CN114751664A - 一种垃圾焚烧飞灰地聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及废物资源化利用和环境保护技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰地聚合物，由包括以下重量份的原料制成：垃圾焚烧飞灰60～90份、硅源水溶液11～23份、铝源水溶液7～13份、碱溶液5～8份、溶剂24～40份。本申请能够消耗利用更多的垃圾焚烧飞灰，大幅提升了垃圾焚烧飞灰的处理效率，降低了垃圾焚烧飞灰的存储和资源化应用成本,制备的垃圾焚烧飞灰地聚合物可用于制作无水泥混凝土路基块、挡沙墙、隔音墙和防护网。

Description

一种垃圾焚烧飞灰地聚合物及其制备方法
技术领域
本申请涉及废物资源化利用和环境保护技术领域，尤其是涉及一种垃圾焚烧飞灰地聚合物及其制备方法。
背景技术
随着我国经济社会的发展和人口的增加，生活垃圾的产生量也逐渐增加。面对日益紧张的土地资源，我国垃圾处理方式正在由传统的卫生填埋转向焚烧处理。垃圾焚烧可实现垃圾减量最大化，为了严格控制烟气中硫化物、氮氧化物和二噁英等污染物进入大气，各种烟气治理设施必不可少，随之产生了垃圾焚烧过程中最重要的污染物，即垃圾焚烧飞灰。由于垃圾焚烧飞灰中含有二噁英及重金属等污染物，易对周边生态环境和人民群众的身体健康产生巨大影响，因此被国家列为危险废物进行重点管理。越来越多的企业和科研机构开始投入到垃圾焚烧飞灰的处理之中。
为了能够对垃圾焚烧飞灰进行资源化利用，近年来，垃圾焚烧飞灰地聚合固化研究逐渐增多，由于地聚合结构具有优良的结构稳定性和持久性，利用硅氧键和铝氧键在碱性环境下发生断键重组，形成三维立体网状地聚合结构，可将垃圾焚烧飞灰中污染物牢固地固化于地聚合结构中，地聚合物能够被再次利用，这样便确保了垃圾焚烧飞灰处置的环境安全性和可靠性，因此相关研究备受瞩目。
目前，为了保证地聚合物固化体的成型效果，使用地聚合物固化垃圾焚烧飞灰的方法中，大多都会添加一些如矿渣、粉煤灰、煤矸石、粘土等辅助材料，使地聚合物中垃圾焚烧飞灰的添加比例下降，大幅降低了垃圾焚烧飞灰的处理效率，增大了垃圾焚烧飞灰的存储和资源化应用成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供一种垃圾焚烧飞灰地聚合物及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种垃圾焚烧飞灰地聚合物，采用如下的技术方案：
一种垃圾焚烧飞灰地聚合物，由包括以下重量份的原料制成：垃圾焚烧飞灰60～90份、硅源水溶液11～23份、铝源水溶液7～13份、碱溶液5～8份、溶剂24～40份。
优选的，垃圾焚烧飞灰地聚合物由包括以下重量份的原料制成：垃圾焚烧飞灰60～80份、硅源水溶液12.5～13.9份、铝源水溶液7.6～9.1份、碱溶液7～8份、溶剂33～40份；优选的，所述垃圾焚烧飞灰地聚合物由包括以下重量份的原料制成：垃圾焚烧飞灰70份、硅源水溶液13.1份、铝源水溶液8.2份、碱溶液8份、溶剂33份。
优选的，所述硅源水溶液由硅酸钠溶于水制成，或所述硅源水溶液由二氧化硅、硅凝胶和活性白土中的一种或几种与氢氧化钠溶液反应制成；所述铝源水溶液由铝酸钠溶于水制成，或所述铝源水溶液由三氧化二铝、铝溶胶、硫酸铝和氢氧化铝中的一种或几种与氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液反应制成。
优选的，所述硅源水溶液由二氧化硅与氢氧化钠溶液反应制成，所述铝源水溶液由三氧化二铝与氢氧化钠溶液制成；所述三氧化二铝与所述二氧化硅的摩尔比为1:2～4；优选的，所述三氧化二铝与所述二氧化硅的摩尔比为1:3～4；更优选的，所述三氧化二铝与所述二氧化硅的摩尔比为1:3.5。
优选的，所述碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的一种或两种混合；所述溶剂为水、垃圾渗滤液、垃圾浓缩液、废碱液和赤泥液中的一种或多种混合；优选的，所述溶剂为水。
优选的，所述垃圾焚烧飞灰地聚合物还包括细骨料和粗骨料；优选的，所述细骨料为粒径为0.5mm～0.25mm的中砂，所述粗骨料包括粒径为5～25mm的碎石和粒径为25～31.5mm的碎石。
第二方面，本申请提供一种垃圾焚烧飞灰地聚合物的制备方法，采用如下的技术方案：
