CN113773048A - 一种垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖及方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖及方法和应用，原料重量百分比组成包括：垃圾飞灰3‑5％、助熔剂5‑10％、废玻璃5‑10％，剩余为其它废弃物，其它废弃物为煤矸石、废弃土、尾矿、污泥中的一种或多种。把垃圾飞灰中重金属固化在烧结砖内。充分利用固废制备得到的烧结砖符合GB/T13544‑2011和HJ557‑2010。将飞灰中的二恶英等有害物质分解为无害物质。

Description

一种垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖及方法和应用
技术领域
本发明属于飞灰的处理技术领域，具体涉及一种垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖及方法和应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
生活垃圾、医疗垃圾以及其它危险废物在焚烧过程中会产生大量飞灰。飞灰是一种含有重金属、呋喃及二噁英类物质的危险固体废弃物。飞灰中含有大量碱金属氧化物、氢氧化物、氯化物及硫化物，飞灰颗粒极小极轻，极易逃逸并漂浮于大气环境中，造成严重的环境污染。目前，处理飞灰的方法有螯合剂固化、烧结固化和熔融固化。其中，飞灰熔融固化方法被认为是最有效、最彻底的无害化方法。
现有方法提出利用等离子体处理垃圾焚烧的方法。该方法利用等离子体炉熔融处理垃圾焚烧飞灰，最终得到熔融玻璃渣产品。但是该方法的缺点是显而易见的：工业化的等离子体炉价格昂贵且维护复杂，直接限制了其进一步的推广应用。
现有方法提出利用旋风炉高温熔融垃圾焚烧飞灰的方法，但是该方法处理的飞灰利用高温熔融的方法，投资高和能耗高，不适合广泛推广。
现有方法提出利用电弧炉熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃的方法。该方法处理的垃圾焚烧飞灰需要水洗预处理，且熔池温度为1500～1700℃，属于高能耗工艺，同样不适合工程化应用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖及方法和应用。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖，原料重量百分比组成包括：垃圾飞灰3-5％、助熔剂5-10％、废玻璃5-10％，剩余为其它废弃物，其它废弃物为煤矸石、废弃土、尾矿、污泥中的一种或多种。
第一解决了垃圾飞灰的固化，重金属的固化，减少浸出。
飞灰与玻璃形成玻璃体，飞灰重金属通过吸附和配位的作用固定在玻璃体中，飞灰与二氧化硅熔融状态下形成si-o网状构造，把重金属固定在网目中。碱金属和二氧化硅在熔融状态下形成共晶化合物。
其它废弃物中包含碱金属和二氧化硅。碱金属和二氧化硅熔融状态下形成共晶化合物，所形成的共晶化合物与飞灰和玻璃形成的物质黏连在一起，包裹内部的飞灰与玻璃形成的玻璃体，形成琥珀一样的包覆的结构。降低飞灰中的重金属的浸出率。在多种熔融变化相互协助的基础上，飞灰重金属熔融固化在烧结砖内。
主要是把垃圾飞灰固定在共晶化合物，三种结构包括(玻璃相，硅氧网状结构，硅酸盐低温熔融共晶化合物等)相互作用形成的。
第二解决了烧结温度高的问题，其他废弃物的熔融温度较低，加上助融剂飞灰熔融温度也会变低，飞灰和铝硅酸盐、玻璃等熔融固化形成部分晶体和玻璃体，这样在原本烧结砖隧道窑中不用再添加其他工艺就可以实现飞灰处理利用。
在本发明的一些实施方式中，原料重量百分比组成包括：垃圾飞灰4％、助熔剂8-10％、废玻璃8-10％，剩余为其它废弃物。进一步，原料重量百分比组成包括：垃圾飞灰4％、助熔剂8％、废玻璃8％，剩余为其它废弃物。废玻璃的重量占比为垃圾飞灰的2倍或多一点，因为废玻璃与垃圾飞灰的相互作用，不仅通过形成玻璃体，还需要在熔融状态下形成共晶化合物进行包裹玻璃体。形成进一步的包裹作用。
在本发明的一些实施方式中，原料中各成分的重量占比为：二氧化硅占60-75％，三氧化二铝占10-20％，三氧化二铁占5-15％，氧化钙＜15％，氧化镁＜5％，其他＜10％。
在本发明的一些实施方式中，助熔剂为硼砂、氟化钙、氧化硼中的一种或多种；进一步为氟化钙和氧化硼、硼砂和氟化钙、硼砂和氧化硼。助熔剂与飞灰和其它废弃物配合，具有降低熔融温度的作用，在较低的温度下进行烧结，得到的烧结砖具有较好的强度。如果熔融不彻底会造成浸出毒性不合格。
