CN113121194B - 一种利用城市废物和工业固废制备建筑3d打印材料的系统及方法 - Google Patents

一种利用城市废物和工业固废制备建筑3d打印材料的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的系统及方法，系统包括高压裂解装置、破碎搅拌混合装置、臭氧发生装置、生物除臭装置、固液分离器、回转窑、粉磨机、搅拌器，工艺简单、设备可靠、安全科学，能够很好的处理厨余垃圾、建筑固废物、工业废渣，能够生产无毒、无臭、高强、高质量3D打印材料，能够更好的满足环保及3D建筑需求。

Description

一种利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的系统及 方法
技术领域
本发明涉及环保3D打印材料技术领域，具体涉及一种利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的系统及方法。
背景技术
3D打印正作为一种迅猛发展的全新制造技术影响人们的生产和生活。建筑3D打印技术具有模化高效、经济环保、精准加工、个性化制作、不产生建筑垃圾等突出特色，被认为将会颠覆传统建筑模式，把建筑业完全带进数字时代。建筑3D打印技术的核心关键是所用的打印油墨材料，目前3D打印建筑所采用的材料还不成熟，目前各国试验的3D打印建筑多为1～2层。这样的建筑材料抗压强度可在1.5～3.5MPa就能使建筑物矗立，即可达到临时应用或展览的目的，在日本、美国，1～2层建筑就能满足住宅建设需要，而在其他国家和地区，多层、小高层、高层及超高层建筑量大面广，需求巨大。但要是打印材料能满足多层甚至小高层建筑在7度地震烈度地区的安全要求，则适于建筑3D打印材料的最低抗压强度要达到20.0MPa，要满足高层、超高层建筑在相同地震烈度地区的安全要求，抗压强度应达到35.0MPa以上。荷兰人采用树脂及塑料类的材料，美国人采用树脂砂浆类、黏土类、混凝土类材料进行3D打印建筑。其材料成本较高，严重制约着建筑3D打印技术的发展及推广。
现在日常生活及工业生产中会产生大量的垃圾，特别是现在在倡导垃圾分类，厨余垃圾的处理需要一种更好的处理方法。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的方法，包括以下步骤：
(1)将厨余垃圾、建筑固废物、工业废渣、硅酸盐水泥、锅炉粉煤灰、水玻璃、石膏粉、生石灰混合后进行高压裂解，将高压裂解后的物料与工业水混合搅拌得到混合液，其中各组分的重量配比为：厨余垃圾8-10份、建筑固废物35-40份、工业废渣35-40份、硅酸盐水泥10-15份、锅炉粉煤灰12-14份、水玻璃0.1-1份、石膏粉1-2份、生石灰5-6份；固体物料与工业水的比例为1：2-1：3；
(2)将步骤(1)中得到的混合液进行消毒、除臭、固液分离；
(3)经固液分离的渗滤液经二级沉淀池沉淀后进入污水净化处理系统进一步处理；分离出的固体物料进行高温煅烧获得建筑3D打印材料前驱体；
(4)将建筑3D打印材料前驱体、玄武岩纤维、无水硫酸钙混合后进行粉磨获得基体材料，最后向基体材料中添加细骨料、掺和料、减水剂、调凝剂及稳定剂即可获得建筑3D打印材料。
优选地，各组分的重量配比为：厨余垃圾8份、建筑固废物35份、工业废渣35份、硅酸盐水泥10份、锅炉粉煤灰12份、水玻璃0.1份、石膏粉1份、生石灰5份。
优选地，各组分的重量配比为：厨余垃圾10份、建筑固废物40份、工业废渣40份、硅酸盐水泥15份、锅炉粉煤灰14份、水玻璃1份、石膏粉2份、生石灰6份。
优选地，各组分的重量配比为：厨余垃圾9份、建筑固废物38份、工业废渣38份、硅酸盐水泥12份、锅炉粉煤灰13份、水玻璃0.6份、石膏粉1份、生石灰6份。
优选地，所述基体材料的比表面积为360～380m2/kg。
优选地，步骤(4)中以重量份计，其中：基体材料88份，掺和料18份，减水剂1份，调凝剂4份，稳定剂1份，细骨料90份。