一种垃圾焚烧飞灰地聚合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量份数称取各原料组分，将垃圾焚烧飞灰加入到溶剂中搅拌均匀，得混合物；
(2)向混合物中加入碱溶液并搅拌均匀，得到含碱混合物；
(3)向含碱混合物中加入硅源水溶液和铝源水溶液，搅拌均匀经过地聚合反应之后得到地聚合物。优选的，所述步骤(3)中，向含碱混合物中先加入铝源水溶液进行搅拌，待搅拌均匀后再加入硅源水溶液进行搅拌，搅拌均匀经过地聚合反应之后得到地聚合物，所述地聚合物的粘度为8000～25000Pa.s。
第三方面，本申请提供一种垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土制备方法，采用如下的技术方案：
一种垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土，包括以下步骤：
(1)按照重量份数称取各原料组分，将垃圾焚烧飞灰加入到溶剂中搅拌均匀，得混合物；
(2)向混合物中加入碱溶液并搅拌均匀，得到含碱混合物；
(3)向含碱混合物中加入硅源水溶液和铝源水溶液，搅拌均匀经过地聚合反应之后得到地聚合物；
(4)向所述地聚合物中加入细骨料和粗骨料，得到地聚合物混凝土。
第四方面，本申请提供一种垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土的应用，按照上述方法制备的垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土可用于制作无水泥混凝土路基块、挡沙墙、隔音墙和防护网。
本申请具有以下有益技术效果：
1.本申请通过垃圾焚烧飞灰、硅源水溶液、铝源水溶液、碱溶液、溶剂制备垃圾焚烧飞灰地聚合物；通过调节溶剂的添加量降低垃圾焚烧飞灰地聚合物中铅和镉的浸出浓度；当溶剂的重量份数低于24份时，垃圾焚烧飞灰地聚合物中铅和镉的浸出浓度超出标准浸出浓度，达不到处理要求；当溶剂含量高于24份时，硅源水溶液和铝源水溶液能够始终以水溶液形式存在，硅源和铝源物质之间的地聚合反应能够更加充分和剧烈，可以更好地形成地聚合物并增强铅和镉的固化效果，使铅和镉浸出浓度低于国家标准限值，从而能够固化更多的垃圾焚烧飞灰。本申请中形成的地聚合物能够消耗利用更多的垃圾焚烧飞灰，大幅提升了垃圾焚烧飞灰的处理效率，降低了垃圾焚烧飞灰的存储和资源化应用成本。
2.本申请在制备垃圾焚烧飞灰地聚合物时，通过调节制备工艺步骤能够提升垃圾焚烧飞灰地聚合物的抗压强度；同时还能够降低垃圾焚烧飞灰地聚合物中的重金属浸出浓度。
附图说明
图1是实施例2放入模具之后的垃圾焚烧飞灰地聚合物；
图2是实施例2养护成型拆模后的垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体；
图3是实施例15放入模具之后的垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土；
图4是实施例15养护成型拆模后的垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土固化体。
具体实施方式
目前，对垃圾焚烧飞灰的处理方式大多采用地聚合物固化垃圾焚烧飞灰中的有害物质。该方法能够有效处理垃圾焚烧飞灰，但是由于其需要添加一些如矿渣、粉煤灰、煤矸石、粘土等辅助材料使地聚合物保持一定的抗压强度，导致该方法能够处理的垃圾焚烧飞灰数量降低，大幅降低了垃圾焚烧飞灰的处理效率，增大了垃圾焚烧飞灰的存储和资源化应用成本。发明人在研究中发现，采用垃圾焚烧飞灰、硅源水溶液、铝源水溶液、碱溶液、溶剂制备得到的地聚合物，能够处理更多的垃圾焚烧飞灰，并且形成的地聚合物固化体能够保持一定的抗压强度，同时还能够减少垃圾焚烧飞灰中重金属污染物渗出，大幅提升了垃圾焚烧飞灰的处理效率。在制备垃圾焚烧飞灰地聚合物的过程中，通过调节制备工艺步骤能够进一步提升垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的抗压强度，同时也能够进一步降低垃圾焚烧飞灰中重金属污染物渗出。
本申请中的地聚合物指各原料混合发生地聚合反应后的物质。
本申请中的地聚合物固化体指地聚合物经过养护成型后的物质。
本申请中的地聚合物混凝土指地聚合物中混入细骨料和粗骨料后的物质。
