CN108191320B - 一种利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖的方法。该方法包括如下步骤：(1)在飞灰中加入含硫化合物和水，搅拌均质进行重金属的稳定化及CaO的熟化，得稳定化浆料；(2)在所述稳定化浆料中加入MgO和MgCl2的水溶液，搅拌均质，得氯氧镁浆料；(3)将所述氯氧镁浆料进行养护，得到氯氧镁凝胶；(4)将所述氯氧镁凝胶进行破碎，得氯氧镁骨料；(5)将介稳态物料、碱金属的氢氧化物、Na2SiO3、所述氯氧镁骨料和水混合，搅拌均质，得混合浆料；(6)将所述混合浆料进行养护、成型，得所述氯氧镁砖。本发明方法配合使用了在耐火性和耐水性上存在差异的土聚凝胶和氯氧镁凝胶，实现了重金属的多级固化稳定化，提升了氯氧镁耐火砖的耐水性能。

Description

一种利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖的方法
技术领域
本发明涉及一种利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖的方法，属于危险废物建材资源化利用技术领域。
背景技术
生活垃圾焚烧飞灰(以下简称飞灰)是指在烟气净化系统和热回收利用系统(如节热器、余热锅炉等)中收集而得的残余物。
由于焚烧过程中重金属的挥发和迁移，使飞灰中富集了大量重金属，如Hg、Pb、Cd、Cu、Cr、Zn、Ni等。在现有文献报道中，我国飞灰中，Zn最高可达17000mg/kg，Cu最高可达12000mg/kg，Pb最高可达30000mg/kg，Cd最高可达5000mg/kg，Cr最高可达3500mg/kg，Ni最高可达1500mg/kg。重金属一旦进入人体将很难排出体外，富集到一定程度，会直接伤害人体的神经系统、消化系统、生殖系统、免疫系统和骨骼，引起人体酶活性降低、语言及运动障碍、肝肾损害、骨质流失、致癌、致畸、致突变、神经衰弱、贫血、甚至死亡。飞灰早在2008年被列入《国家危险废物名录》，并仍出现在2016年版的《国家危险废物名录》，属危险工业固体废物。
近年来，我国生活垃圾焚烧发电得到快速发展。截止2015年底，全国已建成生活垃圾焚烧厂219座，年处理垃圾量8000万吨。焚烧技术发展的同时，也带来了每年近500万吨飞灰，占我国每年各类危险废物产生总量的近12％。
飞灰，这一危险工业固体废物的处理问题，是目前亟待的环境问题之一。目前，飞灰这一危险工业固体废物的主要处理方式是固化稳定化后进行填埋。虽然2016年版的《国家危险废物名录》对稳定化后的飞灰进入生活垃圾填埋场实施了豁免管理，但是在垃圾围城的现状下，填埋只是权宜之计。在我国，一般工业固体废物的主要去向是进行再利用，由于工业固废富含Si、Al、Ca等元素，所以建材生产行业是工业固废的最大消纳和利用行业。依据中国环保产业协会的统计，2013年，我国43％的尾矿、68％的煤矸石、93％的粉煤灰、绝大部分的钢铁冶炼渣都用于建材生产、筑路等方面。而飞灰这一危险工业固体废物的主要元素亦为Si、Al、Fe、Mg、Ca、K、Na和Cl，SiO2、A12O3、CaO、Fe2O3、Na2O、K2O在飞灰中普遍存在，SiO2含量6.35-35.5％，A12O3含量0.92-13.7％，Fe2O3含量0.63-10.5％，CaO含量16.6-45.4％，MgO、Na2O、K2O各占1％-5％。这样的元素组成，为飞灰的建材资源化提供了必要的物质基础。飞灰通过建材利用进行资源化，是未来的主要研究和应用方向。
我国氯氧镁水泥建材有近九十年的发展历史，氯氧镁水泥是气硬性水泥，具有极佳的耐高温特性，兼具强度高、耐磨性高、低密度等优点。氯氧镁水泥建材的制作多会以固体废物作为掺和料，原因在于，氯氧镁水泥强度极高，故在大量掺入固体废物填充料后仍能满足强度的使用要求，掺入量最高可达60％。这是氯氧镁水泥的特点和优点。但是缺点也很明显，氯氧镁水泥的耐水性极差，其硬化体在水中会逐渐失去60～80％的强度，限制其使用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖的方法，该方法利用飞灰作为掺合料制作氯氧镁水泥，配合使用了土聚和氯氧镁两种在耐火性和耐水性上存在差异的凝胶，同时实现了重金属的多级固化稳定化，飞灰的资源化利用，并提升了氯氧镁耐火砖的耐水性能。
