CN115466099B - 利用废旧风电叶片制备透水砖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体废物处理领域，公开了一种利用废旧风电叶片制备透水砖的方法。所述方法包括以下步骤：（1）将废旧风电叶片进行破碎，得到粒径为2‑6mm的废旧风电叶片碎料F1、粒径为40‑80目的废旧风电叶片碎料F2和粒径≤200目的废旧风电叶片碎料F3；（2）将废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3与粉煤灰、水泥混合，然后与水玻璃和水混合；（3）将步骤（2）得到的物料与石油醚和二氯氟甲烷混合，然后加入废旧风电叶片碎料F1混合；（4）将步骤（3）得到的物料压制成型，接着进行两次养护。该方法将废旧风电叶片用于制备透水砖，可以将废旧风电叶片进行资源再利用，还得到了性能优良的透水砖，具备很大的应用前景。

Description

利用废旧风电叶片制备透水砖的方法
技术领域
本发明涉及固体废物处理领域，具体涉及一种利用废旧风电叶片制备透水砖的方法。
背景技术
风力发电是目前重要的低碳发展方式，且风力发电的规模在不断增长。随着风力发电的不断发展，早期的风力设备会出现退役的现象，通常风力发电设置的退役寿命在20年左右。这些退役风机组件面临着各种处置的问题，风机叶片是风力发电的重要零部件，由于其材料的特殊性，其回收处置显得尤为复杂和困难。风电叶片主要是由玻璃纤维和树脂构成的复合材料，并且该类复合材料在现有风电叶片应用也是最为广泛。废旧风电叶片中含有大量的玻璃纤维，因此废旧风电叶片具备很大的回收利用价值，并且目前的回收方法大多会对废旧风电叶片中的玻璃纤维的强度会造成不利影响。
透水砖是重要的硬化和地面材料，被广泛应用在我国各种领域，对城市营造高质量的自然生活环境，维护城市生态平衡起着重要作用，是一种新世纪环保建材新产品，在城市城建中广泛应用，其制备成本以及产品性能还需要进一步提升。
研究表明，废旧风电叶片中的玻璃纤维依旧具备较好的强度，如果可以将废旧风电叶片作为制备透水砖的骨料或强度成分无疑是为解决废旧风电叶片的固废处理提供了一条新途径，并且目前尚未有将废旧风电叶片用于制备透水砖的研究，因此具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的废旧风电叶片难以回收以及透水砖性能需要提升的问题，提供一种利用废旧风电叶片制备透水砖的方法，该方法不仅可以将废旧风电叶片进行资源化处理，并且采用本发明所述的方法，将废旧风电叶片用于制备得到的透水砖具备高的抗压性能和透水性，进一步节约了透水砖的制备成本，且工艺方法简便，具备很大的工业化前景。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种利用废旧风电叶片制备透水砖的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将废旧风电叶片进行破碎，得到粒径为2-6mm的废旧风电叶片碎料F1、粒径为40-80目的废旧风电叶片碎料F2和粒径≤200目的废旧风电叶片碎料F3；
（2）将废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3与粉煤灰和水泥混合得到混合料，然后将混合料与水玻璃和水进行混合；
（3）将步骤（2）得到的物料与石油醚和二氯氟甲烷进行混合，然后加入废旧风电叶片碎料F1和水继续混合；
（4）将步骤（3）得到的物料压制成型，接着依次进行第一次养护和第二次养护；
废旧风电叶片碎料F1、废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3、粉煤灰与水泥的用量的重量比为（6-14）：（1-2）：（1-2）：1：（4-8）。
优选地，所述水玻璃的模数为1.6-2.31。
优选地，在步骤（2）中，所述混合料、水玻璃和水的用量的重量比为（10-20）：1：（5-10）。
优选地，所述第一次养护的条件包括：养护温度为30-80℃，养护时间为10-72h。
优选地，所述第一次养护的条件包括：养护温度为40-60℃，养护时间为16-30h。
优选地，所述第二次养护的条件包括：养护温度为20-30℃，养护时间为7-30天。