本申请中的地聚合物混凝土固化体指地聚合物混凝土经过养护成型后的物质。
本申请提供的垃圾焚烧飞灰地聚合物由以下原料制成：垃圾焚烧飞灰、硅源水溶液、铝源水溶液、碱溶液和溶剂。本申请中垃圾焚烧飞灰的重量份数可以为60～90份，具体的可以为60份、70份、80份、90份。本申请提供的垃圾焚烧飞灰地聚合物通过调节溶剂的添加量能够使垃圾焚烧飞灰具有一定的含水率且更加松散，使垃圾焚烧飞灰能够与各原料混合得更加均匀；硅源水溶液和铝源水溶液分别作为硅源和铝源，在碱溶液的激发作用下硅源和铝源物质发生断键重组形成稳定的三维网状地聚合物，通过分别添加硅源和铝源以及调节硅源和铝源的添加量能够提升地聚合反应的反应程度，从而更好地固化垃圾焚烧飞灰；同时，由于硅源水溶液和铝源水溶液能够始终以水溶液形式存在，硅源和铝源物质之间的地聚合反应能够更加充分和剧烈，可以更好地形成地聚合物以固化更多的垃圾焚烧飞灰。本申请形成的地聚合物能够消耗利用更多的垃圾焚烧飞灰，大幅提升了垃圾焚烧飞灰的处理效率，降低了垃圾焚烧飞灰的存储和资源化应用成本。
本申请中的硅源水溶液可以由硅酸钠溶于水制成，或硅源水溶液由二氧化硅、硅凝胶和活性白土中的一种或几种与氢氧化钠溶液反应制成。铝源水溶液可以由铝酸钠溶于水制成，或铝源水溶液由三氧化二铝、铝溶胶、硫酸铝和氢氧化铝中的一种或几种与氢氧化钠溶液反应制成。碱溶液可以为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的一种或两种混合。溶剂可以为水、垃圾渗滤液、垃圾浓缩液、废碱液和赤泥液中的一种或多种混合。
以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案，具体实施例不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明理念所做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。
实施例1～5
实施例1～5的垃圾焚烧飞灰地聚合物由垃圾焚烧飞灰、硅源水溶液、铝源水溶液、碱溶液和溶剂制成，其中硅源水溶液具体选择为由二氧化硅(SiO2)与氢氧化钠(NaOH)溶液反应生成硅酸钠水溶液制成，硅酸钠水溶液中硅酸钠的浓度为580g/L。铝源水溶液具体选择为由三氧化二铝(Al2O3)与氢氧化钠溶液反应生成铝酸钠水溶液制成，铝酸钠水溶液中铝酸钠的浓度为355g/L。碱溶液具体选择为浓度为398.4g/L的氢氧化钠溶液。溶剂具体选择为水。硅源水溶液和铝源水溶液的具体制备反应组分含量见表1，将4.75mol二氧化硅加入到0.95L的氢氧化钠溶液(浓度为398.4g/L)中进行充分反应，反应结束后加水定容至1L，得到浓度为580g/L的硅酸钠水溶液。将2.17mol三氧化二铝加入到0.43L氢氧化钠溶液(浓度为398.4g/L)中进行充分反应，反应结束后加水定容至1L，得到浓度为355g/L的铝酸钠水溶液。实施例1～5为探究三氧化二铝与二氧化硅的摩尔比对垃圾焚烧飞灰地聚合物性能影响。
表1硅源水溶液、铝源水溶液反应组分含量
SiO<sub>2</sub>(mol) Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(mol) NaOH(L) 水(L)
硅源水溶液 4.75 0 0.95 加水定容至1L
铝源水溶液 0 2.17 0.43 加水定容至1L
以下以实施例1为例进行说明，垃圾焚烧飞灰地聚合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量份数称取各原料组分，将垃圾焚烧飞灰加入到水中搅拌3～5min，本申请中具体为搅拌5min，待搅拌均匀后得混合物。
通过将垃圾焚烧飞灰与水搅拌能够使垃圾焚烧飞灰具有一定的含水率，并且呈现松散状态，有利于垃圾焚烧飞灰与其他原料充分混合。
(2)向混合物中加入氢氧化钠溶液并搅拌均匀，得到含碱混合物。
通过向混合物中加入氢氧化钠溶液能够进一步增加垃圾焚烧飞灰的含水率，同时也能够使垃圾焚烧飞灰与氢氧化钠溶液充分接触，改变垃圾焚烧飞灰的理化性质，有利于垃圾焚烧飞灰与其他原料充分混合。
(3)向含碱混合物中先加入铝酸钠水溶液进行搅拌，待搅拌均匀后再加入硅酸钠水溶液搅拌5～20min，本申请中具体为搅拌10min，待搅拌均匀经过地聚合反应后得到粘度为8000～25000Pa.s的地聚合物，此时地聚合物为浆状物。