本发明提供的一种利用生活垃圾焚烧飞灰制作氯氧镁砖的方法，包括如下步骤：
(1)在飞灰中加入含硫化合物和水，搅拌均质进行重金属的稳定化及CaO的熟化，得到稳定化浆料；
(2)在步骤(1)中所述稳定化浆料中加入MgO和MgCl2的水溶液，搅拌均质，得到氯氧镁浆料；
(3)将步骤(2)中所述氯氧镁浆料进行养护，得到氯氧镁凝胶；
(4)将步骤(3)中所述氯氧镁凝胶进行破碎，得到氯氧镁骨料；
(5)将介稳态物料、碱金属的氢氧化物、Na2SiO3、步骤(4)中所述氯氧镁骨料和水混合，搅拌均质，得到混合浆料；
(6)将步骤(5)中所述混合浆料进行养护、成型，得到所述氯氧镁砖。
上述的制备方法，步骤(1)中，所述含硫化合物可为无机硫化物或有机硫化物；所述无机硫化物可为Na2S；
所述含硫化合物的质量可为所述飞灰干灰质量的6％～9％，具体可为6％、7％、9％、8％；
所述水的质量为所述飞灰干灰质量的40％～50％，具体可为40％、50％。
所述搅拌均质在40～50℃的条件下进行，具体可在45℃～50℃、45℃或50℃的条件下进行。
所述搅拌均质的时间可为15～30min，具体可为20min。
所述Na2S溶水释放的S2-可沉淀飞灰中的重金属，并产生几乎等量的NaOH继续沉淀重金属并轻度激发土聚反应稳定化重金属，以完成对重金属的第一次固化稳定化；搅拌20min的目的在于均质和CaO熟化，其中熟化的目的是为消除所生产建材中因游离态CaO(f-CaO)而产生的内应力。
上述的制备方法，步骤(2)中，所述MgO的质量可为所述飞灰干灰质量的35％～45％，具体可为40％。
所述MgO可以轻烧氧化镁的形式进行添加；所述轻烧氧化镁可为80#或85#轻烧氧化镁。
所述MgCl2的水溶液中，MgCl2的质量为所述飞灰干灰质量的13％～16％，具体可为13％～15％、15％或13％；水的质量为所述飞灰干灰质量的45％～55％，具体可为45％、55％、50％。
所述MgCl2为工业级氯化镁。
所述搅拌均质在40～50℃的条件下进行，具体可在45℃～50℃、45℃或50℃的条件下进行。
所述搅拌均质的时间可为5～10min，具体可为5min。
上述的制备方法，步骤(3)中，所述养护的条件可如下：温度为20～25℃(如22℃、20℃或25℃)、通风、避雨的环境中；
所述养护为先在所述条件下养护2～4天(如3天)后开模，并继续在所述条件下养护3～5天(如4天)。
所述氯氧镁凝胶的抗压强度可达10MPa以上。
所述养护过程中，MgO和MgCl2主要生成5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O和3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O晶体相复盐凝胶，为气硬性胶凝物质，过程放热量大，故须将氯氧镁浆料置于避雨、20～25℃、通风良好的环境中养护，开模后需继续养护，同时散失水分。
上述的制备方法，步骤(4)中，所述破碎为破碎至4目以下(粒径＜4.75mm)。
上述的制备方法，步骤(5)中，所述氯氧镁骨料、所述介稳态物料、所述碱金属的氢氧化物、所述Na2SiO3和所述水的质量比可为100:(40～55):5:1.5:(25～35)，具体可为100:45:5:1.5:(25～35)、100:45:5:1.5:(25～30)、100:45:5:1.5:(30～35)、100:45:5:1.5:30、100:45:5:1.5:25或100:45:5:1.5:35。
所述碱金属的氢氧化物可为NaOH或KOH。
所述介稳态物料是指经过高温处理后再经急冷处理而得到的富含Si、Al的物料，包括但不限于：粉煤灰、偏高岭土或钢渣。
所述介稳态物料的粒径小于75μm(即200目筛下)。
所述搅拌均质的时间可为5～10min，具体可为5min。
上述的制备方法，步骤(6)中，所述混合浆料在制备完成后的15min内进行所述养护；
所述养护可为先在温度为70～80℃(如70～75℃、75℃或70℃)、相对湿度＜20％的环境中养护1天后开模，开模后在温度为50～60℃(如55℃、60℃或50℃)、相对湿度≤20％(如20％)的环境中继续养护6～8天(如6～7天、6天或7天)。
