CN106892601B - 一种非烧结垃圾尾矿砖及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非烧结垃圾尾矿砖，具体涉及一种利用垃圾焚烧、发电厂垃圾焚烧后的焚烧残渣与焚烧时烟筒逸出的烟尘，经特殊捕集装置收集的焚烧飞灰与海洋废弃物海贝壳灰、团结剂等通过创新的工艺制成的非烧结垃圾尾矿砖，本发明以废物资源化利用为前提，低能源资源消耗、低环境负荷为目的的创造发明，寻求稳定可靠的技术途径，可以制备质量稳定、使用性能与安全性能良好的墙体材料，以有利于实现经济、社会和环境的可持续发展。

Description

一种非烧结垃圾尾矿砖及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种非烧结垃圾尾矿砖，具体涉及一种非烧结垃圾尾矿砖及其制备工艺。

背景技术

国民经济的快速发展，促进工农业生产的跃进和人民生活与物质的改善，带来了数量巨大，且与日俱增的废弃物——垃圾，需要焚烧与填埋处理。垃圾焚烧是目前国内外先进的垃圾减量化技术。由于垃圾焚烧过程中产生的焚烧残渣与焚烧飞灰（简称MSW飞灰）含有的含汞、铬、铅、镍、铜、铝、锡、钒、钼、铁、锰等重金属种类多、比例高以及含有大量的氯离子，还含有剧毒有害的二噁英等特点，普通的处理方法无法达到无害化处理；垃圾在焚烧期间，由烟气净化系统收集的焚烧残留物称为MSW飞灰。由于飞灰中含有苯并芘、苯并葸、二噁英等有机污染物和Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni等重金属，属于《国家危险固体废弃物名录》（2008）HW18编号的危险固体废弃物。

垃圾焚烧残渣、MSW飞灰直接填埋会污染地下水，危害环境与人类的健康，建造专用的填埋场造价昂贵，而且大量占用土地资源，对城市的可持续发展不利。

传统的开山劈石开采石灰石用来烧制水泥、石灰与石膏以作墙体块材的制造用料，存在生产能源资源消耗高、环境污染严重、生态失调等问题，直接影响了人类的生活与健康、工作和社会环境。

因此，为更好有效地利用工业废渣和固体废弃物，亟待寻求一条稳定可靠的技术途径，可以制备质量稳定、使用性能良好以及安全性能优良的墙体砖块，以实现固废资源化循环利用的朝阳产业，促进经济、社会和环境的可持续发展。

发明内容

本发明的目的之一是：利用危险固体废弃物——垃圾焚烧残渣及MSW飞灰内含的SiO₂、Al₂O₃、CaO有效成分，通过化学活化与物理活化技术的运用，对废渣产生激发作用，成为活性废渣，形成有固化效果的硅酸盐和铝酸盐。

本发明的目的之二是：海生废弃资源——海贝壳的废物利用，经特殊的物理、热力加工成含有活性成分的碳酸钙替代生石灰在本专利的应用。

本发明的目的之三是：选择一种相适应的固结剂的匹配应用，替代传统的水泥作为砖块的凝结剂，而且无需添加生石膏及其的互补作用，制备的非烧结垃圾尾矿砖，以解决传统制砖的能源资源的浪费问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现的：

一种非烧结垃圾尾矿砖，其特征在于：非烧结拉结尾矿砖由以下成分及重量份组成：残渣55.5-82份、烟灰3-7份、碳酸钙7-15份、硅质材料3-8份、F14激发剂0.1-1.5份、水5-13份。

较佳的，残渣是生活垃圾焚烧发电厂垃圾焚烧处理后排弃的焚烧残渣。

较佳的，烟灰为生活垃圾焚烧发电厂在焚烧垃圾时烟筒排烟气时通过集尘器收集的焚烧飞灰。

较佳的，碳酸钙为废弃在海滩的海生贝类动物骨骼质素，经烘干、煅烧、粉磨得到的海贝壳灰，其主要成份为95%的碳酸钙。

较佳的，硅质材料是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中随废气逸出的烟尘，经特殊的捕集装置收集处理的微硅粉。

