CN109721333B

CN109721333B - 一种垃圾飞灰制备的陶质砖及制备方法

Info

Publication number: CN109721333B
Application number: CN201910055262.0A
Authority: CN
Inventors: 张少华; 薛强; 陈亿军; 奉向东; 王平; 陈新; 姜利国; 席本强
Original assignee: Jiangsu Zhongyi Ecological Soil Institute Co ltd; Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Current assignee: Jiangsu Zhongyi Ecological Soil Institute Co ltd; Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: CN109721333A

Abstract

本发明属于固废环保处置和建筑材料生产技术领域，公开了一种垃圾飞灰制备陶质砖方法，包括：将焚烧垃圾飞灰与稳定剂混合、陈化得到稳定化飞灰；按照重量百分比，将25％～45％的所述稳定化飞灰、22％～55％的脊料、15％～48％的校正料，混合均匀制成复合粉料；将所述复合粉料干压成型，并自然干燥得到待烧坯体；将所述待烧坯体高温烧结，而后冷却得陶质砖；其中，所述稳定剂为焙烧水滑石。本发明提供的方法实现了在飞灰的处置过程中，兼顾飞灰处置和利用的无害化和资源化；从材料设计的角度降低对自然资源的依赖，实现飞灰与其它固体废弃物协同处置和利用，实现在大宗固废的无害化和资源化同步进行。

Description

一种垃圾飞灰制备的陶质砖及制备方法

技术领域

本发明涉及固废环保处置和建筑材料生产技术领域，特别涉及一种垃圾飞灰制备的陶质砖及制备方法。

背景技术

垃圾焚烧飞灰的主要组分为SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Fe₂O₃、CuO、K₂O、Na₂O等，是一种有用的材料，可资源化利用。通过配料和配套技术工艺，可以实现废物的资源化利用，并且能节省巨额的飞灰处理费用。针对飞灰的无害化处置和资源化利用，目前飞灰的资源化方向以建材化利用为主。通过添加大量化学试剂、粘土、工业废渣、天然砂等，再加水混合、成型、干燥、1000℃左右烧结等过程制备建材用砖，在一定程度上实现了飞灰的无害化和资源化。但存在着追求飞灰的大掺量，并未考虑飞灰中大量氧化钙对制品的不利影响；同时对自然资源依赖性强，原材料配伍与实际生产工艺脱节，特别是烧结类制品中脊料和塑性校正料的配伍性，可能会造成制品开裂或者强度较低；湿法压制成型存在废水二次处理，特别是一些发明未考虑飞灰对环境和生产人员的安全危害，并未对飞灰做预处理，一些发明尽管对飞灰做了无害化预处理，但处置工序复杂、药剂成本高、预处理产生二次废水、废弃、废物等问题，并未从整个工艺设计上兼顾飞灰无害化和资源化全流程安全和高效控制。

综上所述，现有技术中需要一种在飞灰的处置过程中，兼顾飞灰处置和利用的无害化和资源化；从材料设计的角度降低对自然资源的依赖，实现飞灰与其它固体废弃物协同处置和利用，是一种大宗固废的无害化和资源化同步进行的方法。

发明内容

本发明提供一种垃圾飞灰制备陶质砖方法，实现了在飞灰的处置过程中，兼顾飞灰处置和利用的无害化和资源化；从材料设计的角度降低对自然资源的依赖，实现飞灰与其它固体废弃物协同处置和利用，实现在大宗固废的无害化和资源化同步进行。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种垃圾飞灰制备陶质砖方法，包括：将焚烧垃圾飞灰与稳定剂混合、陈化得到稳定化飞灰；

按照重量百分比，将25％～45％的所述稳定化飞灰、22％～55％的脊料、15％～48％的校正料，混合均匀制成复合粉料；

将所述复合粉料干压成型，并自然干燥得到待烧坯体；

将所述待烧坯体在1100～1400℃下烧结，而后冷却得陶质砖；

其中，所述稳定剂为焙烧水滑石。

进一步地，稳定化飞灰的制备过程中，按干重质量计，所述焙烧水滑石的添加比例为所述焚烧垃圾飞灰的3～11％，加水量为所述焚烧垃圾飞灰和焙烧水滑石总量的14％～26％。

