CN1110670A - 一种生产多孔陶瓷材料大规模处理垃圾的方法及其陶瓷材料和应用 - Google Patents

Abstract

一种生产多孔陶瓷材料大规模处理垃圾的方法 及其陶瓷材料和应用，涉及垃圾处理和废弃物再利 用。它是以垃圾和膨胀粘土、膨胀珍珠岩为原料，经 混合烧制而成一种多孔陶瓷材料并大规模处理垃圾 的技术，其产品有多孔陶瓷粒料——陶粒，轻质陶瓷 砖，轻质陶瓷釉面砖、轻质陶瓷板块……，具有高强、 轻质、多孔特征。用于混凝土轻质填充料、保温隔热 材料，以及用于胶凝材料，聚合、复合材料，特别是水 泥、油漆、橡胶、塑料的填充料和掺合料。

Description

本发明涉及垃圾处理和废物再利用技术，尤其是以膨胀粘土，膨胀珍珠岩和垃圾为原料生产多孔陶瓷材料并大规模处理垃圾的技术和方法。

目前，公知的相关技术有：澳大利亚研究出一种“用垃圾生产混凝土轻质填充物”，是将垃圾粉碎两次与粘土和公共饮食单位、汽车修理厂排出的废液混合经三个转炉连续加工焙烧而成。

申请号：93102556，发明名称：“垃圾多孔体材料”，是以膨胀页岩和垃圾为原料，主要采用回转窑生产垃圾多孔体材料。

申请号91101067，“利用城市垃圾造砖技术”，是用粘土和垃圾为原料，经烧制而成的。，

以上澳大利亚的垃圾处理技术有以下不足：（1）工艺繁琐，不利于大规模处理垃圾，（2）原料中应用了垃圾;但其中部分原料限定为饮食单位及汽修厂排出的废液，这样的原配料是十分狭隘的，不利于大规模的垃圾处理，（3）原料中使用的粘土为普通粘土，因此产品不够轻质，其比重比普通填充物（石子）只轻20%。

申请号91101067“利用城市垃圾造砖技术”，其产品仍然存在着关键问题-不轻质。

申请号93102556“垃圾多孔体材料”，是一种生产轻骨料，大规模处理垃圾的技术，有效的突破和克服了上述垃圾处理技术的不足，且既能大规模处理垃圾，使垃圾再生，无害化、有益化，又能生产出高强轻质的人造骨料;但是其原料膨胀页岩，虽然资源十分丰富，分布广泛，然而某些地区却并不存在，或未能出露。这限制了生产轻骨料，同时大规模处理垃圾技术的广阔应用。

反映垃圾或垃圾建筑材料的文件资料有：

“澳大利研究出一种用垃圾生产混凝土轻质填充物”《中国科技信息》，1992年第1期。

“日本利用垃圾灰制造建筑材料”，《建材工业信息》1992年第11期。

“全球新型大战-垃圾战”，《世界科学》，1992年第6期。

“正在兴起的美国垃圾工业”，《科学世界》1992年第8期。

“利用城市垃圾造砖技术”，专利申请号91101067。

“垃圾多孔体材料”，专利申请号93102556。

地球上的垃圾越来越多，据估计，全球每年新增垃圾100亿吨，合人均2吨。我国全国每年排放工业固体废物达6亿吨，城市年积存垃圾5000余万吨，以平均每年10%的速度增加，许多城市面临垃圾包围的隐患。垃圾问题正使全人类面临空前严竣的挑战。

本发明的目的是：为了更广泛的，特别是为了给不产出膨胀页岩的地区创造出处理垃圾的适当的方法和技术，提供一种以膨胀粘土，膨胀珍珠岩和垃圾为原料，进行大规模垃圾处理的技术和方法，同时生产出一种多孔泡沫陶瓷材料-垃圾多孔体材料，用于混凝土轻骨料或轻质填充料，保温隔热材料，以及聚合物掺合料。

