CN111004051A - 一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固体废弃物和垃圾焚烧飞灰无害化处理技术领域，具体公开了一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，以废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰为原料，加入发泡浆液搅拌固化，通过烧结制得多孔陶瓷材料。所烧结制得的多孔陶瓷产品浸出毒性低，实现了重金属的固化，同时常温导热系数低、体积密度低、气孔率高、烧后体积变化小、耐压强度高，同时本发明具有成本低、工艺简单、能实现资源综合利用的特点，不仅解决了废弃陶瓷和垃圾焚烧飞灰的环境污染问题，还实现了废弃物的二次利用，创造了经济价值。

Description

一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物和垃圾焚烧飞灰无害化处理技术领域，具体涉及一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法。
背景技术
由于陶瓷产业的快速发展，废弃陶瓷（即陶瓷工业的废弃品）也日渐增多。目前，对废弃陶瓷的处理方式仍然主要采取填埋的方式，这样不仅对土地、矿产资源造成浪费，还破坏环境，影响了我国陶瓷工业的可持续发展。垃圾焚烧飞灰并不是化学惰性物质，其中含有能被水浸出的Cd、Pb、Zn、Cr等多种有害重金属物质和盐类。若将焚烧飞灰直接进行填埋或处理不当，在自然环境下由于酸雨等因素的作用，酸性环境下重金属将逐渐渗滤出来，重新进入环境，污染地下水源而危害人类。同时，飞灰中的二噁英也是潜在的重要环境污染物。由于垃圾焚烧飞灰中的重金属和二噁英等难以自然降解，因此其对环境的影响十分严重。目前，飞灰处置的常用方法有：（1）水泥固化法；（2）化学剂稳定法；（3）沥青固化法；（4）熔融固化法等。对于水泥固化法：大量水泥的使用会导致固化体体积增加，飞灰中特殊的盐类会造成固化体破裂。对于化学剂稳定法：络合态的重金属稳定化效果欠佳，化学药剂成本高。对于沥青固化法：物料需要在高温下操作，安全性较差，设备投资费用与运行费用较水泥固化高。对于熔融固化法：高温热熔需要消耗大量能源，装置复杂，操作要求高。所以目前应该探索一个既能解决废弃陶瓷和垃圾焚烧飞灰的环境污染问题，还能实现废弃物资源化的新方法。
泡沫陶瓷是普通多孔陶瓷和蜂窝多孔陶瓷之后开发的第三代多孔陶瓷。除了耐高温，耐腐蚀和其他传统陶瓷的优异性能外，泡沫陶瓷还具有其独特的性能，如低体积密度，高孔隙率，大比表面积，高热稳定性和化学惰性等。利用固体废弃物制备性能优异的泡沫陶瓷既能解决废弃陶瓷和垃圾焚烧飞灰的环境污染问题，还能实现废弃物资源化。
基于上述问题，本发明提供一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其所制备的废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷产品重金属浸出毒性低、常温导热系数低、体积密度低、气孔率高、烧后体积变化小、耐压强度高。
技术方案：本发明提供的一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，以废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰为原料，加入发泡浆液搅拌固化，通过烧结制得多孔陶瓷材料。
本技术方案的烧结制备的方法，包括以下步骤：步骤（1）原料称取及预处理：称取废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰，上述原料皆为烘干后的细粉。步骤（2）发泡：将发泡剂与水及稳泡剂搅拌均匀后，使用机械高速搅拌法制成泡沫。步骤（3）制浆固化烧结：将步骤（1）称取的废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰按质量份为30～50：10～15：5～15：5～15：25～40的比例进行混合，加入所述原料0.1～0.3wt%的减水剂和30～40wt%的水，然后将混合体系均匀搅拌成糊状，再加入步骤（2）制得的泡沫并用搅拌机进行搅拌1～3min，浇注成型，自然干燥12h，再于60~90°C条件下干燥6~10h；最后在950~1100°C的条件下保温1~3h，将烧结后的固化体随炉降温至室温后，即可制得多孔陶瓷。
本技术方案的，所述步骤（1）中的废弃陶瓷粉的主要化学成分是：SiO2为65~75wt%，Al2O3为10~16wt%，Fe2O3为1~4wt%，碱金属和碱土金属氧化物为10~20wt%，烧失为1~5wt%。
本技术方案的，所述步骤（1）的水泥为硅酸盐水泥。
本技术方案的，所述步骤（1）中的垃圾焚烧飞灰的成分中至少含有SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3。
本技术方案的，所述步骤（2）中的发泡剂为普通液体泡沫剂，稳泡剂为5%浓度的聚乙烯醇溶液，所述泡沫添加量为固含量的10 wt%～30 wt%。
本技术方案的，所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种或两种。