在碱性环境中，铝酸钠中的铝氧键和硅酸钠中的硅氧键发生断裂后再进行重组，能够形成含有硅、氧、铝三种元素且稳定的三维网状地聚合结构，有利于将垃圾焚烧飞灰中的有害物质固化到地聚合结构中。先加入铝源，后加入硅源的添加顺序能够进一步促进地聚合反应，增强垃圾焚烧飞灰中铅和镉的固化效果，提升地聚合固化体的抗压强度。
为了便于检测垃圾焚烧飞灰地聚合物固化后的性能，将垃圾焚烧飞灰地聚合物装入模具中形成固化体。
具体的，将地聚合物浇注装入模具中，采用密封材料对模具中的地聚合物进行密封处理，得到密封模具地聚合物，本申请中的密封材料为聚乙烯塑料薄膜或PP塑料板，本申请中具体选择为聚乙烯塑料薄膜。本申请中的模具为方形模具，模具的尺寸为40×40×40mm3，在其他实施方式中模具也可以选择为圆柱形模具，四棱台形模具。
采用聚乙烯塑料薄膜对模具中的浆状物进行密封处理能够防止水分快速蒸发，减少了地聚合物因水分减少而影响地聚合结构成型的可能。
将密封模具地聚合物养护3～7天后，撤掉聚乙烯塑料薄膜得到地聚合物固化体。
地聚合物在养护3～7天后能够具有一定的强度，得到的地聚合物固化体能够用于后续性能测试，也可用于预制构件建筑物中。
实施例2～5与实施例1的制备方法相同，实施例2放入模具之后的垃圾焚烧飞灰地聚合物如图1所示，养护成型拆模后的垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体如图2所示，从图中可以看出，本申请提供的垃圾焚烧飞灰地聚合物能够形成具有一定强度的地聚合物固化体。实施例1～5的垃圾焚烧飞灰地聚合物原料重量份数如表2所示。
表2实施例1～5的垃圾焚烧飞灰地聚合物原料重量份数
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
垃圾焚烧飞灰(份) 70 70 70 70 70
硅酸钠水溶液(份) 13.9 13.1 12.5 11.8 11.2
铝酸钠水溶液(份) 7.6 8.2 9.1 10.4 12.2
氢氧化钠溶液(份) 8 8 8 8 8
水(份) 33 33 33 33 33
实施例6～9
实施例6～9与实施例2的不同之处在于水的重量份数不同，实施例6～9中垃圾焚烧飞灰地聚合物的制备方法与实施例2相同。实施例6～9的垃圾焚烧飞灰地聚合物原料重量份数如表3所示。
表3实施例6～9的垃圾焚烧飞灰地聚合物原料重量份数
Figure BDA0003585450790000061
Figure BDA0003585450790000071
实施例10
实施例10中垃圾焚烧飞灰地聚合物原料组分和重量份数与实施例2相同，垃圾焚烧飞灰地聚合物的制备方法不同。实施例10与实施例2相比，垃圾焚烧飞灰地聚合物的制备方法不同之处在于，步骤(3)中，将铝酸钠水溶液和硅酸钠水溶液同时加入含碱混合物中进行搅拌。
实施例11
实施例11与实施例10相比，不同之处在于，步骤(3)中，向含碱混合物中先加入硅酸钠水溶液进行搅拌，待搅拌均匀后再加入铝酸钠水溶液进行搅拌。
实施例12
实施例12与实施例2的不同之处在于，硅酸钠水溶液的重量份数为8份，再添加了5份活性白土溶液。实施例12与实施例2制备方法的不同之处在于，步骤(3)中的搅拌时间为15min。本申请中的活性白土溶液是在高温高压及碱性条件下，将活性白土与水混合形成的悬浊液，活性白土与水的重量比为1:3。
实施例13
实施例13与实施例12的不同之处在于，垃圾焚烧飞灰的重量份数为80份，硅源水溶液选择为硅酸钠溶液和活性白土溶液混合，其中硅酸钠水溶液的重量份数为5份，活性白土溶液的重量份数为3份。铝源水溶液选择为硫酸铝溶液，硫酸铝溶液的重量份数为7份。氢氧化钠溶液的重量份数为5份，水的重量份数为36份。实施例13与实施例12制备方法的不同之处在于，步骤(3)中的搅拌时间为20min。本申请中的硫酸铝溶液是在高温高压及碱性条件下，将硫酸铝与水混合形成的悬浊液，硫酸铝与水的重量比为1:2。
实施例14
实施例14与实施例13的不同之处在于，垃圾焚烧飞灰的重量份数为60份，硅酸钠水溶液的重量份数为23份，硫酸铝溶液的重量份数为10份。氢氧化钠溶液的重量份数为7份。溶剂选择垃圾浓缩液，重量份数为28份。
实施例15
本实施例提供一种垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土，包括以下步骤：