进一步地，按照质量比，所述复合粉料中，CaO、Na₂O、K₂O、MgO的总量与Al₂O₃、SiO₂、SO₃的总量的质量比为0.5～1.2，CaO与SiO₂的质量比为0.5～1.1。

进一步地，按重量计，所述复合粉体的含水率为5.8～6.7％。

进一步地，所述脊料包括自燃煤矸石粉、三级粉煤灰、废砖渣粉、废弃瓷砖粉中的一种或多种。

进一步地，所述校正料包括未燃煤矸石粉、疏淤清淤干化淤泥粉、页岩粉、建筑渣土粉中的一种或多种。

进一步地，所述复合粉料的成型压强为8～15MPa；

所述待烧坯体的烧结温度为1100～1400℃，升温速率2～8℃/h；

并烧成温度下保温在6～20h后完成烧结。

进一步地，稳定化飞灰的陈化时间0.5～3天。

一种垃圾飞灰制备的陶质砖，采用所述的方法制备。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的垃圾飞灰制备陶质砖方法，通过飞灰预处理成稳定化飞灰，最大限度保障生产人员的健康和安全环境，通过调控飞灰的掺入量和烧成温度，保证制品的性能，干压成型缩短工序，高温烧成彻底分解有机质和固溶有毒有害重金属。具体表现为稳定化飞灰含水率为18～30％，保证制备的复合粉料性质均一性，又满足干压成型坯体的粘结性和强度，避免了坯体因干燥所致的干燥裂纹，省去了湿法成型坯体干燥工序和节省能耗，缩短工艺流程。在烧制过程中飞灰中碱金属和碱土金属氧化物作为矿化剂，与塑性校正料中的氧化铝、粘土矿物形成(K/Na)Ca-Si-Al的低共熔体系，在1100～1400℃的烧制过程产生液-固相，对重金属的熔融固化及其与陶质砖中的矿物相形成固溶体，降低了有毒重金属的溶出、迁移，同时该温度可完全将二噁英的等有机质分解。脊料作为陶质砖烧制过程中作为骨架，有效地抑制了因烧制过程产生液相和(K/Na)Ca-Si-Al液-固多晶共存及其在晶粒在成核和生长、二次再结晶过程中线收缩性；脊料堆积颗粒形成的空隙成为烧制过程的气孔通道，避免因热应力集中所致的陶质砖局部膨胀所致的开裂问题。同时，陶质砖原料基本都为大宗固体，原材料容易获得，对促进固废协同处置和综合利用具有积极作用。

值得说明的是，稳定化飞灰的制备工艺中：将焙烧水滑石稳定剂与飞灰按比例混合，并按照稳定剂和飞灰干重的比例加入一定量的水，形成飞灰预稳定化。其中水滑石为层状双羟基复合金属氧化物，焙烧水滑石是在水化石的基础上，比表面积和孔隙率增大以及形成了酸碱中心，加入到飞灰中、遇水混合后，飞灰中的碱金属和碱土金属氧化物溶解，促进了焙烧水滑石的酸碱性、层间离子交换能力和吸附，增加了焙烧水滑石对重金属离子的吸附性，同时加水增加了飞灰中孔隙液浓度和离子迁移能力，焙烧水滑石对游离态的重金属吸附作用增强，陈化进一步增加其对重金属的吸附作用，重金属进入焙烧水滑石的层间，达到重金属稳定化的目的。经干燥后的稳定化飞灰毒性降低，便于下一步的操作。

本发明利用飞灰、大宗固废等原料生产的陶质砖，在保证产品物理性能的基础上，原料中处飞灰稳定剂外，100％的原材料均为固废，陶质砖浸出液中重金属浓度远小于《生活垃圾填埋场控制标准》(GB 16889-2008)中浸出重金属浓度限值，且陶质砖外观质量达标，无石灰爆裂现象，5h沸煮吸水率小于10％，单块抗压强度大于30MPa。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种垃圾飞灰制备陶质砖方法，实现了在飞灰的处置过程中，兼顾飞灰处置和利用的无害化和资源化；从材料设计的角度降低对自然资源的依赖，实现飞灰与其它固体废弃物协同处置和利用，实现在大宗固废的无害化和资源化同步进行。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