在本发明的一些实施方式中，废弃土来自于建筑工地开挖的弃土。废弃土中包含颗粒状矿物质、有机物质和水分。废弃土中包含颗粒状矿物质，包含硅和碱金属。
煤矸石主要成分为二氧化硅和三氧化二铝。废弃土和煤矸石组合形成外侧包覆的共晶化合物，提供进一步的包裹作用，提高强度和重金属的包覆能力，这些共晶化合物包括玻璃碱金属(氧化铝、氧化铁、氧化镁等)，二氧化硅在熔融状态下把其他颗粒粘结包裹在一起，形成的致密体且不溶于水的。
在本发明的一些实施方式中，尾矿为镁铁硅酸盐型、钙铝硅酸盐型、长英岩型、碱性硅酸盐型、高铝硅酸盐型、高钙硅酸盐型、硅质岩型、钙质碳酸盐型、镁质碳酸盐型中的一种或多种。不同型的尾矿中含有的硅含量不同，但主要成分基本相同。
在本发明的一些实施方式中，其它废弃物为废弃土和煤矸石的混合物。进一步，其它废弃物中各组分的重量百分比组成为：废弃土17-20份、煤矸石75-85份；更进一步，其它废弃物中废弃土18.5份、煤矸石81.5份。选择废弃土和煤矸石进行配合，两种物质的主要成分混合在一起，能够实现形成强度较好的包裹结构，制备得到性能更好的烧结砖。
第二方面，一种垃圾飞灰和固废无害化制作烧结砖的方法，所述方法为：
将垃圾飞灰、废玻璃和助溶剂、其它废弃物混合，然后进入挤砖成型机进行成型；
将成型后的砖坯进行烧结。
在本发明的一些实施方式中，烧结的温度为900-1000℃，保温时间为30-60min；进一步，烧结的温度为900-950℃，保温时间为40-50min；或，烧结的温度为900-1000℃，保温时间为30-40min。本发明中，烧结的温度相比于现有的烧结温度低，在较低的温度下各物质能够制作得到符合标准的烧结砖。
第三方面，上述垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖在建筑领域中的应用。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
1.原料包括垃圾飞灰、助熔剂、废玻璃和其它废弃物，垃圾飞灰和废玻璃形成玻璃体，其它废弃物形成外面包覆黏连的共晶化合物包覆体，形成琥珀结构，把垃圾飞灰中重金属固化在烧结砖的玻璃相内。
2.在制备烧结砖的过程中，将垃圾飞灰中的二噁英在900-1000℃窑炉内分解，分解率99.99％。
3.煅烧制备烧结砖的过程，烧结温度较低，相比其他高温熔融固化技术，资源化制作烧结砖技术节约能量＞50％。
4.本发明中重复利用废弃物和垃圾飞灰，替代垃圾飞灰填埋所占土地和减少飞灰的二次污染。在不添加大型设备基础上把垃圾飞灰和固废百分之百资源化利用，属于碳中和的一种先进低成本手段。
5.现有的处理飞灰的方法进行高温熔融后还需要处理残渣等。本发明中是利用飞灰和固废制作烧结砖，充分利用了固废，本发明中飞灰和固废全部用来制作烧结砖不需要二次处理。原料方面和烧结过程中降低了烧结砖的制作成本，降低了运行成本。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
垃圾飞灰低温熔融烧结固化制作的烧结砖中各原料的重量百分比组成为：垃圾飞灰4％、助熔剂8％、废玻璃8％，剩余为废弃物。废弃物中各原料的重量份组成为：废弃土18.5份、煤矸石81.5份。助熔剂为氟化钙。
制备方法为，各原料粉碎后混合，然后进入挤砖成型机，最后进入窑炉烧结。烧结温度为900℃，保温时间为40min。
实施例2
垃圾飞灰低温熔融烧结固化制作的烧结砖中各原料的重量百分比组成为：垃圾飞灰3％、助熔剂5％、废玻璃5％，剩余为废弃物。废弃物中各原料的重量份组成为：废弃土18.5份、煤矸石81.5份。助熔剂为氟化钙。
制备方法为，各原料粉碎后混合，然后进入挤砖成型机，最后进入窑炉烧结。烧结温度为950℃，保温时间为35min。抗压强度为20MPa，放射性增大，内照射指数和外照射指数分别达到了0.8。二恶英等气体排放达标，浸出毒性达标，孔洞率达标。
实施例3
垃圾飞灰低温熔融烧结固化制作的烧结砖中各原料的重量百分比组成为：垃圾飞灰4％、助熔剂10％、废玻璃10％，剩余为废弃物。废弃物中各原料的重量份组成为：废弃土18.5份、煤矸石81.5份。助熔剂为氟化钙。
制备方法为，各原料粉碎后混合，然后进入挤砖成型机，最后进入窑炉烧结。烧结温度为900℃，保温时间为40min。抗压强度为17MPa，满足放射性要求。二恶英等气体排放达标，浸出毒性达标，孔洞率达标。
实施例4
垃圾飞灰低温熔融烧结固化制作的烧结砖中各原料的重量百分比组成为：垃圾飞灰4％、助熔剂8％、废玻璃8％，剩余为废弃物。废弃物为污泥和尾矿。废弃物中各原料的重量份组成为：污泥18.5份、尾矿81.5份。助熔剂为氟化钙。
