CN109336426A - 一种消除mswi底灰遇碱发泡膨胀的方法—强碱预消泡法 - Google Patents

Abstract

一种消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀的方法—强碱预消泡法，属于应用于MSWI底灰碱激发材料的制备方法。该方法在制备碱激发试件前先将NaOH、水以及MSWI底灰混合，静置4小时以上，待MSWI底灰浆体充分发泡并完全释放。采用不再发泡的MSWI底灰浆体制备碱激发试件，能够彻底消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀造成的影响，实现高强MSWI底灰碱激发试件的制备。同时MSWI底灰碱激发材料作为新型胶凝材料，可完全代替水泥，既可消除MSWI底灰大量堆积所造成的环境污染问题，又可缓解对硅酸盐水泥的过度依赖，减少对不可再生资源的过度消耗，对于我国这样一个能源紧缺和环境污染比较严重的国家具有重要意义。

Description

一种消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀的方法—强碱预消泡法

技术领域

本发明涉及一种消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀的方法，此方法可以彻底消除由MSWI底灰遇碱发泡膨胀导致碱激发试件的变形，实现高强MSWI底灰碱激发材料的制备。

背景技术

随着人民生活水平的不断提高与城市化进程的不断加快，城市生活垃圾的产量与日俱增。城市生活垃圾焚烧发电虽然能够实现生活垃圾的“减量化”处理，但仍带来了垃圾焚烧残渣的处理问题。MSWI底灰是城市生活垃圾焚烧后的产物，约占焚烧残渣总量的80％，主要由不同类型的大颗粒物(<45mm)组成。由于缺少MSWI底灰资源化回收利用的技术，对于MSWI底灰的处理仍主要为填埋。由于MSWI底灰的填埋消纳速率赶不上产生速率，导致MSWI底灰不断积存，占用土地资源的现象越发严重，即将形成MSWI底灰包围城市的局面。而且MSWI底灰的积存将带来严重的环境污染，成为大量病原微生物与害虫的孳生地，潜在的危害巨大。同时MSWI底灰的填埋处理不仅浪费大量的人力与物力资源，同样会污染环境。因此MSWI底灰的填埋处理既不科学也不经济,MSWI 底灰的多渠道、大规模资源化安全消纳已迫在眉睫。

研究表明，MSWI底灰是一种可回收利用的资源，其化学成分主要由高沸点元素组成，例如Si⁴⁺、A1³⁺、Fe³⁺和Ca²⁺等，适合作为制备碱激发材料的原材料使用，因此碱激发材料为MSWI底灰的大规模安全消纳与资源化回收利用提供了有利途径。然而由于城市生活垃圾的来源广泛，成分复杂，再加上焚烧的不均匀与不彻底性，导致MSWI底灰中残留大量的金属铝与铝的氧化物。而碱激发材料通常采用强碱作为激发剂，当采用MSWI底灰制备碱激发试件时，MSWI 底灰中残留的金属铝与强碱发生剧烈的氧化还原反应，生成大量的氢气，导致MSWI底灰碱激发试件发生的膨胀变形，严重阻碍MSWI底灰碱激发试件强度的发展。因此MSWI底灰遇碱发泡膨胀成为阻碍MSWI底灰作为碱激发材料使用的主要障碍。而现有的处理方法(水洗或Na₂CO₃溶液清洗MSWI底灰)仅能局部缓解发泡膨胀的现象，无法消除膨胀变形对试件强度的影响，同时还导致 MSWI底灰预处理程序的复杂化，显著提升了预处理成本。

本专利提出强碱预消泡法彻底消除膨胀变形对MSWI底灰碱激发试件强度发展的影响，在消除发泡膨胀的同时，既不会增加MSWI底灰的预处理成本，又不会对MSWI底灰的反应活性造成影响，实现高强度MSWI底灰碱激发材料的制备，达到以MSWI底灰为原材料制备碱激发试件的目的。MSWI底灰为原材料制备碱激发材料不仅可以实现MSWI底灰的资源化利用，变废为宝，而且MSWI底灰碱激发材料作为新型胶凝材料，可部分代替水泥，既可以消除MSWI 底灰大量堆积所造成的环境污染问题，又可以缓解对硅酸盐水泥的过度依赖，减少对不可再生资源的过度消耗，对于我国这样一个能源紧缺和环境污染比较严重的国家具有重要的意义。

发明内容

1.一种消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀的方法—强碱预消泡法，其特征是： MSWI底灰碱激发试件的制备过程包括：拌和工艺、静置发泡工艺、制备工艺，具体方法如下：

(1)拌和工艺：首先将用于制备MSWI底灰碱激发试件的水与NaOH混合，形成NaOH溶液，然后加入MSWI底灰微粉(粒径小于50μm的MSWI底灰颗粒占总质量的90％以上，比表面积>300m²/kg)，搅拌均匀形成MSWI底灰浆体。

