CN110698157A - 利用全固废胶凝材料的飞灰制粒方法和充填集料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了利用全固废胶凝材料的飞灰制粒方法和充填集料。所述飞灰制粒方法包括以下步骤：由一定比例的固体废弃物制备胶凝材料；将飞灰和所述胶凝材料分别从制粒装置的第一侧和第二侧加入所述制粒装置，并混合均匀；从所述制粒装置的第三侧喷洒入水，直至形成重量浓度为70～85％的料浆；在所述第三侧添加减水剂重量浓度为0％‑1％的水雾至形成飞灰颗粒。本发明的飞灰制粒方法协同处理了工业固体废弃物和垃圾焚烧飞灰，实现了以废治废，方法步骤简单易操作，能耗低，所用的设备简单，成本低，环保无污染。

Description

利用全固废胶凝材料的飞灰制粒方法和充填集料
技术领域
本发明涉及固废利用和胶凝材料技术领域，特别是涉及一种利用全固废胶凝材料的飞灰制粒方法。
背景技术
随着我国经济高速发展、城市人口持续增多、居民消费结构逐渐多样化，城市生活垃圾的产生量和堆积量逐年增加。垃圾焚烧法具有减容、减量和能源回收等显著优点，成为我国生活垃圾无害化处理的主流方式之一。焚烧飞灰是采用焚烧法处理生活垃圾后产生的一种含有大量有害元素的危险固体废物，需要对其进行减量化和无害化处理。
国内外的科研机构在垃圾焚烧飞灰处置及资源化利用方面进行了深入的研究，并且部分技术已成功实现了商业应用。在加拿大，大多数情况下飞灰被运往危险废物处置场进行无害化处置；在丹麦，干法或半干法烟气净化系统飞灰属于危险废物，一般装在聚乙烯袋中再置于专用填埋场(含渗滤液收集系统和底衬，常有不可渗透的覆盖层)单独填埋；瑞典在2006年共产生垃圾焚烧飞灰18万吨，主要采用两种无害化处理方式：稳定化后填埋和出口到挪威，用于酸性废物的中和剂使用；在荷兰大部分烟道灰在非危险废弃物填埋场填埋，但有约40％的静电除尘器飞灰被用做沥青混凝土的填料(掺入比例很小)，但是从1998年之后，飞灰未经处理不得直接填埋；在德国，烟道灰和烟气净化系统飞灰属于危险废物，在指定的危险废物填埋场或地下处置场(如旧的盐矿或者用于处置垃圾的专用井)处置，为减少粉尘从存放物料表面释放出来，通常将飞灰打包或润湿。在日本，飞灰被归类为“需专门管理的生活垃圾”，不可直接填埋，只有经过由健康福利部制定的飞灰处理方法(水泥固化法、化学药剂稳定法、熔融法和酸或其它溶剂提取法4种)处理并通过浸出测试后，方可进入填埋场填埋处理。此外，欧美发达国家生活垃圾焚烧飞灰中碱金属氯化物含量较低，研究主要集中在利用水泥窑煅烧将飞灰固化作为建筑材料。而亚洲国家由于生活垃圾塑料类物质含量较高，焚烧飞灰中氯化物，尤其是碱金属氯化物含量高，水泥固化法得到的固化体强度与浸水持久性较差，重金属长期固定效果差。
我国目前对于垃圾焚烧飞灰主要采取水泥窑协同处置和固化安全填埋两种处置方式。水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰前处理需要脱氯处理，成本较高，处置量有限；在生活垃圾焚烧飞灰安全填埋之前，大多需要进行固化/稳定化处理。固化/稳定化技术是通过添加固化剂或稳定剂，减少危险废物的毒性和可迁移性，目前比较成熟的固化/稳定化技术有：水泥固化法、石灰固化法、塑性固化法、熔融固化法、自胶结固化法和药剂稳定化技术等。现有技术中固化/稳定化技术面临着成本高、增容比大、后续安全填埋占地面积大的问题。社会对于生活垃圾焚烧飞灰的安全处置问题迫切地需要解决方案。