(1)按照重量份数称取各原料组分，将垃圾焚烧飞灰加入到溶剂中搅拌均匀，得混合物；
(2)向混合物中加入碱溶液并搅拌均匀，得到含碱混合物；
(3)向含碱混合物中加入硅源水溶液和铝源水溶液，搅拌均匀经过地聚合反应之后得到地聚合物；
(4)向所述地聚合物中加入细骨料和粗骨料，得到地聚合物混凝土。
具体的，本实施例的原料与实施例1的不同之处在于，垃圾焚烧飞灰的重量份数为40份，硅酸钠水溶液的重量份数为24份，硫酸铝溶液的重量份数为16份，活性白土溶液的重量份数为12份。氢氧化钠溶液的重量份数为8份，水的重量份数为48份。细骨料为粒径为0.5mm～0.25mm的中砂，粗骨料包括粒径为5～25mm的碎石和粒径为25～31.5mm的碎石，粒径为5～25mm的碎石和粒径为25～31.5mm的碎石重量之比为8:2。
为了方便检测垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土的性能，将垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土养护成型，形成垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土固化体。
具体的，将步骤(4)得到的地聚合物混凝土浇注装入模具中，采用密封材料对模具中的地聚合物混凝土进行密封处理，得到密封模具地聚合物混凝土；将密封模具地聚合物混凝土养护3～7天后，撤掉密封材料得到地聚合物混凝土固化体。
放入模具之后的垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土如图3所示，养护成型拆模后的垃圾焚烧飞灰地聚合物混凝土固化体如图4所示，从图中可以看出，采用地聚合物制备的混凝土能够形成具有一定强度的地聚合物混凝土固化体。本实施例的浇注模具为方形模具，模具尺寸为500×500×200mm3。
性能检测
计算实施例1～5中SiO2与Al2O3的摩尔比，同时检测实施例1～5中垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的抗压强度。由于垃圾焚烧飞灰中仅镉和铅两种重金属超标，因此垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体中仅检测镉和铅这两种重金属的浸出浓度，检测结果如表4所示。
地聚合物固化体抗压强度按照《砂浆试验方法》(JGJ/T70)中有关立方体抗压强度试验方法的规定进行测定；地聚合物固化体中重金属镉和铅按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010)规定的方法进行浸出浓度检测。
表4实施例1-5的性能检测结果
Figure BDA0003585450790000091
结合实施例1-5并结合表4中数据结果看出，随着垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体中的SiO2与Al2O3的摩尔比逐渐增加，垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的抗压强度逐渐增大，并在SiO2与Al2O3的摩尔比为3.5时达到最高值，当SiO2与Al2O3的摩尔比超过3.5时，垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的抗压强度出现下降，但下降幅度较小。这说明当SiO2与Al2O3的摩尔比为3.5时，混合物中的铝元素、氧元素和硅元素更容易发生断键重组，有助于地聚合反应的进行，能够形成更多更稳定的地聚合物，从而能够提升地聚合物固化体的抗压强度。随着垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体中的SiO2与Al2O3的摩尔比逐渐增加，地聚合物固化体中的铅浸出浓度和镉浸出浓度逐渐降低，并在SiO2与Al2O3的摩尔比为3.5时达到最低值，当SiO2与Al2O3的摩尔比超过3.5时，地聚合物固化体中的铅浸出浓度和镉浸出浓度又呈现上升趋势。这表明当SiO2与Al2O3的摩尔比为3.5时，更有利于形成三维网状的地聚合结构，能够固化更多的垃圾焚烧飞灰，从而降低铅浸出浓度和镉浸出浓度。
检测实施例2和实施例6～9中垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的抗压强度、镉和铅两种重金属的浸出浓度，检测结果如表5所示。