(2)静置发泡工艺：将搅拌均匀的MSWI底灰浆体静置4小时以上，待其充分发泡。由图1可以看出，当MSWI底灰微粉遇到NaOH溶液，立刻有大量无色气体冒出(如图1(1)所示)，由于MSWI底灰浆体在静置过程中不会发生凝结硬化，所以生成的气体可以得到自由释放。当MSWI底灰浆体静置3小时后，发泡现象明显减弱，当静置4小时后，MSWI底灰浆体不再冒出气泡，消泡完成的MSWI浆体(如图1(2)所示)。采用不再发泡的MSWI底灰浆体制备碱激发试件就不会再导致试件发生膨胀变形，既消除了MSWI底灰遇碱发泡膨胀的影响。

(3)制备工艺：将不再发泡的MSWI底灰浆体(静置4小时)加入搅拌锅，并加入适量的高炉粒化矿渣与熟石灰粉，先慢搅10秒然后快搅20秒。然后再加入液态硅酸钠并快搅30秒，最后加入试验用砂并快搅30秒即可准备成型。

2、根据权利要求1所述的一种消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀的方法—强碱预消泡法，其特征是：所述的MSWI底灰微粉为城市生活垃圾焚烧的产物，破碎与粉磨过程使MSWI底灰的比表面积≥300m²/kg，粒径小于50μm的MSWI 底灰颗粒占总质量的90％以上；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高炉粒化矿渣为符合GB/T18046-2008标准规定的S95级粒化高炉矿渣微粉，为高炉粒化矿渣经磁选除铁处理并粉磨使其达到比表面积≥400m²/kg制得，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的90％以上。

附图说明

图1为MSWI底灰浆体静置发泡示意图。图中：(1)为发泡过程中；(2)为发泡结束后。

图2为MSWI底灰碱激发试件的消泡预处理示意图。图中：(1)为未消泡处理试件；(2)为强碱预消泡试件。

有益效果：由于采用了上述方案，所述的MSWI底灰碱激发试件具有以下

有益效果：

1)彻底消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀的影响

由于采用强碱预消泡法，使MSWI底灰提前与NaOH溶液相遇，MSWI底灰浆体可以充分发泡，生成的气体可以得到自由释放。待发泡结束后(4小时)，再利用MSWI底灰浆体制备碱激发试件，不会再发生膨胀变形的现象。同时强碱预消泡法消泡彻底，消泡后的MSWI底灰碱激发试件外表面变得平整光滑，内部也变得均匀密实，试件的强度得到显著提高。

2)消泡过程不影响MSWI底灰的活性

在MSWI底灰强碱预消泡过程中，由于MSWI底灰不会与NaOH溶液发生凝结硬化，因此MSWI底灰的反应活性没有受到影响。同时生成的气体可以自由释放，不会造成气体大量聚集在MSWI底灰浆体内的现象，而且当MSWI底灰浆体置于搅拌锅内搅拌时，浆体的和易性可以得到恢复。

3)不增加MSWI底灰预处理成本

由于采用制备碱激发试件的水与NaOH进行MSWI底灰的强碱预消泡，而且在消泡过程中没有加入其它消泡剂，所以强碱预消泡法可以在不额外增加 MSWI底灰预处理成本的基础上彻底消除发泡膨胀的影响。

4)实现MSWI底灰的资源化利用

强碱预消泡法可以彻底消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀对碱激发试件的影响，显著提高MSWI碱激发试件的强度，实现MSWI底灰作为碱激发材料的原材料使用，为MSWI底灰的大规模安全消纳与资源化回收利用提供保障，消除MSWI 底灰大量堆积所造成的环境污染问题，缓解MSWI底灰填埋处理过程中消耗的大量人力与物力资源，减少对土地资源的占用。

5)显著的环境效益和社会效益

采用MSWI底灰为主要原料制备MSWI底灰碱激发试件，逐步实现对水泥材料的替代，不仅可以缓解水泥生产对石灰石、黏土与能源的过快消耗，减轻水泥生产所带来的高污染问题，而且可以变废为宝，逐步消除MSWI底灰填埋所带来的种种环境污染问题，所产生的环境效益和社会效益将无法估量。

优点：本发明通过强碱预消泡法，彻底消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀对碱激发试件的影响，实现了MSWI底灰碱激发材料的制备，显著提升了MSWI底灰碱激发试件的强度，开创了MSWI底灰在建筑材料中的运用。同时该胶凝材料可以大量替代水泥而应用于混凝土拌合料的制作，能够减缓水泥制造对石灰石与黏土资源的过快消耗，变废为宝，逐步消除生产水泥所带来的种种环境污染问题，实现MSWI底灰的利用、具有显著的环境效益和社会效益。

具体实施方式

实施例1：一种消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀的方法—强碱预消泡法，其特征是：原料组成及配合比如表1所示，MSWI底灰碱激发试件的制备过程包括：拌和工艺、静置发泡工艺、制备工艺，具体方法过程如下：