胶结充填料一般采用以碎石、河砂或戈壁集料或尾砂为骨料并与水泥、胶固粉等胶结剂加水混合搅拌形成浆体或膏体，以管道泵送或重力自流方式输送到充填区。胶结充填料一般含有一定比例的骨料，这样充填体具有较高的强度和整体性，具有较高的作业安全性，在满足各种井下支撑需求的同时可以提高矿石的回采率和采场的作业效率。但大部分煤矿和部分金属矿山的采空区容量远远大于采出废石的体量，周边又没有合适的充填骨料，为达到充填指标要求，只能采购石子或河沙作为骨料充填，导致充填成本居高不下。而这种情况下采用飞灰制粒作为骨料，不仅大量处理飞灰还能降低充填骨料成本。飞灰制粒所用的胶结料一般是普通硅酸盐水泥，因其成本高而产生巨大经济压力的同时，对环境造成较大危害。因此，寻找低成本、高性能且环境友好型的胶凝材料替代水泥成为矿山充填亟待解决的问题。
中国专利CN107382239A提供一种用于稳定含二噁英焚烧飞灰的全固废充填料及制备方法，利用全固废体系制备矿山用胶结充填料，同时稳定含二噁英垃圾焚烧飞灰，解决垃圾焚烧飞灰二噁英和填埋其所需大量土地所造成的环境问题，其特点是用飞灰作为胶凝材料成分，对于充填骨料没有涉及。
中国专利CN109772848A提供一种城市垃圾焚烧灰渣及飞灰深埋充填封闭的处置方法，通过将垃圾焚烧灰渣及飞灰进行压缩、制粒、封粒、颗粒包装，然后再将其运送至矿山，将其作为矿山充填的主要骨料，将材料飞灰颗粒与灰渣颗粒通过速凝剂、水泥、水等其他充填材料按照充填体强度设置配比，进行搅拌后通过管道等充填成套设备等从地面运至采空区工作面进行充填，该方法特点是飞灰制作成骨料充填，但其缺点是使用的胶结料主要是水泥，成本高，对环境造成污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用全固废胶凝材料作为胶结剂与飞灰通过特殊配比工艺制备飞灰颗粒的方法，以及包括该飞灰颗粒的充填集料，该充填集料可以用作矿山采空区的充填骨料。该方法可以最大限度地处理飞灰，同时可以提高充填体强度、流动度等性能，采用根据本发明的充填集料，可以减少矿山充填胶凝材料的用量，从而降低矿山充填材料成本。
本发明提供一种利用全固废胶凝材料的飞灰制粒方法，包括以下步骤：
(2)将飞灰和所述胶凝材料分别从制粒装置的第一侧和第二侧加入所述制粒装置，并混合均匀；
(3)从所述制粒装置的第三侧喷洒入水，直至形成重量浓度为70～85％的料浆；
(4)在所述第三侧添加减水剂重量浓度为0％-1％的水雾至形成飞灰颗粒。
优选地，步骤(4)中所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂、聚羧酸盐系减水剂中的一种或多种。
基于所述固体废弃物的总重量，所述固体废弃物包括：矿渣20％～70％、钢渣0％～50％、工业副产石膏％～30％、尾矿5％～20％、赤泥5％～20％。
所述胶凝材料还包括熟料、粒化电炉磷渣、粒化铬铁渣、粉煤灰、电石渣、碱渣、煤矸石中的一种或多种。
基于所述矿渣的总重量，所述矿渣包括以下化学成分：CaO 38％～49％，SiO226％～42％，Al2O3 6％～17％，MgO 1％～13％，MnO 0.1％～2％，FeO 0.07％～2.5％，S 0.2％～1.5％。
基于所述钢渣的总重量，所述钢渣包括以下化学成分：硅酸三钙5％～30％，硅酸二钙5％～30％，RO相10％～38％，三氧化二铁2％～8％，氢氧化钙0.5％～5％，氢氧化铁0.5％～5％，游离氧化钙0.01％～3％，碳酸钙0.01％～10％，碳酸镁0.01％～8％，碳酸铁0.01％～3％，其它0.01％～3％。
步骤(2)中，所述飞灰和胶凝材料的重量比为1:1～3:1。
优选地，飞灰和固体废弃物原材料均经过预先烘干至含水率为0.01％～0.1％。
所述制粒装置为圆盘制粒机。所述圆盘制粒机的圆盘角度为60°～70°。
本发明还提供一种充填集料，包括由上述制粒方法制得的飞灰颗粒。
上述技术方案的有益效果如下：