所述养护过程中，所述介稳态物料在NaOH和Na2SiO3的激活下，发生Si、Al溶出并在Na离子桥联下聚合形成Si-Al-O链网状聚合物，形成土聚非晶体凝胶，完成对重金属的第三次固化稳定化，并产生机械强度。两段养护的目的在于避免氯氧镁骨料受H2O破坏，土聚凝胶在第一阶段会产生60％～70％的强度，之后开模散失水分并继续产生强度。
所述氯氧镁砖的机械强度≥18MPa，耐受1450～1550℃高温，耐水性软化系数≥0.80。
本发明进一步提供了上述的方法制作得到的氯氧镁砖。
本发明还提供了上述氯氧镁砖在下述1)-6)中至少一种中的应用：
1)作为防水砖；
2)作为耐火砖；
3)制作保温墙；
4)制作室外或水工构筑物的保温墙；
5)制作防火墙或防火隔墙；
6)制作室外或水工构筑物的防火墙或防火隔墙。
本发明具有如下有益效果：
1、广谱性。本利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖的技术，可针对不同地区、不同炉型的生活垃圾焚烧飞灰进行资源化。
2、工艺简单。本利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖的技术中，主要依靠温控、加料、搅拌、破碎等设备，其他无特殊要求，流程简便、可靠。
3、重金属固化稳定化效果好。按照本技术方法中的工艺步骤和参数设定，可以对飞灰中的重金属进行多级固化稳定化，效果良好。
4、环境效益好。按照本技术方法中的工艺步骤，安全的利用建材化手段消纳了飞灰这一危险废物，解决了环境污染问题。
5、社会经济效益好。本利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖的技术，既实现了对飞灰中重金属的固化稳定化和对飞灰的建材利用资源化，又实现了对氯氧镁耐火砖耐水性能的提升，扩宽了氯氧镁耐火砖的使用条件，将产生良好的社会及经济效益。
本发明的一种利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖的技术，工艺可靠，设备简易，原理简单，可安全、高效的利用不同地区、不同炉型的生活垃圾焚烧飞灰，既实现了对飞灰中重金属的固化稳定化和对飞灰的建材利用资源化，又实现了对氯氧镁耐火砖耐水性能的提升。
附图说明
图1为本发明利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖的流程图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中制备得到的防水氯氧镁耐火砖的机械强度参照标准号为GB2542中公开的方法进行测定。软化系数是耐水性性质的一个表示参数，表达式为K＝f/F。K——材料的软化系数；f——材料在水饱和状态下的无侧限抗压强度，MPa；F——材料在干燥状态下的无侧限抗压强度，MPa。
实施例1、利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖
飞灰样品来自北京市大兴区某垃圾焚烧厂，样品中重金属含量及浸出量见表1。浸出方法参照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)，限值标准参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅴ类水体标准。由表1可知，Pb浸出量严重超标。
表1北京大兴某垃圾焚烧厂飞灰中重金属含量及浸出量
按照图1所示流程图利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖，具体步骤如下：
(1)重金属稳定化：
向飞灰中投加飞灰(干灰)质量6％的Na2S和40％加热至45℃的中水，在45℃下机械搅拌20min进行重金属的稳定化及CaO的熟化，得到稳定化浆料。
(2)氯氧镁制浆：
向步骤(1)中稳定化浆料中投加85#轻烧氧化镁，MgO加量为飞灰(干料)质量的40％，搅拌均质。取飞灰(干料)质量的15％的工业级氯化镁和45％的中水，配制MgCl2水溶液，继投加MgO之后再混入稳定化浆料中，在45℃下搅拌均质5min，得到氯氧镁浆料。
(3)养护发育：