首先是为了提供一种大规模处理垃圾的技术，它是利用分布较为广泛，世界不少地区有大量产出的膨胀沾土和膨胀珍珠岩为原料进行大规模的垃圾处理，使垃圾凝固再生，无害化和有益化的技术。其生产的产品垃圾多孔陶瓷材料是一种人造轻骨料，以具有高强、多孔、轻质，以及含有垃圾灼烧成份为特征;用于混凝土填充料，高强轻质水泥砂浆，保温隔热材料，油漆、橡胶、塑料等聚合物填充掺合料;非常大量地用作高层建筑材料，公路及高速公路路面材料。

本发明是这样实现的：以垃圾和膨胀沾土，膨胀珍珠岩为原料或为主要原料，可无需外加剂，经烧制而成垃圾多孔体陶瓷材料，并同时大规模处理垃圾。

本发明采用的膨胀粘土，以硅酸盐为主要成分，并含有适量的铁、碳、有机质和钙、镁物质，当这类膨胀沾土和垃圾混合后，在1000-1200℃焙烧时，铁与碳互相作用，发生氧化铁的还原反应，还原后的铁和硅酸盐发生反应而形成易熔的低熔体，当受热到熔点时，其中除有少数残留物以包裹体存在之外，绝大部分垃圾和膨胀粘土都已被熔融，同时由气相物质的溢出而膨胀，经冷却而形成具有轻质高强陶瓷特征的垃圾多孔体陶瓷材料。

本发明采用的珍珠岩，属酸性玻璃质火山熔岩，含有一定量的结晶水，当与垃圾混合后，在1300-1380℃焙烧时，迅速膨胀成为一种垃圾多孔体材料。

由于采用了以上成分特征，烧结特征，热化特征的膨胀粘土，膨胀珍珠岩和垃圾为原料的方案，可以生产出垃圾多孔体陶瓷材料，以及大规模处理垃圾，并可以达到本发明的目的，生产工艺简单。以下结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明进行垃圾多孔体材料试验的实施例中，所用的原料是垃圾和一种膨胀粘土，其配合比一般为1∶1，根据垃圾品位的不同，其垃圾掺入量可占物料总量的20%-60%，均作了实验室试验。试验设备为马胡炉，烧成温度1050℃，烧成时间8-15分钟，制得一种高强轻质、多孔的人造骨料-垃圾多孔体陶瓷材料。试验中未加入其它的外加剂（助熔剂和发泡剂）。

本实施例采用的膨胀粘土采自天津，呈灰黑色至灰色，粘土结构，风化后颜色变浅，表面常见有白色被膜，其主要成分为硅酸盐矿物，硅铝成分占膨胀粘土矿物组成的70%左右，并含有铁、钙、镁、碳和有机质，化学成分分析结果为：烧失量11%，SiO₂57.50%，Fe₂O₃6.05%，Al₂O₃12.83%，CaO7.50%，MgO3.58%。

这类膨胀粘土多在盆地和拗陷的台向斜地质单元中产出。尤其在我国的河滩盆地，翼中盆地和渤海湾盆地有大量产出。

这首先有利于我国京津地区，尤其是我国首都北京的垃圾处理，将使京津地区的环保、卫生和生态环境发生深刻变化。

据报刊资料：“日本东京市市长会议提出：不是垃圾把我们淹没，就是我们把垃圾消灭掉，这一场严重的垃圾战争必须采取紧急对策，晚一天都会带来不可挽回的后果”。

仅以此发明献给京津地区，献给祖国首都北京。

有趣的是在本发明的实施例中，采用了一种风化型膨胀粘土，这到是一个发现，它是由泥灰岩风化淋滤形成的风化残积膨胀粘土，原矿本身具有轻的重量（显然是钙质流失造成），且具有清晰的原岩结构（淋滤残积所致），对这类膨胀粘土取了两个样，采集地点分别为四川省涪陵市和重庆歌乐山，经分析化学成分含量为：烧失量9.80%，SiO₂52.66%，Fe₂O₃10.75%，Al₂O₃15.84%，CaO2.52%，MgO4.98%。当加入总含量20%-60%的垃圾分别进行烧结试验结果为：烧成时间8-15分钟，烧成温度1070℃-1150℃，其制品筒压强度大于1MPa/Cm，容量500-1100Kg/m³。