本发明实现了用固体工业废弃物制成的胶凝材料替代水泥来固化飞灰，进一步用于制备矿山用胶结充填集料；实现了协同固化处置垃圾焚烧产生的飞灰和固体工业废弃物。其中，根据本发明制得的飞灰颗粒浸出液二噁英浓度远低于美国饮用水标准所规定的30pg/L，重金属离子浓度及浸出液腐蚀性远低于《危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别GB5085.1-2007》、《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别GB5085.3-2007》的相关要求；实现将“无害化”固化处理后的充填集料通过固废胶凝材料协同充入地下采矿空区，节约安全填埋场所需的大面积土地；解决了部分矿山周边充填集料来源少，成本高的问题，同时较大程度处置固化垃圾焚烧产生的飞灰。
下面结合附图对本发明的利用全固废胶凝材料的飞灰制粒方法做进一步说明。
附图说明
图1为根据本发明的利用全固废胶凝材料的飞灰制粒方法的工艺流程图；
图2为根据本发明的利用全固废胶凝材料的飞灰制粒方法中圆盘制粒机的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明提供一种利用全固废胶凝材料的飞灰制粒方法，包括以下步骤：
(1)由一定比例的固体废弃物制备胶凝材料；
(2)将飞灰和所述胶凝材料分别从制粒装置的第一侧和第二侧加入所述制粒装置，并混合均匀；
(3)从所述制粒装置的第三侧喷洒入水，直至形成重量浓度为70～85％的料浆；
(4)在所述第三侧添加减水剂重量浓度为0％-1％的水雾至形成飞灰颗粒。
基于上述固体废弃物的总重量，所述固体废弃物包括：矿渣20％～70％、钢渣0％～50％、工业副产石膏％～30％、尾矿5％～20％、赤泥5％～20％。
具体地，上述矿渣为冶金高炉炼铁过程产生的炉渣用水急速冷却后形成的粒状高炉渣，也称为水渣或水淬渣，主要化学成分范围为：CaO 38％～49％，SiO2 26％～42％，Al2O3 6％～17％，MgO 1％～13％，MnO 0.1％～2％，FeO 0.07％～2.5％，S 0.2％～1.5％。其他指标满足GB/T18046-2008的要求。
钢渣为炼钢过程中产生的炉渣，其中硅酸三钙含量C3S 5％～30％，硅酸二钙含量C2S 5％～30％，RO相含量10％～38％，三氧化二铁含量2％～8％，氢氧化钙含量0.5％～5％，氢氧化铁含量0.5％～5％，游离氧化钙含量0.01％～3％，碳酸钙含量0.01％～10％，碳酸镁含量为0.01％～8％，碳酸铁含量为0.01％～3％，其它0.01％～3％。其他指标满足GB/T 20491-2006的要求。
工业副产石膏是指工业生产中由化学反应生成的以硫酸钙(主要为无水和二水硫酸钙)为主要成分的工业副产品，包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏、废陶模石膏中的一种或多种。
尾矿指金属矿山选矿工艺中对破碎后的矿石进行有价金属的浮选提取后剩下的无机非金属材质的物料，这里包括但不限于铁尾矿、钨尾矿、铜尾矿、铅锌尾矿等。
赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，包括铝土矿中铝含量高的，采用拜尔法炼铝，所产生的拜尔法赤泥，铝土矿中铝含量低的，用烧结法或用烧结法和拜尔法联合炼铝，所产生的烧结法赤泥或联合法赤泥。主要矿物为文石和方解石，含量为60％～65％。
优选地，上述胶凝材料还可包括熟料0-30％、粒化电炉磷渣0-60％、粒化铬铁渣0-30％、粉煤灰0-30％、电石渣0-30％、碱渣0-20％、煤矸石0-50％中的一种或多种。
根据一个具体实施方式，步骤(2)中，飞灰和胶凝材料的重量比为1:1～3:1，优选为2:1。