一种非烧结垃圾尾矿砖的制备工艺，包括以下工艺步骤：

1)将残渣烘干至含水率为3-8%；

2)将残渣破碎处理至粒径均不大于3mm；

3)轮碾混合工艺：将55.5-82重量份的残渣、3-7重量份的烟灰、7-15重量份的碳酸钙、3-8重量份的硅质材料、0.1-1.5重量份的F14激发剂、5-13重量份的水输入至XLH-800型行星式轮碾混合机碾研混合，碾研时间为2-6min，成为混合料；

4)混合料消化工艺：将混合料输入至连续式消化仓内进行物料消化，消化仓内保持温度为40-70℃，消化时间为2-4h，成为消化料；

5)消化料混合重复轮碾工艺：将84.7-94.97重量份的消化料、5-15重量份的固结剂、0.03-0.3重量份的聚羧酸盐高效减水剂输入至XLH-800型行星式轮碾混合机重复轮碾混合，碾研时间为2-6min，成为制坯料，输入贮备箱备用；

6)液压成型工艺：将制坯料从贮备箱内定量输入液压成型机的冲压系统，冲压成垃圾尾矿砖毛坯；液压成型压力根据产品设计强度要求，压力可变动；

7)制品毛坯养护工艺：1）预养：车间温度10℃以上，采用自然预养法；预养时间为48h，车间温度10℃以下采用保温室湿热预养法，湿热预养法时间为8h，2）蒸压养护：将经过预养后的制品毛坯，进入蒸压釡蒸养，蒸压釡工作温度和压力应根据产品设计强度相应调整。

较佳的，工艺步骤5中所述各原料的混合物含水率控制在10%—15%。

较佳的，工艺步骤6中所述的冲压成垃圾尾矿砖毛坯，成型时采用半干性压制，且压制的压力控制在15-25Mpa。

较佳的，工艺步骤7中所述的蒸压釡工作温度和压力，其温度控制为174.5℃、183.2℃、194℃；压力分别控制为0.8 Mpa、1.0 Mpa 、1.3Mpa，蒸压制度为60℃左右的釡温条件下预热3h，在2.5h内升温到工作温度，恒温7h，降温2.5h出釡温差小于80℃。

较佳的，F14激发剂为市售商品。

较佳的，固结剂是浙江宁波纯恒固废科技有限公司供货的，固结剂是一种无机胶凝材料，其性状如下：

1）灰色粉状固体颗料；

2）密度为2.70~2.85g/cm³；

3）细度为80um方筛筛余量不超过4.0%；

4）无机固体废物磨制的粉体，不用煅烧，替代水泥的产品。

非烧结垃圾尾矿砖的强度形成：

物理活化和化学活化共同配合的协同作用：

1、物理活化作用：

煅烧产生的物理作用：垃圾焚烧之前与海贝壳，在煅烧之前，原本都是隋性的废弃物质，并不具有胶凝性，不能使砖产生强度，但这些固体废弃物有个特点，即在煅烧和粉磨之后成为焚烧残渣和海贝壳灰才具有水化胶凝性，可以使垃圾尾矿砖产生强度，类似粘土烧结砖的烧结原理，因为粘土与焚烧残渣、海贝壳灰都存在50-65%的SiO_2、Al₂O_3、CaO，或大于90%以上碳酸钙、硅、铝、钙成分的复合体，这种复合体矿物加热到一定温度600~800℃，原来的结晶相分解破坏，变成无定形的非晶体，使焚烧残渣、MSW飞灰、海贝壳灰具有活性。

海贝壳，在常温下，对酸和碱均是十分稳定的，煅烧后，它就产生一系列物理与化学变化，失去其稳定性，磨细后，其晶格更被严重破坏，成为海贝壳灰，内含90%以上的CaCO₃钙质成分，由于煅烧热力和CaCO₃颗粒表面研磨的物理破坏作用，激活了CaCO₃的钙活性，替代生石灰，参与含有SiO_2、Al₂O_3、CaO成分的焚烧残渣，MSW飞灰在蒸压下，进行水热合成反应，生成了具有胶凝作用的水化产物——水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙，这些水化生成物质基本上和水泥的水化生成物相同，因而，它可以使非烧结垃圾尾矿砖产生强度。