一种垃圾飞灰制备陶质砖方法，包括：

飞灰稳定化：将焚烧垃圾飞灰与稳定剂混合、陈化得到稳定化飞灰；

复合制料：按照重量百分比，将25％～45％的所述稳定化飞灰、22％～55％的脊料、15％～48％的校正料，混合均匀制成复合粉料；

成型：将所述复合粉料干压成型，并自然干燥得到待烧坯体；

烧结：将所述待烧坯体高温烧结，而后冷却得陶质砖；

其中，所述稳定剂为焙烧水滑石。

具体来说，稳定化飞灰的制备过程中，按干重质量计，所述焙烧水滑石的添加比例为所述焚烧垃圾飞灰的3～11％，加水量为所述焚烧垃圾飞灰和焙烧水滑石总量的14％～26％。按照质量比，所述复合粉料中，CaO、Na₂O、K₂O、MgO的总量与Al₂O₃、SiO₂、SO₃的总量的质量比为0.5～1.2，CaO与SiO₂的质量比为0.5～1.1。按重量计，所述复合粉体的含水率为5.8～6.7％。所述脊料包括自燃煤矸石粉、三级粉煤灰、废砖渣粉、废弃瓷砖粉中的一种或多种。所述校正料包括未燃煤矸石粉、疏淤清淤干化淤泥粉、页岩粉、建筑渣土粉中的一种或多种。所述复合粉料的成型压强为8～15MPa；所述待烧坯体的烧结温度为1100～1400℃，升温速率2～8℃/h；并烧成温度下保温在6～20h后完成烧结。稳定化飞灰的陈化时间0.5～3天。

本实施例还提供了一种垃圾飞灰制备的陶质砖，采用所述的方法制备。

下面将通过具体的实施方案加以说明。

实例一

1.稳定化飞灰制备：飞灰84份，焙烧水滑石3份，自来水13份，三者混合陈化3天，得到稳定化飞灰；

2.复合粉料：按照稳定化飞灰42份、自燃煤矸石粉8份、三级粉煤灰12份，建筑废砖粉10粉，疏淤清淤干化淤泥粉14份，页岩粉14份配料，混合成复合粉料，其中CaO+Na₂O+K₂O+MgO)/(Al₂O₃+SiO₂+SO₃)为0.9；CaO/SiO₂为1.0；复合粉料含水率5.8％。

3.坯体制备：复合粉料加入模具中，采用万能试验机压制成型，成型压力8MPa；

4.坯体干燥：经自然干燥成待烧坯体；

5.烧成：待烧坯体经3℃/h升温速率，升温至1250℃，并在该温度下保温15h后，随炉冷却等到陶质砖。

结果表明垃圾飞灰制备的陶质砖尺寸偏差符合《烧结普通砖》(GB/T5101-2017)要求，外观质量达标，5h沸煮吸水率为8.5％、石灰爆裂实验合格，抗压强度31.5MPa。

将垃圾飞灰制备的陶质砖破碎、研磨并过100目筛，进行重金属浸出，并通过等离子体发射光谱(ICP-AES)进行检测，其含量远远低于《生活垃圾填埋场控制标准》(GB16889-2008)的限定值。

实例二

1.稳定化飞灰制备：飞灰77份，焙烧水滑石6份，自来水17份，三者混合陈化2.5天，得到稳定化飞灰；

2.复合粉料：按照稳定化飞灰35份、三级粉煤灰15份，建筑废砖粉8份，废瓷砖粉12份，未燃煤矸石粉13份，疏淤清淤干化淤泥粉10份，建筑渣土粉7份配料，混合成复合粉料，其中CaO+Na₂O+K₂O+MgO)/(Al₂O₃+SiO₂+SO₃)为1.2；CaO/SiO₂为0.7；复合粉料含水率6.0％。