(1)拌和工艺：首先按照表1配合比，将用于制备MSWI底灰碱激发试件的水与NaOH混合，形成NaOH溶液。然后加入MSWI底灰微粉(粒径小于50 μm的MSWI底灰颗粒占总质量的90％以上，比表面积>300m²/kg)，搅拌均匀形成MSWI底灰浆体。

(2)静置发泡工艺：将搅拌均匀的MSWI底灰浆体静置4小时，待MSWI 底灰中残留的金属铝与NaOH溶液完全反应，生成的气体完全自由释放。

(3)制备工艺：将不再发泡的MSWI底灰浆体(静置4小时)加入搅拌锅，并加入适量的高炉粒化矿渣与熟石灰粉，先慢搅10秒然后快搅20秒。然后再加入液态硅酸钠并快搅30秒，最后加入试验用砂并快搅30秒即可准备成型。

2、根据权利要求1所述的一种消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀的方法—强碱预消泡法，其特征是：所述的MSWI底灰微粉为城市生活垃圾焚烧的产物，破碎与粉磨过程使MSWI底灰的比表面积≥300m²/kg，粒径小于50μm的MSWI 底灰颗粒占总质量的90％以上；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高炉粒化矿渣为符合GB/T18046-2008标准规定的S95级粒化高炉矿渣微粉，为高炉粒化矿渣经磁选除铁处理并粉磨使其达到比表面积≥400m²/kg制得，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的90％以上。

由表1所示，在相同配合比、相同制备工艺以及相同养护方式条件下，未进行消泡预处理的试件C-1抗压强度极低，养护3天达到2.6MPa，养护28天仅上升到8.4MPa。而进行强碱预消泡处理的试件C-2抗压强度显著提升，养护3 天达到38.7MPa，养护28天仅上升到59.4MPa。可以看出，MSWI底灰遇碱发泡膨胀对碱激发试件强度的发展带来了灾难性的影响，导致MSWI底灰碱激发试件产生致命缺陷，严重阻碍试件强度的发展，无法发挥MSWI底灰碱激发试件的强度优势。强碱预消泡法彻底消除了MSWI底灰遇碱发泡膨胀的影响，确保MSWI底灰碱激发试件强度的持续增长，充分发挥出MSWI底灰碱激发试件的高强度性能。养护28天，MSWI底灰碱激发试件抗压强度达到PO 52.5级水泥胶砂的强度，完全适合作为结构材料在工程中使用。

由图2所示，未进行消泡预处理的试件C-1具有明显缺陷(如图2(1)所示)，试件表面凸凹不平，密布纵横交错的裂缝，裂缝延伸较长，扩展较深。同时试件C-1表面含有大量大小与形状各异的气泡，裂缝与气泡的产生都是由于MSWI 底灰遇碱发泡膨胀所致，导致试件C-1的抗压强度明显不足。进行强碱预消泡处理后，试件C-2的结构明显改善。如图2(2)所示，试件C-2表面平整光滑，结构整体致密，试件表明不再出现明显的裂缝，局部仅存在少量的气泡，这是由于在试件制备过程中振捣不密实所致。因此，强碱预消泡处理消除了MSWI底灰遇碱发泡膨胀的影响，显著提升了MSWI底灰碱激发试件的强度，实现了MSWI 底灰作为碱激发材料的原材料在工程中使用。

表1试验配合比与抗压强度g

Claims (3)

1.一种消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀的方法—强碱预消泡法，其特征是：MSWI底灰碱激发试件的制备过程包括：拌和工艺、静置发泡工艺、制备工艺，具体方法如下：

(1)拌和工艺：首先将用于制备MSWI底灰碱激发试件的水与NaOH混合，形成NaOH溶液，然后加入MSWI底灰微粉(粒径小于50μm的MSWI底灰颗粒占总质量的90％以上，比表面积>300m²/kg)，搅拌均匀形成MSWI底灰浆体；

(2)静置发泡工艺：将搅拌均匀的MSWI底灰浆体静置4小时以上，待其充分发泡；在静置过程中，MSWI底灰浆体不会发生凝结硬化，生成的气体可以得到自由释放，同时MSWI底灰的反应活性也不会受到影响；

(3)制备工艺：将不再发泡的MSWI底灰浆体(静置4小时)加入搅拌锅，并加入适量的高炉粒化矿渣与熟石灰粉，先慢搅10秒然后快搅20秒；然后再加入液态硅酸钠并快搅30秒，最后加入试验用砂并快搅30秒即可准备成型。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的MSWI底灰微粉为城市生活垃圾焚烧的产物，经过破碎与粉磨过程，使MSWI底灰的比表面积≥300m²/kg，粒径小于50μm的MSWI底灰颗粒占总质量的90％以上。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高炉粒化矿渣为符合GB/T18046-2008标准规定的S95级粒化高炉矿渣微粉，为高炉粒化矿渣经磁选除铁处理并粉磨使其达到比表面积≥400m²/kg制得，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的90％以上。