具体地，在步骤(2)中：飞灰从制粒装置，例如圆盘制粒机的圆盘的第一侧(例如左边边缘处)加入，胶凝材料从第二侧(例如上侧)加入，开启制粒机将飞灰与胶凝材料混合均匀，例如约60s。
在步骤(3)中，针对混合均匀的物料，在制粒装置，例如圆盘制粒机的圆盘的第三侧(例如右侧)喷洒适量的水，例如喷洒直线水，直至物料的料浆浓度为70％-85％。
在步骤(4)中，在制粒装置，例如圆盘制粒机的圆盘的第三侧(例如右侧)添加，例如喷洒减水剂重量浓度为0％-1％的水雾至形成飞灰颗粒。
具体地，参见图2，可用于本发明的飞灰制粒方法中的制粒装置可为圆盘制粒机，其主要包括圆盘1、喷雾口2和计量阀3。
在本发明的上述飞灰制粒方法中，可通过调整圆盘制粒机的圆盘角度来调整颗粒粒径。圆盘的角度越小，制得的飞灰颗粒的粒度就越大，反之，圆盘的角度越大，制得的飞灰颗粒的粒度就越小。优选地，在本发明中，圆盘角度控制在60°～70°，优选65°。相应地，制得的飞灰颗粒的粒径范围为3mm-100mm。
优选地，上述制备方法还可包括养护步骤，即将制成的颗粒放置水养护箱进行养护，温度20℃，湿度96％，养护到相应龄期即得到成品飞灰颗粒。
在根据本发明的飞灰颗粒制备过程中，上述胶凝材料的作用机理如下：
胶凝材料原材料有两相的微观分相结构，其中玻璃体中Al-O键比Si-O键的键强小，容易被激发剂溶解分散，当Al的配位数为6时，铝氧八面体的键强更小，约为Si-O键的50％左右，活性更高，当磨细的原材料与一定浓度的OH-接触时，铝氧四面体和铝氧八面体先于硅氧四面体被溶解分散，此外，Mg2+分布于玻璃体网状结构的空穴中，形成不均匀物相，加剧了玻璃体中微晶相的无序化排列，有利于材料的水化。该原材料中富钙相占多数，为连续相，它将非连续的富硅相包裹于其中构成了其玻璃体的结构。富钙相比富硅相具有更高的热力学不稳定性，同时富钙相又具有一定的动力学稳定性，使之破坏必须克服一定的活化能。在碱性环境中，OH-的作用能够克服富钙相的分解活化能，使富钙相迅速水化和解体，导致废渣玻璃体结构破坏；富硅相随后逐步暴露于碱性介质中，并发生较为缓慢的水化和分解。富钙相和富硅相的水化产物水化硅酸钙(C-S-H)不断形成和长大，使水化产物的结构不断增强，表现为胶凝材料的强度不断增长。而对充填料强度贡献最大的C-S-H凝胶中(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)的摩尔比在0.6～0.8的范围以内。已有足够的研究结果表明在这个范围内C-S-H凝胶中的该比值越高，其对充填料的强度贡献越大。C-S-H凝胶是由硅氧四面体连接而成的链状构造硅酸盐，而水淬粒化高炉矿渣中(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)的摩尔比在0.9以上。
钢渣中(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO+FeO)比值很低，一般低于0.15。因此若把钢渣磨成微粉，钢渣微粉为充填料的胶凝硬化和强度增长提供硅(铝)氧四面体的能力极弱。在C-S-H凝胶中，不仅大量硅氧四面体能够被铝氧四面体和一定量的铁氧四面体取代，并且其中的钙离子可被大量的镁离子、亚铁离子等二价离子取代。因此，如果能将钢渣粉磨成微米级细粉，使其能够较快发生水化反应，就能为胶凝体系提供大量的二价金属阳离子。
粒化高炉矿渣中氧化铝的含量一般较高，并且在高炉矿渣的玻璃体中以铝氧四面体形式与硅氧四面体链接。当高炉矿渣与钢渣和赤泥所形成的较高pH值溶液接触时，铝氧四面体倾向于从硅氧四面体的链接中解聚进入溶液。当体系中有较多石膏存在时，可快速发生钙矾石的结晶反应。赤泥主要物相为NaOH、NaCl、CaSO4等，对矿渣水化起到碱激发、无机盐激发和硫酸盐激发的正效应。