3.坯体制备：复合粉料加入模具中，采用万能试验机压制成型，成型压力10MPa；

4.坯体干燥：经自然干燥成待烧坯体；

5.烧成：待烧坯体经2℃/h升温速率，升温至1150℃，并在该温度下保温20h后，随炉冷却等到陶质砖。

结果表明垃圾飞灰制备的陶质砖尺寸偏差符合《烧结普通砖》(GB/T5101-2017)要求，外观质量达标，5h沸煮吸水率为9.2％、石灰爆裂实验合格，抗压强度30.3MPa。

实例三

1.稳定化飞灰制备：飞灰76份，焙烧水滑石4份，自来水20份，三者混合陈化0.5天，得到稳定化飞灰；

2.复合粉料：按照稳定化飞灰30份、三级粉煤灰8份，建筑废砖粉13份，废弃瓷砖粉10份，未燃煤矸石粉16份、页岩粉7份、建筑渣土粉7份，混合成复合粉料，其中CaO+Na₂O+K₂O+MgO)/(Al₂O₃+SiO₂+SO₃)为0.6；CaO/SiO₂为0.8；复合粉料含水率6.7％。

3.坯体制备：复合粉料加入模具中，采用万能试验机压制成型，成型压力12MPa；

4.坯体干燥：经自然干燥成待烧坯体；

5.烧成：待烧坯体经6℃/h升温速率，升温至1300℃，并在该温度下保温10h后，随炉冷却等到陶质砖。

结果表明垃圾飞灰制备的陶质砖尺寸偏差符合《烧结普通砖》(GB/T5101-2017)要求，外观质量达标，5h沸煮吸水率为8.7％、石灰爆裂实验合格，抗压强度32.3MPa。

实例四

1.稳定化飞灰制备：飞灰74份，焙烧水滑石10份，自来水16份，三者混合陈化3天，得到稳定化飞灰；

2.复合粉料：按照稳定化飞灰25份、自燃煤矸石粉10份、三级粉煤灰10份、废砖渣粉13份、废弃瓷砖粉8份，未燃煤矸石粉9份、疏淤清淤干化淤泥粉9份、页岩粉6份、建筑渣土粉10份配料，混合成复合粉料，其中CaO+Na₂O+K₂O+MgO)/(Al₂O₃+SiO₂+SO₃)为0.5；CaO/SiO₂为1.1；复合粉料含水率6.0％。

3.坯体制备：复合粉料加入模具中，采用万能试验机压制成型，成型压力15MPa；

4.坯体干燥：经自然干燥成待烧坯体；

5.烧成：待烧坯体经8℃/h升温速率，升温至1400℃，并在该温度下保温6h后，随炉冷却等到陶质砖。

结果表明垃圾飞灰制备的陶质砖尺寸偏差符合《烧结普通砖》(GB/T5101-2017)要求，外观质量达标，5h沸煮吸水率为7.5％、石灰爆裂实验合格，抗压强度30.8MPa。

通过上述实施例说明：

利用飞灰、大宗固废等原料生产的陶质砖，在保证产品物理性能的基础上，原料中处飞灰稳定剂外，100％的原材料均为固废，陶质砖浸出液中重金属浓度远小于《生活垃圾填埋场控制标准》(GB 16889-2008)中浸出重金属浓度限值，且陶质砖外观质量达标，无石灰爆裂现象，5h沸煮吸水率小于10％，单块抗压强度大于30MPa。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种垃圾飞灰制备陶质砖方法，其特征在于，包括：