将步骤(2)中氯氧镁浆料置于模具中，在避雨、室外22℃、通风良好的环境中养护，养护3天后开模，并继续养护4天，共7天，得到氯氧镁凝胶。氯氧镁凝胶的抗压强度为42.2MPa、45.7MPa、58.5MPa。
(4)破碎：
将步骤(3)中氯氧镁凝胶破碎至4目以下(粒径＜4.75mm)，得到氯氧镁骨料。
(5)介稳态物料混合制浆：
将Ⅰ级粉煤灰、NaOH、Na2SiO3、步骤(4)中氯氧镁骨料和中水在室温25℃下混合制浆，质量比为，氯氧镁骨料：粉煤灰：NaOH：Na2SiO3：水＝100:45:5:1.5:30，搅拌均质5min，得到混合浆料，即刻浇入模具开始养护。
(6)养护、成型
将步骤(5)中混合浆料在75℃、20％RH的环境中养护1天后开模，开模后砖块需在55℃、20％RH环境中继续养护6天。
成型后，耐火砖块一般可以达到18.5MPa、22.6MPa、24.5MPa，能耐受1450℃高温，耐水性软化系数分别达到0.81、0.82、0.85，重金属浸出量满足Ⅲ类水体质量要求(表2)。该耐火砖块可用于室外或水工构筑物的保温墙、防火墙、防火隔墙等。
表2北京大兴飞灰资源化砖产品中重金属浸出量
实施例2、利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖
飞灰样品来自河北省邢台市某垃圾焚烧厂，样品中重金属含量及浸出量见表3。浸出方法参照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)，限值标准参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅴ类水体标准。由表3可知，Pb、Zn浸出量严重超标。
表3河北邢台某垃圾焚烧厂飞灰中重金属含量及浸出量
按照图1所示流程图利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖，具体步骤如下：
(1)重金属稳定化：
向飞灰中投加飞灰(干灰)质量9％的Na2S和40％加热至45℃的中水，在45℃下机械搅拌20min进行重金属的稳定化及CaO的熟化，得到稳定化浆料。
(2)氯氧镁制浆：
向步骤(1)中稳定化浆料中投加85#轻烧氧化镁，MgO加量为飞灰(干料)质量的40％，搅拌均质。取飞灰(干料)质量的13％的工业级氯化镁和45％的中水，配制MgCl2水溶液，继投加MgO之后再混入稳定化浆料中，在45℃下搅拌均质5min，制得氯氧镁浆料。
(3)养护发育：
将步骤(2)中氯氧镁浆料置于模具中，在避雨、室外20℃、通风良好的环境中养护，养护3天后开模，并继续养护4天，共7天，得到氯氧镁凝胶。氯氧镁凝胶的抗压强度为56.2MPa、41.3MPa、45.5MPa。
(4)破碎：
将步骤(3)中氯氧镁凝胶破碎至4目以下(粒径＜4.75mm)，得到氯氧镁骨料。
(5)介稳态物料混合制浆：
将Ⅱ级粉煤灰、NaOH、Na2SiO3、步骤(4)中氯氧镁骨料和中水在室温25℃下混合制浆，质量比为，氯氧镁骨料：Ⅱ级粉煤灰：NaOH：Na2SiO3：水＝100:45:5:1.5:30，搅拌均质5min，得到混合浆料，即刻浇入模具开始养护。
(6)养护、成型
将步骤(5)中混合浆料在75℃、20％RH的环境中养护1天后开模，开模后砖块需在60℃、20％RH环境中继续养护6天。
成型后，耐火砖块一般可以达到19.6MPa、26.6MPa、27.5MPa，能耐受1450℃高温，耐水性软化系数分别达到0.80、0.83、0.84，重金属浸出量满足Ⅲ类水体质量要求(表4)。该耐火砖块可用于室外或水工构筑物的保温墙、防火墙、防火隔墙等。
表4河北邢台飞灰资源化砖产品中重金属浸出量
实施例3、利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖
飞灰样品来自山东临朐某垃圾焚烧厂，样品中重金属含量及浸出量见表5。浸出方法参照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)，限值标准参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅴ类水体标准。由表5可知，Pb、Cr浸出量超标。
表5山东临朐某垃圾焚烧厂飞灰中重金属含量及浸出量