与现有技术相比，本发明的一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法的有益效果在于：1、采用常温发泡和高温烧结技术，将陶瓷废料与垃圾焚烧飞灰有效利用制成多孔陶瓷，对解决陶瓷废料和垃圾焚烧飞灰环境污染、实现资源综合利用具有十分重要的意义；2、使垃圾焚烧飞灰中重金属的浸出毒性大大降低，同时，高温烧结技术有效分解了二噁英，制得的产品可用于建筑行业，创造了经济价值；3、所制备的废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷经检测，常温导热系数为0.06~0.16W/(m·K)，体积密度为0.52~1.2g/cm3，烧后线收缩率为5~15%，耐压强度为2~25MPa。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例
本具体实施方式中：
所述废弃陶瓷粉的主要化学成分是：SiO2为65~75wt%，Al2O3为10~16wt%，Fe2O3为1~4wt%，碱金属和碱土金属氧化物为10~20wt%，烧失为1~5wt%；水泥为硅酸盐水泥；垃圾焚烧飞灰的成分中至少含有SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3。实施例中不再赘述。
实施例1
一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其包括如下具体步骤：
（1）原料称取及预处理：称取废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰，上述原料皆为烘干后的细粉；
（2）发泡：将发泡剂与水及稳泡剂搅拌均匀后，使用机械高速搅拌法制成泡沫，所述泡沫添加量为固含量的10 wt%～30 wt%；
（3）制浆固化烧结：将步骤（1）称取的废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰按质量份为45：10：10：10：25的比例进行混合，加入所述原料0.1～0.3wt%的减水剂和30～40wt%的水，然后将混合体系均匀搅拌成糊状，再加入步骤（2）制得的泡沫并用搅拌机进行搅拌2min，浇注成型，自然干燥12h，再于60°C条件下干燥8h；最后在950°C的条件下保温2h，将烧结后的固化体随炉降温至室温后，即可制得多孔陶瓷；
所述减水剂为三聚磷酸钠。
本实施例1所制备的废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷经检测：常温导热系数为0.06~0.10W/(m·K)；烧后线收缩率5~8%；体积密度0.54~0.68g/cm3；耐压强度3~10MPa。按TCLP法测试得到其重金属Zn、Cu和Cr的浸出浓度 (Pb未在浸出液中检出)均低于我国《危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别》中所规定标准限值。
实施例2
一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其包括如下具体步骤：
（1）原料称取及预处理：称取废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰，上述原料皆为烘干后的细粉；
（2）发泡：将发泡剂与水及稳泡剂搅拌均匀后，使用机械高速搅拌法制成泡沫，所述泡沫添加量为固含量的10 wt%～30 wt%；
（3）制浆固化烧结：将步骤（1）称取的废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰按质量份为35：10：5：15：35的比例进行混合，加入所述原料0.1～0.3wt%的减水剂和30～40wt%的水，然后将混合体系均匀搅拌成糊状，再加入步骤（2）制得的泡沫并用搅拌机进行搅拌2min，浇注成型，自然干燥12h，再于60°C条件下干燥8h；最后在1000°C的条件下保温2h，将烧结后的固化体随炉降温至室温后，即可制得多孔陶瓷。
所述减水剂为六偏磷酸钠。
本实施例2所制备的废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷经检测：常温导热系数为0.06~0.12W/(m·K)；烧后线收缩率5~9%；体积密度0.54~0.76g/cm3；耐压强度4~12MPa。按TCLP法测试得到其重金属Zn、Cu和Cr的浸出浓度 (Pb未在浸出液中检出)均低于我国《危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别》中所规定标准限值。
实施例3
一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法。其包括如下具体步骤：
（1）原料称取及预处理：称取废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰，上述原料皆为烘干后的细粉；
（2）发泡：将发泡剂与水及稳泡剂搅拌均匀后，使用机械高速搅拌法制成泡沫，所述泡沫添加量为固含量的10 wt%～30 wt%；
（3）制浆固化烧结：将步骤（1）称取的废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰按质量份为50：5：5：10：30的比例进行混合，加入所述原料0.1～0.3wt%的减水剂和30～40wt%的水，然后将混合体系均匀搅拌成糊状，再加入步骤（2）制得的泡沫并用搅拌机进行搅拌2min，浇注成型，自然干燥12h，再于60°C条件下干燥8h；最后在1050°C的条件下保温2h，将烧结后的固化体随炉降温至室温后，即可制得多孔陶瓷。
所述减水剂为三聚磷酸钠与六偏磷酸钠混合物。