本发明还提供一种利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的系统，包括高压裂解装置、破碎搅拌混合装置、臭氧发生装置、生物除臭装置、固液分离器、回转窑、粉磨机、搅拌器，厨余垃圾、建筑固废物、工业废渣、硅酸盐水泥、锅炉粉煤灰、水玻璃、石膏粉、生石灰混合后经所述高压裂解装置裂解后从底部排料管排入到破碎搅拌混合装置，所述臭氧发生装置与破碎搅拌混合装置连接，物料在破碎搅拌混合装置中进一步破碎并与倒入的工业水混合，破碎搅拌混合时通入臭氧消毒，所述破碎搅拌混合装置连接有生物除臭装置，物料与工业水混合经破碎搅拌混合装置处理后排入到生物除臭装置，所述生物除臭装置连接有固液分离器，混合液除臭后，再进行固液分离，经固液分离的渗滤液经二级沉淀池沉淀后进入污水净化处理系统进一步处理；分离出的固体物料放入回转窑进行高温煅烧获得建筑3D打印材料前驱体，建筑3D打印材料前驱体、玄武岩纤维、无水硫酸钙混合后放入粉磨机进行粉磨获得基体材料，基体材料放入到搅拌器中，再在基体材料中添加细骨料、掺和料、减水剂、调凝剂及稳定剂进行搅拌后获得建筑3D打印材料。
有益效果
本发明的工艺简单、设备可靠、安全科学，能够很好的处理厨余垃圾、建筑固废物、工业废渣，能够生产无毒、无臭、高强、高质量3D打印材料，能够更好的满足环保及3D建筑需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的系统，包括高压裂解装置、破碎搅拌混合装置、臭氧发生装置、生物除臭装置、固液分离器、回转窑、粉磨机、搅拌器，厨余垃圾、建筑固废物、工业废渣、硅酸盐水泥、锅炉粉煤灰、水玻璃、石膏粉、生石灰混合后经所述高压裂解装置裂解后从底部排料管排入到破碎搅拌混合装置，所述臭氧发生装置与破碎搅拌混合装置连接，物料在破碎搅拌混合装置中进一步破碎并与倒入的工业水混合，破碎搅拌混合时通入臭氧消毒，所述破碎搅拌混合装置连接有生物除臭装置，物料与工业水混合经破碎搅拌混合装置处理后排入到生物除臭装置，所述生物除臭装置连接有固液分离器，混合液除臭后，再进行固液分离，经固液分离的渗滤液经二级沉淀池沉淀后进入污水净化处理系统进一步处理；分离出的固体物料放入回转窑进行高温煅烧获得建筑3D打印材料前驱体，建筑3D打印材料前驱体、玄武岩纤维、无水硫酸钙混合后放入粉磨机进行粉磨获得基体材料，基体材料放入到搅拌器中，再在基体材料中添加细骨料、掺和料、减水剂、调凝剂及稳定剂进行搅拌后获得建筑3D打印材料。
工艺流程如图1所示,具体步骤如下：
(1)将厨余垃圾、建筑固废物、工业废渣、硅酸盐水泥、锅炉粉煤灰、水玻璃、石膏粉、生石灰混合后进行高压裂解，将高压裂解后的物料与工业水混合搅拌得到混合液，其中各组分的重量配比为：厨余垃圾8-10份、建筑固废物35-40份、工业废渣35-40份、硅酸盐水泥10-15份、锅炉粉煤灰12-14份、水玻璃0.1-1份、石膏粉1-2份、生石灰5-6份；固体物料与工业水的比例为1：2-1：3；
(2)将步骤(1)中得到的混合液进行消毒、除臭、固液分离；
(3)经固液分离的渗滤液经二级沉淀池沉淀后进入污水净化处理系统进一步处理；分离出的固体物料进行高温煅烧获得建筑3D打印材料前驱体；
(4)将建筑3D打印材料前驱体、玄武岩纤维、无水硫酸钙混合后进行粉磨获得基体材料，玄武岩纤维掺量为前驱体质量的10％，无水硫酸钙的掺量为前驱体质量的12％，最后向基体材料中添加细骨料、掺和料、减水剂、调凝剂及稳定剂即可获得建筑3D打印材料。
实施例1：步骤(1)各组分的重量配比为：厨余垃圾8份、建筑固废物35份、工业废渣35份、硅酸盐水泥10份、锅炉粉煤灰12份、水玻璃0.1份、石膏粉1份、生石灰5份。
所述基体材料的比表面积为360-380m2/kg
优选地，步骤(4)中以重量份计，其中：基体材料88份，掺和料18份，减水剂1份，调凝剂4份，稳定剂1份，细骨料90份。