该胶凝材料的制备方法例如包括：将矿渣、钢渣、工业副产石膏、尾矿、赤泥、粉体粘合剂烘干至含水率0.01％～0.1％，然后将其分别单独粉磨至比表面积100～600m2/Kg，再可选地与熟料、粒化电炉磷渣、粒化铬铁渣、粉煤灰、电石渣、赤泥、碱渣、煤矸石中的一种或多种经活化处理后在混料机中混匀。其中，活化处理包括粉磨、煅烧、碱激发中的一种或多种处理方式。
如图1、图2所示，本发明提供一种利用全固废胶凝材料的飞灰制粒方法，可以增加一种飞灰大量处理利用的可行性方案，同时以全固废胶凝材料替代水泥作为飞灰制粒的胶结料解决现有胶结料水泥成本高、用量大、早期强度低；大宗工业固体废弃物，如尾砂、矿渣、钢渣、工业副产石膏的大量堆存造成资源浪费和环境污染，以及垃圾焚烧飞灰安全处置过程中成本高、增容比大、安全填埋场占地面积大等问题。
具体地，根据本发明的飞灰制粒方法的技术效果表现在以下方面：
1.根据本发明的飞灰制粒方法，用于制备飞灰颗粒的胶凝材料的原料90％以上来源于工业固体废弃物。
2.采用全固废胶凝材料制备飞灰颗粒，在处理工业固体废弃物的同时，协同利用了含二噁英重金属等的生活垃圾焚烧飞灰，实现了以废治废。
3.固化垃圾焚烧产生的飞灰通过制粒得到的飞灰颗粒作为充填集料的强度符合充填采矿法的要求，同时浸出液的有害成分浓度完全符合环保标准，完全实现“无害化”，并节约安全填埋所需的土地面积。
4.根据本发明的飞灰制粒方法非常简单易操作，能耗低，所用的设备简单，成本低，环保无污染。
5.根据本发明的飞灰制粒方法，利用固化垃圾焚烧的飞灰制粒解决了部分矿山充填集料来源不足，成本高的难题，提高充填体性能，降低充填成本，同时最大限度利用采空区的固化飞灰。
以下将列举具体实施例以代表性说明本发明的实施方案。
实施例1
一种全固废充填料，由以下重量百分比的原料制备而成：
矿渣 65％
脱硫石膏 15％
赤泥 15％
钨尾矿 5％
具体步骤如下：
1.分别将所需原料矿渣、脱硫石膏、赤泥、钨尾矿、垃圾焚烧飞灰烘干至含水率0.01％～0.1％，然后将矿渣、脱硫石膏、赤泥、钨尾矿按干基重量百分比分别以65％、15％、15％、5％单独粉磨至比表面积420m2/Kg、315m2/Kg、300m2/Kg、380m2/Kg，在混料机中混匀制得全固废胶凝材料；
2.按胶凝材料/飞灰重量比为1/2.5，料浆浓度为75％，聚羧酸减水剂0.5％，通过制粒圆盘，圆盘制粒角度为65°，制得飞灰颗粒；
3.将飞灰颗粒在养护箱养护至相应龄期，养护温度20℃，湿度96％。
实施例2
一种全固废充填料，由以下重量百分比的原料制备而成：
矿渣 40％
钢渣 25％
脱硫石膏 15％
赤泥 10％
钨尾矿 10％
具体步骤如下：
1.分别将所需原料矿渣、钢渣、脱硫石膏、赤泥、钨尾矿、垃圾焚烧飞灰烘干至含水率0.01％～0.1％，然后将矿渣、钢渣、脱硫石膏、赤泥、钨尾矿按干基重量百分比分别以40％、25％、15％、10％、10％单独粉磨至比表面积420m2/Kg、515m2/Kg、315m2/Kg、300m2/Kg、380m2/Kg，在混料机中混匀制得全固废胶凝材料；
2.按胶凝材料/飞灰重量比为1/2.5，料浆浓度为75％，聚羧酸减水剂0.5％，通过制粒圆盘，圆盘制粒角度为65°，制得飞灰颗粒；
3.将飞灰颗粒在养护箱养护至相应龄期，养护温度20℃，湿度96％。
实施例3
一种全固废充填料，由以下重量百分比的原料制备而成：
矿渣 30％
钢渣 35％
氟石膏 15％
赤泥 13％
铜尾矿 7％
具体步骤如下：
1.分别将所需原料矿渣、钢渣、氟石膏、赤泥、铜尾矿、垃圾焚烧飞灰烘干至含水率0.01％～0.1％，然后将矿渣、钢渣、氟石膏、赤泥、铜尾矿按干基重量百分比分别以30％、35％、15％、13％、7％单独粉磨至比表面积420m2/Kg、515m2/Kg、315m2/Kg、300m2/Kg、380m2/Kg在混料机中混匀制得全固废胶凝材料；