按照重量份数，将84份焚烧垃圾飞灰、3份焙烧水滑石以及13份自来水混合、陈化3天得到稳定化飞灰；

按照重量份数，将42份所述稳定化飞灰、8份自燃煤矸石粉、12份三级粉煤灰，10份建筑废砖粉，14份疏淤清淤干化淤泥粉以及14份页岩粉混合均匀制成复合粉料；

将所述复合粉料在8MPa压强下干压成型，并自然干燥得到待烧坯体；

将所述待烧坯体以3℃/h升温速率，升温至1250℃，并在该温度下保温15h，而后冷却得陶质砖；

其中，按照质量比，所述复合粉料中，CaO、Na₂O、K₂O、MgO的总量与Al₂O₃、SiO₂、SO₃的总量的质量比为0.9，CaO与SiO₂的质量比为1.0；

按重量计，所述复合粉体的含水率为5.8％；

所述陶质砖5h沸煮吸水率为8.5％、石灰爆裂实验合格，抗压强度31.5MPa。

2.一种垃圾飞灰制备陶质砖方法，其特征在于，包括：

按照重量份数，将77份焚烧垃圾飞灰、6份焙烧水滑石以及17份自来水混合、陈化2.5天得到稳定化飞灰；

按照重量份数，将35份所述稳定化飞灰、3份三级粉煤灰，8份建筑废砖粉，12份废瓷砖粉，13未燃煤矸石粉，10份疏淤清淤干化淤泥粉以及7份建筑渣土粉混合均匀制成复合粉料；

将所述复合粉料在10MPa压强下干压成型，并自然干燥得到待烧坯体；

将所述待烧坯体以2℃/h升温速率，升温至1150℃，并在该温度下保温20h，而后冷却得陶质砖；

其中，按照质量比，所述复合粉料中，CaO、Na₂O、K₂O、MgO的总量与Al₂O₃、SiO₂、SO₃的总量的质量比为1.2，CaO与SiO₂的质量比为0.7；

按重量计，所述复合粉体的含水率为6.0％；

所述陶质砖5h沸煮吸水率为9.2％、石灰爆裂实验合格，抗压强度30.3MPa。

3.一种垃圾飞灰制备陶质砖方法，其特征在于，包括：

按照重量份数，将76份焚烧垃圾飞灰、4份焙烧水滑石以及20份自来水混合、陈化0.5天得到稳定化飞灰；

按照重量份数，将30份所述稳定化飞灰、8份三级粉煤灰，13份建筑废砖粉，10份废瓷砖粉，16未燃煤矸石粉，7份页岩粉以及7份建筑渣土粉混合均匀制成复合粉料；

将所述复合粉料在12MPa压强下干压成型，并自然干燥得到待烧坯体；

将所述待烧坯体以6℃/h升温速率，升温至1300℃，并在该温度下保温10h，而后冷却得陶质砖；

其中，按照质量比，所述复合粉料中，CaO、Na₂O、K₂O、MgO的总量与Al₂O₃、SiO₂、SO₃的总量的质量比为0.6，CaO与SiO₂的质量比为0.8；

按重量计，所述复合粉体的含水率为6.7％；

所述陶质砖5h沸煮吸水率为8.7％、石灰爆裂实验合格，抗压强度32.3MPa。

4.一种垃圾飞灰制备陶质砖方法，其特征在于，包括：

按照重量份数，将74份焚烧垃圾飞灰、10份焙烧水滑石以及16份自来水混合、陈化3天得到稳定化飞灰；

按照重量份数，将25份所述稳定化飞灰、10份自燃煤矸石粉、10份三级粉煤灰，13份废砖渣粉，8份废瓷砖粉，9未燃煤矸石粉，9份疏淤清淤干化淤泥粉、7份页岩粉以及10份建筑渣土粉混合均匀制成复合粉料；

将所述复合粉料在15MPa压强下干压成型，并自然干燥得到待烧坯体；

将所述待烧坯体以8℃/h升温速率，升温至1400℃，并在该温度下保温6h，而后冷却得陶质砖；

其中，按照质量比，所述复合粉料中，CaO、Na₂O、K₂O、MgO的总量与Al₂O₃、SiO₂、SO₃的总量的质量比为0.5，CaO与SiO₂的质量比为1.1；

按重量计，所述复合粉体的含水率为6.0％；

所述陶质砖5h沸煮吸水率为7.5％、石灰爆裂实验合格，抗压强度30.8MPa。

5.一种垃圾飞灰制备的陶质砖，其特征在于：采用权利要求1～4任一项所述的方法制备。