒸压温度可大为降低。

(4)除了对垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣的预处理之外，不需要改变现有的加气混凝土生产工艺。

(5)充分利用了垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣的特性。前者含有金属铝成分，而后者活性高，可生产出保温效果好，且强度又符合要求的加气混凝土产品。此外，固硫灰渣自身即含有无水石膏，不需要额外掺入石膏。

(6)固硫灰渣含有较多无水石膏，如果采用一般的建材资源化利用途径，胶凝系统容易发生体积膨胀而破坏。而前期研究发现，固硫灰渣经过蒸压后体积膨胀可得到很好的控制(见学术论文“蒸压养护对固硫灰渣膨胀性能的影响研究”，《土木建筑与环境工程》，2010年12期，韦迎春等)。因此，用固硫灰渣生产加气混凝土，可有效避开固硫灰渣易于膨胀的缺陷。

与现有技术相比，本发明的优异效果在于：

1、根据垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣成分特点，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，亦不需要额外掺入石膏作发气调节剂和活性激发剂，从而简化了生产操作。

2、炉渣和固硫灰渣掺量可分别达到10-40％和35-65％。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20-40％。

4、产品的抗干缩性能优异。对常见的加气混凝土，干缩几乎是一个共性的缺陷，而本发明所生产的产品干缩性能优良，基本可杜绝后期使用的开裂和耐久性劣化等缺陷。

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。

固硫灰渣预处理：将固硫灰渣烘干并磨细至细度(80微米筛)为10％以下。

实施例1利用垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣生产加气混凝土的方法：该加气混凝土组合物含有60％固硫灰渣，20％生石灰，10％P.O.42.5普通硅酸盐水泥，10％垃圾焚烧炉渣。

总水料比为0.70-1.0，拌合用水为60℃温水。将固硫灰渣加水做成料浆，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160-180℃和0.7-1.0MPa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利用垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣生产加气混凝土的方法：该加气混凝土组合物含有30％固硫灰渣，30％粉煤灰，20％生石灰，10％P.O.42.5普通硅酸盐水泥，10％垃圾焚烧炉渣。

实施例3利用垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣生产加气混凝土的方法：该加气混凝土组合物含有40％固硫灰渣，20％粉煤灰，20％生石灰，10％P.O.42.5普通硅酸盐水泥，10％垃圾焚烧炉渣。

实施例4利用垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣生产加气混凝土的方法：该加气混凝土组合物合有20％固硫灰渣，40％粉煤灰，20％生石灰，10％P.O.42.5普通硅酸盐水泥，10％垃圾焚烧炉渣。

实施例5利用垃圾焚烧炉渣和固硫灰渣生产加气混凝土的方法：该加气混凝土组合物含有60％固硫灰渣，20％生石灰，10％P.O.42.5普通硅酸盐水泥，10％垃圾焚烧炉渣。

总水料比为0.70-1.0，拌合用水为60℃温水。将固硫灰渣加水做成料浆，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150-160℃和0.7-0.8MPa压力下蒸压，恒温10-12小时出釜。产品出釜自然养护4-7天后出厂。

实施例6利用垃圾焚烧炉渣和固硫灰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：固硫灰渣：65％；硅酸盐水泥：5％；生石灰：10％；垃圾焚烧炉渣：20％。具体步骤与实施例1-5基本相同。

实施例7利用垃圾焚烧炉渣和固硫灰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：固硫灰渣：35％；硅酸盐水泥：15％；生石灰：20％；垃圾焚烧炉渣：30％。具体步骤与实施例1-5基本相同。

实施例8利用垃圾焚烧炉渣和固硫灰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：固硫灰渣：50％；硅酸盐水泥：5％；生石灰：10％；垃圾焚烧炉渣：35％。具体步骤与实施例1-5基本相同。

本申请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)项目的资助。

Claims

1.利用垃圾焚烧炉渣和固硫灰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：固硫灰渣：35-65％；硅酸盐水泥：5-15％；生石灰：10-20％；垃圾焚烧炉渣：10-40％；控制总水料比为0.70-1.0；拌合用水为60℃温水；具体步骤如下，

(1)将固硫灰渣加水做成料浆，搅拌；固硫灰渣在使用之前经过预处理：烘干并磨细至细度80微米以下；

(2)加入硅酸盐水泥，搅拌；

(3)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；

(4)加入计量好的垃圾焚烧炉渣，搅拌；

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30-50s。

6.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。

7.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160-180℃和0.7-1.0MPa压力下蒸压，恒温8-10小时出釜。

8.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。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤(4)垃圾焚烧炉渣在加入之前，经过烘干处理。