2.按胶凝材料/飞灰重量比为1/2.5，料浆浓度为75％，聚羧酸减水剂0.5％，通过制粒圆盘，圆盘制粒角度为65°，制得飞灰颗粒；
3.将飞灰颗粒在养护箱养护至相应龄期，养护温度20℃，湿度96％。
实施例4
一种全固废充填料，由以下重量百分比的原料制备而成：
矿渣 25％；
钢渣 25％；
氟石膏 15％；
赤泥 15％
铜尾矿 20％。
具体制备步骤如下：
1.分别将所需原料矿渣、钢渣、氟石膏、赤泥、铜尾矿、垃圾焚烧飞灰烘干至含水率0.01％～0.1％，然后将矿渣、钢渣、氟石膏、赤泥、铜尾矿按干基重量百分比分别以30％、35％、15％、13％、7％单独粉磨至比表面积420m2/Kg、515m2/Kg、315m2/Kg、300m2/Kg、380m2/Kg在混料机中混匀制得全固废胶凝材料；
2.按胶凝材料/飞灰重量比为1/2.5，料浆浓度为75％，聚羧酸减水剂0.5％，通过制粒圆盘，圆盘制粒角度为63°，制得飞灰颗粒；
3.将飞灰颗粒在养护箱养护至相应龄期，养护温度20℃，湿度96％。
实施例5
一种全固废充填料，由以下重量百分比的原料制备而成：
矿渣 35％；
钢渣 30％；
氟石膏 15％；
熟料 10％；
铜尾矿 10％。
具体制备步骤如下：
1.分别将所需原料矿渣、钢渣、氟石膏、熟料、铜尾矿、垃圾焚烧飞灰烘干至含水率0.01％～0.1％，然后将矿渣、钢渣、氟石膏、熟料、铜尾矿按干基重量百分比分别以35％、30％、15％、10％、10％单独粉磨至比表面积420m2/Kg、515m2/Kg、315m2/Kg、300m2/Kg、380m2/Kg在混料机中混匀制得全固废胶凝材料；
2.按胶凝材料/飞灰重量比为1/2.5，料浆浓度为75％，聚羧酸减水剂0.5％，通过制粒圆盘，圆盘制粒角度为65°，制得飞灰颗粒；
3.将飞灰颗粒在养护箱养护至相应龄期，养护温度20℃，湿度96％。
实施例6
用于制备凝胶材料的固体废弃物由以下重量百分比的原料组成：
矿渣70％；脱硫石膏10％；钨尾矿5％；赤泥15％。
具体制备步骤如下：
1.分别将制备胶凝材料所需的原料矿渣、脱硫石膏、钨尾矿和赤泥，以及垃圾焚烧的飞灰烘干至含水率为0.01％～0.1％。然后，将矿渣、脱硫石膏、钨尾矿、赤泥按干基重量百分比分别以70％、15％、5％、15％单独粉磨至比表面积分别为410m2/Kg、320m2/Kg、310m2/Kg、370m2/Kg在混料机中混匀制得全固废胶凝材料，
其中，上述矿渣的化学成分为：CaO 38％％，SiO2 42％，Al2O3 6％，MgO 8％，MnO2％，FeO 2.5％，S 1.5％；
2.按烘干后的飞灰与上述全固废胶凝材料以3:1的重量比分别从圆盘制粒机的圆盘的左边边缘处加入，胶凝材料从圆盘的上侧加入，开启制粒机将飞灰与胶凝材料混合均匀；
3.从圆盘制粒机的圆盘右侧喷洒直线水，直至料浆浓度为85％；
4.将重量浓度为0.5％的三聚氰胺减水剂水溶液，通过制粒机圆盘的右侧以水雾形式添加，制得飞灰颗粒；
以上步骤中，制粒机圆盘角度为70°；
5.将上述飞灰颗粒在养护箱养护至相应龄期，养护温度20℃，湿度96％。
实施例7
用于制备凝胶材料的固体废弃物由以下重量百分比的原料组成：
矿渣20％；钢渣50％；脱硫石膏15％；钨尾矿10％；赤泥5％。
具体制备步骤如下：
1.分别将制备胶凝材料所需的原料矿渣、钢渣、脱硫石膏、钨尾矿和赤泥，以及垃圾焚烧的飞灰烘干至含水率为0.01％～0.1％。然后，将矿渣、钢渣、脱硫石膏、钨尾矿、赤泥按干基重量百分比分别以20％、50％、15％、10％、5％单独粉磨至比表面积分别为400m2/Kg、520m2/Kg、310m2/Kg、320m2/Kg、390m2/Kg在混料机中混匀制得全固废胶凝材料，