本发明以膨胀粘土和垃圾为原料的实施例生产的多孔陶瓷材料具有以下特征：

1、多孔及轻质特征。由于孔隙和微孔的存在，使多孔陶瓷材料具备了轻质特征，比普通混凝土填充物轻1-2倍以上。

2、具有陶瓷性质特征，其原料成分主要为硅酸盐，其烧结后具有高的机械强度，和硬度以及性脆的特征，摩氏硬度可大于8。

3、隔音绝热特征，由多孔而质轻引出了隔音及绝热的性能。

4、具有低的含水率。由所具有的陶瓷特征及其孔隙的互不连通，并有阻水利水特征。

5、具有大的表面积，由多孔质特点形成了大的表面积，这大为增加了作为填充料与胶结剂之间的结合力，将大幅度提高胶凝材料的强度（注：此条最好是小于3mm以下的粒料，轻砂或微细粉料，粒径过大则无效）。

6、电绝缘特征。多孔陶瓷材料具有陶瓷般的绝缘特征，其垃圾中的金属已经提前分选回收。

7、具有良好的化学稳定性，抗酸、碱、盐及大气腐蚀。

8、以含有垃圾的灼烧成分及其化合物为特征。

9、具有泡沫陶瓷的一种-陶粒的所有特征。包括陶粒块料（陶结块），陶粒粒料，陶粒轻砂在内，因此本发明的产品多孔陶瓷材料就是陶粒或者是陶粒的一种。

垃圾多孔体材料的以上特征，赋于了本发明不但能使垃圾无害化，而能将垃圾长期凝固，使之变成稳定物质。不难看出：本发明对垃圾处理的技术是通过两次凝固而实现的，一次是烧结，另一次是胶结。本特征是：一步实现了垃圾无害化和使垃圾变成了稳定物质，并且不论从物理，还是化学都达到了稳定。这比日本先用焚烧炉制成垃圾灰，然后再胶结成胶凝材料，不论对垃圾凝固次数或是凝固效果都显然要好。

本发明实现的垃圾处理凝固和无害化技术，也从根本上克服了填埋法以及生物垃圾处理法（包括垃圾肥料在内）存在的严重问题-对地表水及地下水的污染，不论是地表降雨，还是地下水都是与水井和江河湖泊沟通的。还有风力搬运和扬尘作用会扩散垃圾肥料这一污染源。

根据地质资料，膨胀珍珠岩在我国河北、辽宁、内蒙等地均有产出，世界其他一些地区有非常大规模的产出，是处理垃圾并同时生产人造轻材料的一种补充原料资源，其生产方法是将垃圾与膨胀珍珠岩先粉碎到一定粒径，然后混合并在1300℃-1380℃温度焙烧即成为超轻质人造轻材料，用于轻骨料，但主要是用于隔热保温材料。

本发明的生产工艺及设备如下：

其生产工艺和设备与水泥生产基本相同，即将膨胀粘土、珍珠岩与粉碎或磨细的垃圾混合，珍珠岩矿须粉碎、磨矿，配合比一般为1∶1，可以先成球，然后在短的回转窑中焙烧，焙烧温度为1000℃-1200℃，烧成时间8-15分钟。当采用珍珠岩时，烧成温度为1300℃-1380℃。其焙烧也可以在立窑中进行，即碎料、磨料加煤成球的内加煤法进行焙烧，而制得垃圾多孔体陶瓷块料，经破碎而成为粒料（一种碎石型陶粒或轻砂）。

其焙烧也可在辊道窑和遂道窑中进行，这样除生产粒料或块料之外，更可以生产板材，瓷砖，可以是有釉面的或无釉面的，其特征是轻质、多孔、高强，而现有市售烧陶块（板）、瓷砖、釉面砖都不轻质。当采用这类设备和生产这类产品时，最好采用“热成型多孔陶瓷”的方法进行，其发明专利申请号94101901.2A。