表5实施例2和实施例6～9的性能检测结果
Figure BDA0003585450790000092
从表5可以看出，随着溶剂水的逐渐增加，垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的抗压强度也逐渐增大，并在水的添加量为33重量份数时达到最大值，当水的重量份数超过33份时，垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的抗压强度出现下降趋势。这说明调节水的添加量能够有效促进地聚合反应，能够形成更加稳定的三维网状地聚合结构，从而提升垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的抗压强度。随着水添加量的逐渐增加，地聚合物固化体中的铅浸出浓度和镉浸出浓度逐渐降低，并在水添加量为33重量份数时达到最低值，此时铅浸出浓度和镉浸出浓度远远低于其它实施例的铅浸出浓度和镉浸出浓度，当水添加量超过33重量份数时，地聚合物固化体中的铅浸出浓度和镉浸出浓度又呈现上升趋势。这表明当水的添加量为33重量份数时，更有利于形成三维网状的地聚合结构，能够固化更多的垃圾焚烧飞灰，从而降低铅浸出浓度和镉浸出浓度。在处理垃圾焚烧飞灰时，铅浸出浓度的国家标准限值为0.25mg/L，镉浸出浓度的国家标准限值为0.15mg/L。从表中可以看出，当水的添加量小于24重量份数时，地聚合物固化体中的铅浸出浓度和镉浸出浓度超过了标准值，无法达到处理要求。当溶剂含量高于24份时，硅源水溶液和铝源水溶液能够始终以水溶液形式存在，硅源和铝源物质之间的地聚合反应能够更加充分和剧烈，可以更好地形成地聚合物并增强铅和镉的固化效果，使铅和镉浸出浓度低于国家标准限值，从而能够固化更多的垃圾焚烧飞灰。
检测实施例2和实施例10～11的抗压强度、镉和铅两种重金属的浸出浓度，检测结果如表6所示。
表6实施例2和实施例10～11的性能检测结果
抗压强度(MPa) 铅浸出浓度(mg/L) 镉浸出浓度(mg/L)
实施例2 12.9 0.0323 0.0437
实施例10 6.8 0.0895 0.1278
实施例11 8.2 0.0668 0.0756
结合实施例2和实施例10～11并结合表6可以看出，实施例2中的垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的抗压强度远高于实施例10和实施例11，实施例2中的垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的铅浸出浓度和镉浸出浓度远低于实施例10和实施例11。这说明先加入铝源，后加入硅源的添加顺序能够有效提升垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的整体性能。
计算实施例2和实施例12～15的增容比，同时检测实施例2和实施例12～15中垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的抗压强度、镉和铅两种重金属的浸出浓度，检测结果如表7所示。本申请中的增容比指垃圾焚烧飞灰地聚合物固化体的体积与垃圾焚烧飞灰的体积之比。
表7实施例2和实施例12～15的性能检测结果
Figure BDA0003585450790000111
结合实施例2和实施例12～15并结合表7可以看出，实施例2和实施例12～14的增容比均小于1，这说明本申请提供的地聚合物能够有效固化垃圾焚烧飞灰，使垃圾飞灰能够形成体积更小的固化体。实施例15的增容比较大，这是因为实施例15中添加了粗骨料和细骨料形成了混凝土，从而提升了增容比，但是从抗压强度来看，实施例15制备的混凝土的抗压强度远超过其他实施例中的地聚合物固化体。这是由于粗骨料和细骨料的加入，增加了混凝土的整体强度，从而提升了抗压强度。在实际使用过程中，可以利用实施例15制备的混凝土制作混凝土预制构件、无水泥混凝土路基块、挡沙墙、隔音墙、防护网等设施。从实施例12和实施例13可以看出，硅源采用硅酸钠和活性白土两种材料混合，也能够形成整体性能较为良好的地聚合物固化体。结合实施例12～14可以看出，实施例14的抗压强度、铅浸出浓度和镉浸出浓度均优于实施例12和实施例13，这说明硅源和铝源材料的整体添加量会影响地聚合物固化体的整体性能，具体表现为，硅源和铝源材料的添加量大，形成的地聚合物固化体整体性能较好。