物理活化还包括五项内容，即热力与压力活化制品毛坯蒸压，破碎与轮碾活化。

本发明采用二次轮碾活化、消化活化相结合的工艺步骤；可以激发焚烧残渣、MSW飞灰、海贝壳灰的活性，使焚烧残渣的粒径变小，水和激发剂进入残渣玻璃体中心距离大大缩短，也就更容易进入其玻璃体内部，残渣越细，水和激发剂到达其颗粒中心的速度越快，活化越快，而且，使玻璃体出现裂纹、擦伤等缺陷，打破它的完整性，为水和激发剂的进入及硅铝的溶出开辟了道路，因而可促进活化；重复轮碾后，焚烧残渣的粒度变细，一个颗粒变为多个颗粒，其表面积增大，因而与激发剂及水的反应接触面积增大，必然加速活化，并提高激发效果。

二次重复轮碾工艺，强化了激发剂及其他物料与焚烧残渣的混合效果，因XLH-800型轮碾混合机，既有碾研，又有搅拌铲，不断地铲动与碾研作用合二为一的功能，没有普通轮碾机产生物料“死角”的现象，消除数量最小的混合料不均匀的不利影响，热力与压力活化，非烧结垃圾尾矿砖产生强度及耐久性的物理作用力是液压成型机与蒸压釜蒸汽形成的热力与压力，液压成型的压力，使物料密实填充、物理咬合、物料颗料间紧密接触的原理，相适应的成型压力范围内才可以达到理想强度；而蒸汽产生的热力与压力则促进砖体物料与其内含的SiO_2、Al₂O_3、CaO更快、更完善的水化反应，形成水化硅酸钙、水化铝酸钙胶凝物质，固化未反应物质，使砖体形成强度。

2、化学活化作用：

本发明采用的化学活化作用：1）直接化学作用；2）间接化学作用；3）复合化学作用。

1）直接化学作用：依靠胶凝材料——固结剂的碱性的激发作用与胶结力，协同F14激发剂，激发焚烧残渣、MSW飞灰SiO_2、Al₂O_3、活性，将废渣颗粒结合为一个整体，从而产生技术要求的强度，使焚烧残渣、MSW飞灰内含的重金属被固化在固结剂晶格中，存在的Zn、Cu、Ni等重金属离子具有不溶解范围，控制重金属的氧化还原电势，生成稳定的通常环境下不会浸出金属化合物，不产生放射性气体，同时消灭废渣、危险废物中的病源体、病毒、恶臭气体及有机腐殖质。

2）间接化学作用：间接化学作用是其所产生的结合力并非由所使用的激发材料直接产生，而是通过这些激发剂对活性固体废弃物产生激发作用，使活性固体废弃物产生胶凝性，焚烧残渣活性产生还需要蒸压产生的热力与压力的配合，才能形成活性，成为活性焚烧残渣。

3）复合化学作用：本发明采用的化学作用是直接化学作用与间接化学作用相结合的方法，既使用固结剂，又使用激发剂激发焚烧残渣的活性，使胶凝材料的胶凝性与焚烧残渣产生的活性形成的胶凝性共同发挥，是复合化学作用的效果。

通过上述物理作用与化学作用两个缺一不可的作用配合，非烧结垃圾尾矿砖的强度与耐久性性能才能产生。

本发明技术所产生的有益效果：

1.本发明利用焚烧残渣、MSW飞灰固体危险废弃物、海贝壳海生废弃物进行无害化资源利用，创造了废物利用、变废为宝的朝阳产业；

2.本发明创新了凝胶体系新材料应用的方法，选择的团结剂及海贝壳灰作为本发凝胶体系的应用，替代传统技术应用的水泥与石灰，实现不用水泥却胜于水泥，不用石灰却类似石灰的优良性能。节约水泥、石灰的应用，对于开发低能源消耗、低环境负荷，提供一种性能优良的非烧结垃圾尾矿砖，对实现经济、社会和环境的可持续发展，具有现实的意义。

3.避免垃圾焚烧残渣、MSW飞灰传统的填埋方法造成的重金属渗漏，污染地下水危涉庄稼给人类带来健康的隐患，保护生态环境，保护人类的生命与身体健康。

4.垃圾焚烧残渣、MSW飞灰替代粘土制砖符合《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》第三条、第四条、第五条之规定及国家环保总局关于《危险废物污染防治技术政策》的通知精神，符合国务院关于《新型墙体改革改政》坚持新型墙材应“节土、省地、利废、环保的原则”，迎合国务院、各部门及地方人民政府关于环境保护、墙体改革、建筑节能的各项政策法规。