实施例2：本实施例与实施例1的区别在于：步骤(1)各组分的重量配比为：厨余垃圾10份、建筑固废物40份、工业废渣40份、硅酸盐水泥15份、锅炉粉煤灰14份、水玻璃1份、石膏粉2份、生石灰6份。
实施例3：本实施例与实施例1的区别在于：步骤(1)各组分的重量配比为：厨余垃圾9份、建筑固废物38份、工业废渣38份、硅酸盐水泥12份、锅炉粉煤灰13份、水玻璃0.6份、石膏粉1份、生石灰6份。
能够很好的处理厨余垃圾、建筑固废物、工业废渣，能够生产无毒、无臭、高强、高质量3D打印材料，能够更好的满足环保及3D建筑需求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的方法，其特征在于：利用如下系统制备，所述系统包括高压裂解装置、破碎搅拌混合装置、臭氧发生装置、生物除臭装置、固液分离器、回转窑、粉磨机、搅拌器，厨余垃圾、建筑固废物、工业废渣、硅酸盐水泥、锅炉粉煤灰、水玻璃、石膏粉、生石灰混合后经所述高压裂解装置裂解后从底部排料管排入到破碎搅拌混合装置，所述臭氧发生装置与破碎搅拌混合装置连接，物料在破碎搅拌混合装置中进一步破碎并与倒入的工业水混合，破碎搅拌混合时通入臭氧消毒，所述破碎搅拌混合装置连接有生物除臭装置，物料与工业水混合经破碎搅拌混合装置处理后排入到生物除臭装置，所述生物除臭装置连接有固液分离器，混合液除臭后，再进行固液分离，经固液分离的渗滤液经二级沉淀池沉淀后进入污水净化处理系统进一步处理；分离出的固体物料放入回转窑进行高温煅烧获得建筑3D打印材料前驱体，建筑3D打印材料前驱体、玄武岩纤维、无水硫酸钙混合后放入粉磨机进行粉磨获得基体材料，基体材料放入到搅拌器中，再在基体材料中添加细骨料、掺和料、减水剂、调凝剂及稳定剂进行搅拌后获得建筑3D打印材料；具体由以下步骤组成：
（1）将厨余垃圾、建筑固废物、工业废渣、硅酸盐水泥、锅炉粉煤灰、水玻璃、石膏粉、生石灰混合后进行高压裂解，将高压裂解后的物料与工业水混合搅拌得到混合液，其中各组分的重量配比为：厨余垃圾8-10份、建筑固废物35-40份、工业废渣35-40份、硅酸盐水泥10-15份、锅炉粉煤灰12-14份、水玻璃0.1-1份、石膏粉1-2份、生石灰5-6份；固体物料与工业水的比例为1：2-1：3；
（2）将步骤（1）中得到的混合液进行消毒、除臭、固液分离；
（3）经固液分离的渗滤液经二级沉淀池沉淀后进入污水净化处理系统进一步处理；分离出的固体物料进行高温煅烧获得建筑3D打印材料前驱体；
（4）将建筑3D打印材料前驱体、玄武岩纤维、无水硫酸钙混合后进行粉磨获得基体材料，最后向基体材料中添加细骨料、掺和料、减水剂、调凝剂及稳定剂即可获得建筑3D打印材料，重量配比为：基体材料88份，掺和料18份，减水剂1份，调凝剂4份，稳定剂1份，细骨料90份，所述基体材料的比表面积为360～380m2 /kg。
2.如权利要求1所述的一种利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的方法，其特征在于：步骤（1）中各组分的重量配比为：厨余垃圾8份、建筑固废物35份、工业废渣35份、硅酸盐水泥10份、锅炉粉煤灰12份、水玻璃0.1份、石膏粉1份、生石灰5份。
3.如权利要求1所述的一种利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的方法，其特征在于：步骤（1）中各组分的重量配比为：厨余垃圾10份、建筑固废物40份、工业废渣40份、硅酸盐水泥15份、锅炉粉煤灰14份、水玻璃1份、石膏粉2份、生石灰6份。
4.如权利要求1所述的一种利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的方法，其特征在于：步骤（1）中各组分的重量配比为：厨余垃圾9份、建筑固废物38份、工业废渣38份、硅酸盐水泥12份、锅炉粉煤灰13份、水玻璃0.6份、石膏粉1份、生石灰6份。
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