本实施例3所制备的废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷经检测：常温导热系数为0.08~0.14W/(m·K)；烧后线收缩率6~12%；体积密度0.62~0.94g/cm3；耐压强度6~15MPa。按TCLP法测试得到其重金属Zn、Cu和Cr的浸出浓度 (Pb未在浸出液中检出)均低于我国《危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别》中所规定标准限值。
实施例4
一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其包括如下具体步骤：
（1）原料称取及预处理：称取废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰，上述原料皆为烘干后的细粉；
（2）发泡：将发泡剂与水及稳泡剂搅拌均匀后，使用机械高速搅拌法制成泡沫，所述泡沫添加量为固含量的10 wt%～30 wt%；
（3）制浆固化烧结：将步骤（1）称取的废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰按质量份为50：5：5：10：30的比例进行混合，加入所述原料0.1～0.3wt%的减水剂和30～40wt%的水，然后将混合体系均匀搅拌成糊状，再加入步骤（2）制得的泡沫并用搅拌机进行搅拌2min，浇注成型，自然干燥12h，再于60°C条件下干燥8h；最后在1100°C的条件下保温2h，将烧结后的固化体随炉降温至室温后，即可制得多孔陶瓷。
所述减水剂为三聚磷酸钠与六偏磷酸钠混合物。
本实施例4所制备的废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷经检测：常温导热系数为0.09~0.15W/(m·K)；烧后线收缩率8~15%；体积密度0.82~1.18g/cm3；耐压强度11~20MPa。按TCLP法测试得到其重金属Zn、Cu和Cr的浸出浓度 (Pb未在浸出液中检出)均低于我国《危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别》中所规定标准限值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其特征在于：以废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰为原料，加入发泡浆液搅拌固化，通过烧结制得多孔陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤（1）原料称取及预处理：称取废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰，上述原料皆为烘干后的细粉；
步骤（2）发泡：将发泡剂与水及稳泡剂搅拌均匀后，使用机械高速搅拌法制成泡沫；
步骤（3）制浆固化烧结：将步骤（1）称取的废弃陶瓷粉、水泥、黏土、长石和飞灰按质量份为30～50：10～15：5～15：5～15：25～40的比例进行混合，加入所述原料0.1～0.3wt%的减水剂和30～40wt%的水，然后将混合体系均匀搅拌成糊状，再加入步骤（2）制得的泡沫并用搅拌机进行搅拌1～3min，浇注成型，自然干燥12h，再于60~90°C条件下干燥6~10h；最后在950~1100°C的条件下保温1~3h，将烧结后的固化体随炉降温至室温后，即可制得多孔陶瓷。
3.根据权利要求2所述的一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的废弃陶瓷粉的主要化学成分是：SiO2为65~75wt%，Al2O3为10~16wt%，Fe2O3为1~4wt%，碱金属和碱土金属氧化物为10~20wt%，烧失为1~5wt%。
4.根据权利要求2所述的一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤（1）的水泥为硅酸盐水泥。
5.根据权利要求2所述的一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的垃圾焚烧飞灰的成分中至少含有SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3。
6.根据权利要求2所述的一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的发泡剂为普通液体泡沫剂，稳泡剂为5%浓度的聚乙烯醇溶液，所述泡沫添加量为固含量的10 wt%～30 wt%。
7.根据权利要求2所述的一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其特征在于：所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种或两种。
8.一种废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法，其特征在于：所述废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷是根据权利要求1～7项中任一项所述废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷的方法所制备的废弃陶瓷掺杂垃圾焚烧飞灰烧结多孔陶瓷。
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