5.垃圾焚烧残渣、MSW飞灰替代粘土制砖，保护耕地，节约填埋用地。

6.非烧结垃圾尾矿砖，产品质量经国家建筑工程材料质量监督检验中心检验，符合并超过C/T422-2007《非烧结垃圾尾矿砖》国家标准，检验报告编号：ZW626-160002；浸出毒性检测，由谱尼测试集团上海有限公司检测，全部检测项目，50个项目的浸出毒性指标均低于国家标准的70倍以上，检测样名称和编号：K75248632，非烧结垃圾尾矿砖，焚烧渣、焚烧飞灰。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合实施例作进一步说明本发明：

实施例1：

一种非烧结垃圾尾矿砖的制备工艺，包括以下步骤：

1）将焚烧残渣烘干至含水率为3-8%；

2）将烘干焚烧残渣破碎处理至粒径均不大于3mm，成为自然级配；

3）轮碾混合工艺：将82.9重量份的焚烧残渣、4重量份的MSW飞灰、8重量份的海贝壳灰、4量份的微硅粉、1.1重量份的F14激发剂、10重量份的水输入至XLH-800型行星式轮碾混合机混合碾研，碾研时间为6min，成混合料；

4）混合料消化工艺：将混合料输入连续式消化仓内进行连续式消化，仓内温度保持60℃，消化时间为3h，成为消化料；

5）消化料混合重复轮碾工艺：将92重量份的消化料、8重量份的固结剂、0.06重量份的聚羧酸盐高效减水剂输入至XLH-800型行星式轮研混合机混合，重复轮碾，碾研时间为6min，成为制坯料，将物料含水率控制在10-15%；

6）液压成型工艺：将制坯料定量输入液压成型机的冲压系统，冲压成制品毛坯，制品设计强度25MPa,成型压力19MPa；

7）制品毛坯养护工艺：车间温度3℃采用保温室湿热养护，养护时间8h，进入蒸压釜蒸压养护，制品设计强度25MPa，蒸压温度为174.5℃，蒸汽压力0.8MPa，蒸压制度为：60℃左右的釜温条件下预热3h，在2.5h内升温至174.5℃，压力为0.8MPa，恒温174.5℃，7h，降温2.5h，出釜温差小于80℃，成品非烧结垃圾尾矿砖，规格：240X115X53mm。

实施例2：

一种非烧结垃圾尾矿砖的制备工艺：

1）与实施例1工艺步骤1）相同；

2）与实施例1工艺步骤2）相同；

3）轮碾混合工艺：将79.2重量份的焚烧残渣、5重量份的MSW飞灰、10重量份的海贝壳灰、5重量份的微硅粉、0.8重量份的F14激发剂、12重量份的水输入至XLH-800型行星式轮碾混合机内混合碾研，碾研时间为6min，成混合料；

4）混合料消化工艺步骤与实施例1工艺步骤4）相同；

5）消化料混合重复轮碾工艺步骤：将90重量份的消化料、10重量份的固结剂、0.06重量份的聚羧酸盐高效减水剂输入至XLH-800型行星式轮碾混合机混合、重复轮碾，碾研时间为6min，成为制品坯料，将物料的含水率控制在10-15%；

6）液压成型工艺步骤：将制品坯料定量输入液压成型机的冲压系统，冲压成制品毛坯，制品设计强度28.2MPa，成型压力为20MPa；

7）制品毛坯养护工艺：车间温度19℃采用自然养护法，养护静停时间为48h，进入蒸压釜养护。制品设计强度28.2MPa，蒸压温度为183.2℃，蒸汽压力1.0MPa。蒸压制度为60℃左右的釜温条件下预热3h，在2.5h内升温到183.2℃，压力为1.0MPa，恒温183.2℃，7h，降温2.5h，出釜温差小于80℃，成品为非烧结垃圾尾矿砖，规格：240X115X53mm。

实施例3：

一种非烧结垃圾尾矿砖的制备工艺：

1）与实施例1工艺步骤（1）相同；

2）与实施例1工艺步骤（2）相同；

3）轮碾混合工艺：将75.5重量份的焚烧残渣、6重量份的MSW飞灰、12重量份的海贝壳灰、6重量份的微硅粉、0.5重量份的F14激发剂、13重量份的水输入至XLH-800型行星式轮碾混合机内混合碾研，碾研时间为6min，成混合料；