本申请提供的垃圾焚烧飞灰地聚合物能够有效消耗利用更多的垃圾焚烧飞灰，大幅提升了垃圾焚烧飞灰的处理效率，降低了垃圾焚烧飞灰的存储和资源化应用成本；同时还能够降低地聚合物固化体中铅浸出浓度和镉浸出浓度，并且保持一定的抗压强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧飞灰地聚合物，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：垃圾焚烧飞灰60～90份、硅源水溶液11～23份、铝源水溶液7～13份、碱溶液5～8份、溶剂24～40份。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰地聚合物，其特征在于，所述垃圾焚烧飞灰地聚合物由包括以下重量份的原料制成：垃圾焚烧飞灰60～80份、硅源水溶液12.5～13.9份、铝源水溶液7.6～9.1份、碱溶液7～8份、溶剂33～40份；优选的，所述垃圾焚烧飞灰地聚合物由包括以下重量份的原料制成：垃圾焚烧飞灰70份、硅源水溶液13.1份、铝源水溶液8.2份、碱溶液8份、溶剂33份。
3.根据权利要求1或2所述的垃圾焚烧飞灰地聚合物，其特征在于，所述硅源水溶液由硅酸钠溶于水制成，或所述硅源水溶液由二氧化硅、硅凝胶和活性白土中的一种或几种与氢氧化钠溶液反应制成；所述铝源水溶液由铝酸钠溶于水制成，或所述铝源水溶液由三氧化二铝、铝溶胶、硫酸铝和氢氧化铝中的一种或几种与氢氧化钠溶液反应制成。
4.根据权利要求3所述的垃圾焚烧飞灰地聚合物，其特征在于，所述硅源水溶液由二氧化硅与氢氧化钠溶液反应制成，所述铝源水溶液由三氧化二铝与氢氧化钠溶液制成；所述三氧化二铝与所述二氧化硅的摩尔比为1:2～4；优选的，所述三氧化二铝与所述二氧化硅的摩尔比为1:3～4；更优选的，所述三氧化二铝与所述二氧化硅的摩尔比为1:3.5。
5.根据权利要求1或2所述的垃圾焚烧飞灰地聚合物，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的一种或两种混合；所述溶剂为水、垃圾渗滤液、垃圾浓缩液、废碱液和赤泥液中的一种或多种混合；优选的，所述溶剂为水。
6.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰地聚合物，其特征在于，所述垃圾焚烧飞灰地聚合物还包括细骨料和粗骨料；优选的，所述细骨料为粒径为0.5mm～0.25mm的中砂，所述粗骨料包括粒径为5～25mm的碎石和粒径为25～31.5mm的碎石。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的垃圾焚烧飞灰地聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照重量份数称取各原料组分，将垃圾焚烧飞灰加入到溶剂中搅拌均匀，得混合物；
(2)向混合物中加入碱溶液并搅拌均匀，得到含碱混合物；
(3)向含碱混合物中加入硅源水溶液和铝源水溶液，搅拌均匀经过地聚合反应之后得到地聚合物。
8.根据权利要求7所述的垃圾焚烧飞灰地聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，向含碱混合物中先加入铝源水溶液进行搅拌，待搅拌均匀后再加入硅源水溶液进行搅拌，搅拌均匀经过地聚合反应之后得到地聚合物，所述地聚合物的粘度为8000～25000Pa.s。
9.根据权利要求6所述的垃圾焚烧飞灰地聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照重量份数称取各原料组分，将垃圾焚烧飞灰加入到溶剂中搅拌均匀，得混合物；
(2)向混合物中加入碱溶液并搅拌均匀，得到含碱混合物；
(3)向含碱混合物中加入硅源水溶液和铝源水溶液，搅拌均匀经过地聚合反应之后得到地聚合物；
(4)向所述地聚合物中加入细骨料和粗骨料，得到地聚合物混凝土。
10.一种地聚合物混凝土的应用，根据权利要求9所述制备方法进行制备，其特征在于，所述地聚合物混凝土可用于制作无水泥混凝土路基块、挡沙墙、隔音墙和防护网。
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