其中，上述矿渣的化学成分为：CaO 42％，SiO2 34，Al2O3 11％，MgO 10.9％，MnO1％，FeO 0.1％，S 1％；
上述钢渣的化学成分为：硅酸三钙5％，硅酸二钙30％，RO相38％，三氧化二铁2％，氢氧化钙5％，氢氧化铁0.5％，游离氧化钙3％，碳酸钙10％，碳酸镁4％，碳酸铁2％，其它0.5％；
2.按烘干后的飞灰与上述全固废胶凝材料以1:1的重量比分别从圆盘制粒机的圆盘的左边边缘处加入，胶凝材料从圆盘的上侧加入，开启制粒机将飞灰与胶凝材料混合均匀；
3.从圆盘制粒机的圆盘右侧喷洒直线水，直至料浆浓度为70％；
4.将重量浓度为1％的木质素磺酸钠减水剂水溶液，通过制粒机圆盘的右侧以水雾形式添加，制得飞灰颗粒；
以上步骤中，制粒机圆盘角度为60°；
5.将上述飞灰颗粒在养护箱养护至相应龄期，养护温度20℃，湿度96％。
实施例8
用于制备凝胶材料的固体废弃物由以下重量百分比的原料组成：
矿渣30％；钢渣35％；磷石膏5％；铁尾矿10％；赤泥20％。
具体制备步骤如下：
1.分别将制备胶凝材料所需的原料矿渣、钢渣、氟石膏、铜尾矿和赤泥，以及垃圾焚烧的飞灰烘干至含水率为0.01％～0.1％。然后，将矿渣、钢渣、磷石膏、铁尾矿、赤泥按干基重量百分比分别以30％、35％、5％、10％、20％单独粉磨至比表面积分别为435m2/Kg、500m2/Kg、315m2/Kg、310m2/Kg、370m2/Kg在混料机中混匀制得全固废胶凝材料，
其中，上述矿渣的化学成分为：CaO 49％，SiO2 26％，Al2O3 17％，MgO 5％，MnO0.5％，FeO 1.5％，S 1％；
上述钢渣的化学成分为：硅酸三钙30％，硅酸二钙15％，RO相18％，三氧化二铁8％，氢氧化钙2.9％，氢氧化铁5％，游离氧化钙2％，碳酸钙10％，碳酸镁8％，碳酸铁1％，其它0.1％；
2.按烘干后的飞灰与上述全固废胶凝材料以2:1的重量比分别从圆盘制粒机的圆盘的左边边缘处加入，胶凝材料从圆盘的上侧加入，开启制粒机将飞灰与胶凝材料混合均匀；
3.从圆盘制粒机的圆盘右侧喷洒直线水，直至料浆浓度为75％；
4.将重量浓度为0.5％的氨基磺酸钠减水剂水溶液，通过制粒机圆盘的右侧以水雾形式添加，制得飞灰颗粒；
以上步骤中，制粒机圆盘角度为65°；
5.将上述飞灰颗粒在养护箱养护至相应龄期，养护温度20℃，湿度96％。
空白组1
1.市售32.5R水泥作为胶凝材料，按胶凝材料/飞灰重量比为1/2.5，料浆浓度为75％，聚羧酸减水剂0.5％，通过制粒圆盘，圆盘制粒角度为65°，制得飞灰颗粒；
2.将飞灰颗粒在养护箱养护至相应龄期，养护温度20℃，湿度96％。
空白组2
1.市售42.5水泥作为胶凝材料，按胶凝材料/飞灰重量比为1/2.5，料浆浓度为75％，聚羧酸减水剂0.5％，通过制粒圆盘，圆盘制粒角度为65°，制得飞灰颗粒；
2.将飞灰颗粒在养护箱养护至相应龄期，养护温度20℃，湿度96％。
分别对实施例1至8以及空白组1、2制备的飞灰颗粒进行筒压实验和浸出实验。
筒压实验步骤如下：
1.筛取10-20mm粒级的试样，其中10-15mm粒径的体积含量应占50％-70％。
2.用承压筒(带筒底)装试样，分别测定3次松散料重，取其算术平均值，乘以1.10的填充系数作为试样量。
3.按上述试样量称取试样，装入承压筒，先用木锤沿筒壁四周轻敲数次，然后装上导向筒和冲压模，检查冲压模的下刻度线是否与导向筒的上缘重合，如不重合，再轻敲筒壁四周直至完全重合为止。把承压筒放在压力机的下压板上，以每秒约30～50kg的速度匀速加荷。当冲压模压入深度为20mm时，记下压力值。