4）混合料消化工艺步骤与实施例1工艺步骤4）相同；

5）消化料混合重复轮碾工艺步骤：将87重量份的消化料、13重量份的固结剂、0.06重量份的聚羧酸盐高效减水剂输入至XLH-800型行星式轮碾混合机混合、重复轮碾，碾研时间为6min，成为制品坯料，将物料的含水率控制在10-15%；

6）液压成型工艺步骤：将制品坯料定量输入液压成型机的冲压系统，冲压成制品毛坯，制品设计强度31.4MPa，成型压力为21MPa；

7）制品毛坯养护工艺：车间温度26℃采用自然养护法，养护静停时间为45h，进入蒸压釜养护，制品设计强度31.4MPa，蒸压温度为192℃，蒸汽压力1.3MPa，蒸压制度为60℃左右的釜温条件下预热3h，在2.5h内升温到192℃，压力为1.3MPa，恒温192℃，7h，降温2.5h，出釜温差小于80℃，成品为非烧结垃圾尾矿砖，规格：240X115X53mm。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例，对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种非烧结垃圾尾矿砖，其特征在于：所述非烧结垃圾尾矿砖由以下成分及重量份组成：残渣55.5-82份、烟灰3-7份、碳酸钙7-15份、硅质材料3-8份、F14激发剂0.1-1.5份、水5-13份、固结剂、聚羧酸盐高效减水剂；所述残渣是生活垃圾焚烧发电厂垃圾焚烧处理后排弃的焚烧残渣；所述烟灰为生活垃圾焚烧发电厂在焚烧垃圾时烟筒排烟气时通过集尘器收集的焚烧飞灰；所述碳酸钙为废弃在海滩的海生贝类动物骨骼质素，经烘干、在600~800℃煅烧、粉磨得到的海贝壳灰，其主要成份为95%的碳酸钙；所述硅质材料是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中随废气逸出的烟尘，经特殊的捕集装置收集处理的微硅粉；

所述的非烧结垃圾尾矿砖的制备工艺，包括以下工艺步骤：

1)将残渣烘干至含水率为3-8%；

2)将残渣破碎处理至粒径均不大于3mm；

3)轮碾混合工艺：将55.5-82重量份的残渣、3-7重量份的烟灰、7-15重量份的碳酸钙、3-8重量份的硅质材料、0.1-1.5重量份的F14激发剂、5-13重量份的水输入至XLH-800型行星式轮碾混合机碾研混合，碾研时间为2-6min，成为混合料；

4)混合料消化工艺：将混合料输入至连续式消化仓内进行物料消化，消化仓内保持温度为40-70℃，消化时间为2-4h，成为消化料；

5)消化料混合重复轮碾工艺：将84.7-94.97重量份的消化料、5-15重量份的固结剂、0.03-0.3重量份的聚羧酸盐高效减水剂输入至XLH-800型行星式轮碾混合机重复轮碾混合，碾研时间为2-6min，成为制坯料，输入贮备箱备用；所述各原料的混合物含水率控制在10%-15%；

6)液压成型工艺：将制坯料从贮备箱内定量输入液压成型机的冲压系统，冲压成垃圾尾矿砖毛坯；液压成型压力根据产品设计强度要求，压力可变动；

7)制品毛坯养护工艺：1）预养：车间温度10℃以上，采用自然预养法，预养时间为48h；车间温度10℃以下采用保温室湿热预养法，湿热预养法时间为8h；2）蒸压养护：将经过预养后的制品毛坯，进入蒸压釡蒸养，蒸压釡工作温度和压力应根据产品设计强度相应调整；

所述固结剂是一种无机胶凝材料，其性状如下：

1）灰色粉状固体颗料；

2）密度为2.70~2.85g/cm³；

3）细度为80um方筛筛余量不超过4.0%；

4）无机固体废物磨制的粉体，不用煅烧，替代水泥的产品。

2.如权利要求1所述的一种非烧结垃圾尾矿砖，其特征在于：工艺步骤6）中所述的冲压成垃圾尾矿砖毛坯，成型时采用半干性压制，且压制的压力控制在15-25MPa。

3.如权利要求1所述的一种非烧结垃圾尾矿砖，其特征在于：工艺步骤7）中所述的蒸压釡工作温度和压力，其温度控制为174.5℃、183.2℃、194℃；压力分别控制为0.8MPa、1.0MPa、1.3Mpa，蒸压制度为60℃的釡温条件下预热3h，在2.5h内升温到工作温度，恒温7h，降温2.5h出釡温差小于80℃。

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