按照图1所示流程图利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖，具体步骤如下：
(1)重金属稳定化：
向飞灰中投加飞灰(干灰)质量7％的Na2S和50％加热至45℃的中水，在45℃下机械搅拌20min进行重金属的稳定化及CaO的熟化，得到稳定化浆料。
(2)氯氧镁制浆：
向步骤(1)稳定化浆料中投加85#轻烧氧化镁，MgO加量为飞灰(干料)质量的40％，搅拌均质。取飞灰(干料)质量的15％的工业级氯化镁和55％的中水，配制MgCl2水溶液，继投加MgO之后再混入稳定化浆料中，在45℃下搅拌均质5min，制得氯氧镁浆料。
(3)养护发育：
将步骤(2)中氯氧镁浆料置于模具中，在避雨、室外25℃、通风良好的环境中养护，养护3天后开模，并继续养护4天，共7天，得到氯氧镁凝胶。氯氧镁凝胶的抗压强度为37.6MPa、52.4MPa、49.5MPa。
(4)破碎：
将步骤(3)中氯氧镁凝胶破碎至4目以下(粒径＜4.75mm)，得到氯氧镁骨料。
(5)介稳态物料混合制浆：
将破碎高炉渣(200目筛下)、NaOH、Na2SiO3、步骤(4)中氯氧镁骨料和中水在室温(25℃)下混合制浆，质量比为，氯氧镁骨料：破碎高炉渣：NaOH：Na2SiO3：水＝100:45:5:1.5:25，搅拌均质5min，得到混合浆料，即刻浇入模具开始养护。
(6)养护、成型
将步骤(5)中混合浆料在70℃、20％RH的环境中养护1天后开模，开模后砖块需在60℃、20％RH环境中继续养护6天。
成型后，耐火砖块一般可以达到18.9MPa、26.5MPa、24.2MPa，能耐受1500℃高温，耐水性软化系数分别达到0.80、0.81、0.83，重金属浸出量满足Ⅲ类水体质量要求(表6)。该耐火砖块可用于室外或水工构筑物的保温墙、防火墙、防火隔墙等。
表6山东临朐飞灰资源化砖产品中重金属浸出量
实施例4、利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖
飞灰样品来自吉林德惠某垃圾焚烧厂，样品中重金属含量及浸出量见表7。浸出方法参照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)，限值标准参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅴ类水体标准。由表7可知，Pb、Zn、Cd浸出量超标。
表7吉林德惠某垃圾焚烧厂飞灰中重金属含量及浸出量
按照图1所示流程图利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖，具体步骤如下：
(1)重金属稳定化：
向飞灰中投加飞灰(干灰)质量8％的Na2S和40％加热至50℃的中水，在50℃下机械搅拌20min进行重金属的稳定化及CaO的熟化，得到稳定化浆料。
(2)氯氧镁制浆：
向步骤(1)中稳定化浆料中投加85#轻烧氧化镁，MgO加量为飞灰(干料)质量的40％，搅拌均质。取飞灰(干料)质量的13％的工业级氯化镁和45％的中水，配制MgCl2水溶液，继投加MgO之后再混入稳定化浆料中，在50℃下搅拌均质5min，制得氯氧镁浆料。
(3)养护发育
将步骤(2)中氯氧镁浆料置于模具中，在避雨、室外22℃、通风良好的环境中养护，养护3天后开模，并继续养护4天，共7天，得到氯氧镁凝胶。氯氧镁凝胶的抗压强度为45.6MPa、41.2MPa、54.2MP。
(4)破碎：
将步骤(3)中氯氧镁凝胶破碎至4目以下(粒径＜4.75mm)，得到氯氧镁骨料。
(5)介稳态物料混合制浆：
将Ⅰ级粉煤灰、NaOH、Na2SiO3、步骤(4)中氯氧镁骨料和中水在室温25℃下混合制浆，质量比为，氯氧镁骨料：粉煤灰：NaOH：Na2SiO3：水＝100:45:5:1.5:35，搅拌均质5min，得到混合浆料，即刻浇入模具开始养护。
(6)养护、成型
将步骤(5)中混合浆料在75℃、20％RH的环境中养护1天后开模，开模后砖块需在55℃、20％RH环境中继续养护7天。
成型后，耐火砖块一般可以达到19.9MPa、25.5MPa、23.5MPa，能耐受1450℃高温，耐水性软化系数分别达到0.81、0.81、0.82，重金属浸出量满足Ⅲ类水体质量要求(表8)。该耐火砖块可用于室外或水工构筑物的保温墙、防火墙、防火隔墙等。