浸出试验步骤如下：
浸出试验方法参照EA NEN 7375:2004，又称水槽浸出测试，用于评价材料在一般应用场景下无机组分的浸出特性，通过该方法可以了解块状材料中无机组分的释放机制及释放量。
对比实验结果如下：
表1-飞灰固化处理前二噁英和重金属含量
Figure BDA0002244311500000141
表2-飞灰制粒二噁英和重金属含量
Figure BDA0002244311500000151
结论：全固废胶凝材料用于飞灰制粒，强度性能和二噁英、重金属固化性能均优于传统水泥，且达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中饮用水标准要求。
综上所述，根据本发明的使用全固废胶凝材料替代水泥的飞灰制粒方法，制得的飞灰颗粒用作全固废飞灰充填集料，既能实现飞灰的资源化利用，避免飞灰中重金属对环境、人类健康造成危害，又减少了硅酸盐水泥对环境的不利影响。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用全固废胶凝材料的飞灰制粒方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)由一定比例的固体废弃物制备胶凝材料；
(2)将飞灰和所述胶凝材料分别从制粒装置的第一侧和第二侧加入所述制粒装置，并混合均匀；
(3)从所述制粒装置的第三侧喷洒入水，直至形成重量浓度为70～85％的料浆；
(4)在所述第三侧添加减水剂重量浓度为0％-1％的水雾至形成飞灰颗粒。
2.根据权利要求1所述的飞灰制粒方法，其特征在于，步骤(4)中所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂、聚羧酸盐系减水剂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的飞灰制粒方法，其特征在于，基于所述固体废弃物的总重量，所述固体废弃物包括：矿渣20％～70％、钢渣0％～50％、工业副产石膏5％～30％、尾矿5％～20％、赤泥5％～20％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的飞灰制粒方法，其特征在于，所述胶凝材料还包括熟料、粒化电炉磷渣、粒化铬铁渣、粉煤灰、电石渣、碱渣、煤矸石中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的飞灰制粒方法，其特征在于，基于所述矿渣的总重量，所述矿渣包括以下化学成分：CaO 38％～49％，SiO2 26％～42％，Al2O36％～17％，MgO 1％～13％，MnO 0.1％～2％，FeO 0.07％～2.5％，S 0.2％～1.5％。
6.根据权利要求3所述的飞灰制粒方法，其特征在于，基于所述钢渣的总重量，所述钢渣包括以下化学成分：硅酸三钙5％～30％，硅酸二钙5％～30％，RO相10％～38％，三氧化二铁2％～8％，氢氧化钙0.5％～5％，氢氧化铁0.5％～5％，游离氧化钙0.01％～3％，碳酸钙0.01％～10％，碳酸镁0.01％～8％，碳酸铁0.01％～3％，其它0.01％～3％。
7.根据权利要求1所述的飞灰制粒方法，步骤(2)中，所述飞灰和胶凝材料的重量比为1:1～3:1。
8.根据权利要求1所述的飞灰制粒方法，所述制粒装置为圆盘制粒机。
9.根据权利要求8所述的飞灰制粒方法，所述圆盘制粒机的圆盘角度为60°～70°。
10.一种充填集料，包括由权利要求1至9中任一项所述的飞灰制粒方法制得的飞灰颗粒。
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