制备方法为，各原料粉碎后混合，然后进入挤砖成型机，最后进入窑炉烧结。烧结温度为900℃，保温时间为40min。抗压强度为14MPa，放射性增大，内照射指数和外照射指数分别达到了1.2。二恶英等气体排放达标，浸出毒性达标，孔洞率达标。
实施例5
相比于实施例1，烧结温度改为950℃。抗压强度为25MPa。二恶英等气体排放达标，浸出毒性达标，孔洞率达标。
实施例6
相比于实施例1，烧结温度改为1000℃。抗压强度为40MPa。二恶英等气体排放达标，浸出毒性达标，孔洞率达标。
实施例7
相比于实施例1，助熔剂选择硼砂。得到的烧结砖的成型效果不好，完整面较少，存在成型缺陷。
对比例1
相比于实施例1，不加入废弃物。抗压强度为8MPa，放射性增大，内照射指数和外照射指数分别达到了2.1。
对比例2
相比于实施例1，废弃物中只加入废弃土。抗压强度为13MPa，放射性增大，内照射指数和外照射指数分别达到了1.8。
对比例3
相比于实施例1，废弃物中只加入煤矸石。抗压强度为13.5MPa，放射性增大，内照射指数和外照射指数分别达到了1.2。
对比例4
相比于实施例1，废弃物中只加入高炉矿渣。
对比例6
相比于实施例1，飞灰含量12％，助熔剂24％、废玻璃24％，剩余为废弃物。废弃物中各原料的重量份组成为：废弃土18.5份、煤矸石81.5份。助熔剂为氟化钙。制备方法与实施例1相同。得到的烧结砖强度开始降低不符合标准(GB/T13544-2011)，孔洞率降低，浸出毒性和辐射符合标准。
实施例1的烧结砖按照GB/T13544-2011《烧结多孔砖和多孔砌块》结果如表1所示，浸出毒性符合HJ557-2010，如表2所示。
表1为GB/T13544-2011检测结果
Figure BDA0003284355570000061
Figure BDA0003284355570000071
表2 HJ557-2010检测结果
Figure BDA0003284355570000072
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖，其特征在于：原料重量百分比组成包括：垃圾飞灰3-5％、助熔剂5-10％、废玻璃5-10％，剩余为其它废弃物，其它废弃物为煤矸石、废弃土、尾矿、污泥中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖，其特征在于：原料重量百分比组成包括：垃圾飞灰4％、助熔剂8-10％、废玻璃8-10％，剩余为其它废弃物。
3.如权利要求1所述的垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖，其特征在于：原料中各成分的重量占比为：二氧化硅占60-75％，三氧化二铝占10-20％，三氧化二铁占5-15％，氧化钙＜15％，氧化镁＜5％，其他＜10％。
4.如权利要求1所述的垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖，其特征在于：助熔剂为硼砂、氟化钙、氧化硼中的一种或多种；进一步为氟化钙或氧化硼。
5.如权利要求1所述的垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖，其特征在于：废弃土来自于建筑工地开挖的弃土。
6.如权利要求1所述的垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖，其特征在于：尾矿为镁铁硅酸盐型、钙铝硅酸盐型、长英岩型、碱性硅酸盐型、高铝硅酸盐型、高钙硅酸盐型、硅质岩型、钙质碳酸盐型、镁质碳酸盐型中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖，其特征在于：其它废弃物为废弃土和煤矸石的混合物。
8.如权利要求7所述的垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖，其特征在于：其它废弃物中各组分的重量百分比组成为：废弃土17-20份、煤矸石75-85份；进一步，其它废弃物中废弃土18.5份、煤矸石81.5份。
9.如权利要求1-8任一所述的垃圾飞灰和固废无害化制作烧结砖的方法，其特征在于：所述方法为：
将垃圾飞灰、废玻璃和助溶剂、其它废弃物混合，然后进入挤砖成型机进行成型；
将成型后的砖坯进行烧结；
进一步，烧结的温度为900-1000℃，保温时间为30-60min。
10.如权利要求1-8任一所述的垃圾飞灰和固废无害化制作的烧结砖在建筑领域中的应用。
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