表8吉林德惠飞灰资源化砖产品中重金属浸出量
实施例5、利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖
飞灰样品来自重庆开县某垃圾焚烧厂，样品中重金属含量及浸出量见表9。浸出方法参照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)，限值标准参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅴ类水体标准。由表9可知，Pb、Zn、Cd、Cr浸出量超标。
表9重庆开县某垃圾焚烧厂飞灰中重金属含量及浸出量
按照图1所示流程图利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖，具体步骤如下：
(1)重金属稳定化
向飞灰中投加飞灰(干灰)质量8％的Na2S和40％加热至50℃的中水，在50℃下机械搅拌20min进行重金属的稳定化及CaO的熟化，得到稳定化浆料。
(2)氯氧镁制浆：
向步骤(1)中稳定化浆料中投加85#轻烧氧化镁，MgO加量为飞灰(干料)质量的40％，搅拌均质，取飞灰(干料)质量的15％的工业级氯化镁和55％的中水，配制MgCl2水溶液，继投加MgO之后再混入稳定化浆料中，在50℃下搅拌均质5min，制得氯氧镁浆料。
(3)养护发育：
将步骤(2)中氯氧镁浆料置于模具中，在避雨、20℃、通风良好的环境中养护，养护3天后开模，并继续养护4天，共7天，得到氯氧镁凝胶。氯氧镁凝胶的抗压强度为56.5MPa、42.2MPa、60.2MPa。
(4)破碎：
将步骤(3)中氯氧镁凝胶破碎至4目以下(粒径＜4.75mm)，得到氯氧镁骨料。
(5)介稳态物料混合制浆：
将Ⅱ级粉煤灰、NaOH、Na2SiO3、步骤(4)中氯氧镁骨料和中水在室温25℃下混合制浆，质量比为，氯氧镁骨料：粉煤灰：NaOH：Na2SiO3：水＝100:45:5:1.5:25，搅拌均质5min，得到混合浆料，即刻浇入模具开始养护。
(6)养护、成型：
将步骤(5)中混合浆料在75℃、20％RH的环境中养护1天后开模，开模后砖块需在50℃、20％RH环境中继续养护6天。
成型后，耐火砖块一般可以达到18.9MPa、19.5MPa、18.6MPa，能耐受1450℃高温，耐水性软化系数分别达到0.82、0.82、0.83，重金属浸出量满足Ⅲ类水体质量要求(表10)。该耐火砖块可用于室外或水工构筑物的保温墙、防火墙、防火隔墙等。
表10重庆开县飞灰资源化砖产品中重金属浸出量
实施例6、利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖
飞灰样品来自山东德州某垃圾焚烧厂，样品中重金属含量及浸出量见表11。浸出方法参照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)，限值标准参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅴ类水体标准。由表11可知，Pb、Zn、Cd浸出量超标。
表11山东德州某垃圾焚烧厂飞灰中重金属含量及浸出量
按照图1所示流程图利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖，具体步骤如下：
(1)重金属稳定化：
向飞灰中投加飞灰(干灰)质量9％的Na2S和50％加热至50℃的中水，在50℃下机械搅拌20min进行重金属的稳定化及CaO的熟化，得到稳定化浆料。
(2)氯氧镁制浆：
向步骤(1)中稳定化浆料中投加85#轻烧氧化镁，MgO加量为飞灰(干料)质量的40％，搅拌均质。取飞灰(干料)质量的13％的工业级氯化镁和50％的中水，配置MgCl2水溶液，继投加MgO之后再混入稳定化浆料中，在50℃下搅拌均质5min，制得氯氧镁浆料。
(3)养护发育：
将步骤(2)中氯氧镁浆料置于模具中，在避雨、室外25℃、通风良好的环境中养护，养护3天后开模，并继续养护4天，共7天，得到氯氧镁凝胶。氯氧镁凝胶的抗压强度为45.6MPa、49.5MPa、45.6MPa。