本生产工艺在烧制过程中，有较大量的废气和煤烟排出，需要进行废气处理-本发明生产工艺的后工序处理，可使用对气体进行再燃烧（二次燃烧法），或是垃圾焚烧炉处理废气的方法即可解决。

垃圾处理应该采取综合治理和利用，包括回收，分检处理方式，因此本发明生产工艺的前工序，应该进行分选、分离、分检和提前回收等技术处理;但已超出本发明的范筹。

本发明对其生产的垃圾多孔陶瓷材料的应用如下：

本发明由于把垃圾废弃物变成了有用产品，因此，垃圾成为了资源，据统计，全国积存的垃圾已超过50亿吨，而利用垃圾生产多孔陶瓷材料，成本非常低廉，生产工艺简单，可大规模地生产出混凝土用轻质填充料，而到处用于各种建筑，特别是用于公路及高速公路路面材料，高层超高层楼房建筑。本发明以垃圾和膨胀珍珠为原料制造的产品主要用作超轻材料、隔热保温材料。

本发明采用遂道窑和辊道窑，为焙烧设备制成的多孔陶产品具有轻的重量，用作建筑物墙、地板贴面材料，及其它日用、装饰、装潢材料。

本发明的所有产品都可以用于保温隔热材料，都可以加工成粉细粒料、微粉和超微粉而用于各种胶凝材料，粘接材料及聚合物的填充料和改性材料，其中特别是用作水泥、油漆、橡胶、塑料的复合，掺合材料和填充料。

当用作水泥掺合料时，因垃圾多孔体材料其化学成分相当于火山灰材料，同时多孔，因此是一种火山灰质硅酸盐水泥掺合料，最好是用于缺乏矿渣的地区而代替矿渣作为硅酸盐水泥掺合料，其对于水泥的安定性比使用矿渣有更好的效果。

Claims (8)

1、一种以垃圾和膨胀页岩为原料，经混合烧制而成垃圾多孔体材料，并大规模处理垃圾，用作混凝土轻质填充料，高强水泥砂浆；本发明的特征是：以垃圾和膨胀粘土、膨胀珍珠岩为原料、经混合烧制而成一种多孔陶瓷材料，并大规模处理垃圾，用于混凝土填充料，高强水泥砂浆、保温隔热材料，以及用于胶凝材料，粘接材料及聚合、复合物的填充料和掺合料。

2、根据权利要求1，一种多孔陶瓷材料，其特征是：含有垃圾灼烧成分及其化合物的具有高强、轻质的多孔陶瓷材料。

3、根据权利要求1，大规模处理垃圾，其特征是：将垃圾和膨胀粘土、膨胀珍珠岩混合、焙烧至熔点，同时膨胀熔结使垃圾凝固再生为一种陶瓷多孔体材料而大规模处理垃圾。

4、根据权利要求1，经烧制而成一种多孔陶瓷材料，其特征是：在回转窑中焙烧，立窑中焙烧以及在辊道窑和遂道窑中焙烧。

5、根据权利要求4，其烧制在辊道窑、遂道窑中焙烧，其特征是：利用辊道窑、遂道窑而进行以垃圾和膨胀粘土为原料的轻质陶瓷砖、轻质釉面砖、轻质陶瓷板（块）的生产。

6、根据权利要求1，用于混凝土填充料、高强水泥砂浆，其特征是用于楼房，高层楼房建筑，用于具有轻重量填料的钢筋结构加强混凝土、地板（砖），公路及高速公路路面材料。

7、根据权利要求1，用于胶凝材料、粘接材料的掺合料，其特征是用作硅酸盐水泥火山灰质掺合料。

8、根据权利要求1，用于聚合、复合物的填充料和掺合料，其特征是：用作油漆、橡胶、塑料填充料和改性材料。