(4)破碎：
将步骤(3)中氯氧镁凝胶破碎至4目以下(粒径＜4.75mm)，得到氯氧镁骨料。
(5)介稳态物料混合制浆：
将Ⅱ级粉煤灰、NaOH、Na2SiO3、步骤(4)中氯氧镁骨料和中水在室温下混合制浆，质量比为，氯氧镁骨料：粉煤灰：NaOH：Na2SiO3：水＝100:45:5:1.5:30，搅拌均质5min，得到混合浆料，即刻浇入模具开始养护。
(6)养护、成型：
将步骤(5)中混合浆料在70℃、20％RH的的环境中养护1天后开模，开模后砖块需在50℃、20％RH的环境中继续养护7天。
成型后，耐火砖块一般可以达到18.8MPa、19.6MPa、20.5MPa，能耐受1450℃高温，耐水性软化系数分别达到0.82、0.82、0.85，重金属浸出量满足Ⅲ类水体质量要求(表12)。耐火砖块可用于室外或水工构筑物的保温墙、防火墙、防火隔墙等。
表12山东德州飞灰资源化砖产品中重金属浸出量

Claims (9)

1.一种利用生活垃圾焚烧飞灰制作氯氧镁砖的方法，包括如下步骤：
(1)在飞灰中加入含硫化合物和水，搅拌均质进行重金属的稳定化及CaO的熟化，得到稳定化浆料；
(2)在步骤(1)中所述稳定化浆料中加入MgO和MgCl2的水溶液，搅拌均质，得到氯氧镁浆料；
(3)将步骤(2)中所述氯氧镁浆料进行养护，得到氯氧镁凝胶；
(4)将步骤(3)中所述氯氧镁凝胶进行破碎，得到氯氧镁骨料；
(5)将介稳态物料、碱金属的氢氧化物、Na2SiO3、步骤(4)中所述氯氧镁骨料和水混合，搅拌均质，得到混合浆料；
步骤(5)中，所述氯氧镁骨料、所述介稳态物料、所述碱金属的氢氧化物、所述Na2SiO3和所述水的质量比为100：(40～55)：5：1.5：(25～35)；
所述碱金属的氢氧化物为NaOH或KOH；
所述介稳态物料为粉煤灰、高炉渣或偏高岭土；
所述介稳态物料的粒径小于75μm；
所述搅拌均质的时间为5～10min；
(6)将步骤(5)中所述混合浆料进行养护、成型，得到所述氯氧镁砖。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述含硫化合物为无机硫化物或有机硫化物；
所述无机硫化物为Na2S；
所述含硫化合物的质量为所述飞灰干灰质量的6％～9％；
所述水的质量为所述飞灰干灰质量的40％～50％；
所述搅拌均质在40～50℃的条件下进行；
所述搅拌均质的时间为15～30min。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述MgO的质量为所述飞灰干灰质量的35％～45％；
所述MgCl2的水溶液中，MgCl2的质量为所述飞灰干灰质量的13％～16％，水的质量为所述飞灰干灰质量的45％～55％；
所述搅拌均质在40～50℃的条件下进行；
所述搅拌均质的时间为5～10min。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述养护的条件如下：温度为20～25℃、通风、避雨的环境中；
所述养护为先在所述条件下养护2～4天后开模，并继续在所述条件下养护3～5天。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述破碎为破碎至4目以下。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(6)中，所述养护为先在温度为70～80℃、相对湿度＜20％的环境中养护1天后开模，开模后在温度为50～60℃、相对湿度＜20％的环境中继续养护6～8天。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述氯氧镁砖的机械强度≥18MPa，耐受1450～1550℃高温，耐水性软化系数≥0.80。
8.权利要求1-7中任一项所述的方法制作得到的氯氧镁砖。
9.权利要求8所述的氯氧镁砖在下述1)-6)中至少一种中的应用：
1)作为防水砖；
2)作为耐火砖；
3)制作保温墙；
4)制作室外或水工构筑物的保温墙；
5)制作防火墙或防火隔墙；
6)制作室外或水工构筑物的防火墙或防火隔墙。
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