优选地，石油醚和二氯甲烷总的加入量的体积与步骤（2）得到的物料的重量的比为1ml：20-40g。
优选地，在步骤（3）中，所述废旧风电叶片碎料F1与水的用量的重量比为10-30:1。
优选地，废旧风电叶片碎料F1、废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3、粉煤灰与水泥的用量的重量比为（7-12）：（1-1.7）：（1.1-1.6）：1：（4-7）。
本发明第二方面提供一种由上述制备方法得到的透水砖。
本发明所述的方法创造性的将废旧风电叶片与透水砖的制备进行结合，给废旧风电叶片的回收方法以及透水砖的制备提供了新的思路，本发明所述的方法通过控制加入的废旧风电叶片碎料的粒径以及加入量，再进一步控制原料中其余物质的加入量以及养护的条件等，很好的解决的了废旧风电叶片的固废处理问题，很好的实现了废旧风电叶片的循环再利用，节约了废旧风电叶片的回收成本也更好的实现了绿色发展的目的。更重要的是，采用本发明所述的方法制备得到的透水砖性能更为优良，具备优异的抗压强度和透水系数，废旧风电叶片中含有的玻璃纤维在透水砖的制备程中，可以作为骨料用于提升透水砖的抗压强度，废旧风电叶片含有的树脂成分可以在透水砖的制备中在产品内部进行造孔，用于提升透水砖的透水性能。同时本发明所述的方法采用的是胶凝固化来制备透水砖，避免了因焙烧可能导致玻璃纤维强度受损的情况，因此采用本发明所述的方法制备得到的透水砖的抗压强度可以51.22MPa，透水系数可达到2.24×10-2cm/s，可以很好的应用于城市建设地面用砖。本发明所述的方法制备工艺简便，既节约了对于废旧风电叶片回收的成本，也节省了透水砖的原料成本，具备很大的工业化应用前景，给废旧风电叶片的回收利用提供了新思路。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，所述废旧风电叶片是指其主要成分为玻璃纤维和树脂的复合材料，且其使用寿命结束或者因意外而损坏的风电叶片。
本发明一方面提供一种利用废旧风电叶片制备透水砖的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）将废旧风电叶片进行破碎，得到粒径为2-6mm的废旧风电叶片碎料F1、粒径为40-80目的废旧风电叶片碎料F2和粒径≤200目的废旧风电叶片碎料F3；
（2）将废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3与粉煤灰和水泥混合得到混合料，然后将混合料与水玻璃和水进行混合；
（3）将步骤（2）得到的物料与石油醚和二氯氟甲烷进行混合，然后加入废旧风电叶片碎料F1和水继续混合；
（4）将步骤（3）得到的物料压制成型，接着依次进行第一次养护和第二次养护；
在本发明所述的方法中，废旧风电叶片碎料F1、废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3、粉煤灰与水泥的用量的重量比为（6-14）：（1-2）：（1-2）：1：（4-8）。
在优选的实施方式中，废旧风电叶片碎料F1、废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3、粉煤灰与水泥的用量的重量比为（7-12）：（1-1.7）：（1.1-1.6）：1：（4-7）。
在本发明所述的方法中，所述废旧风电叶片中玻璃纤维的含量为50-80wt%，树脂的含量为20-50wt%。
在本发明所述的方法中，将废旧风电叶片进行破碎后得到三种粒径尺寸的废旧风电叶片碎料，其中大尺寸的废旧风电叶片碎料在制备透水砖的过程中可以作为骨料来提升透水砖的抗压强度，小尺寸的废旧风电叶片在制备透水砖时可以分散于透水砖的各个部位，增加透水砖体的均匀性，在后续养护过程中在透水砖内部进行造孔，增强产品的透水性能。并且粒径为40-80目以及粒径≤200目的废旧风电叶片碎料在透水砖制备过程中，还可以增加透水砖内部的粘结性，进一步增加透水砖的抗压强度，使制备得到的产品的既具备优异的抗压强度也同时具备优异的透水性能。当废旧风电叶片碎料的粒径尺寸不在本发明所限定的范围内时，都将对得到的透水砖的性能产生不利影响。
在本发明所述的方法中，废旧风电叶片中含有的玻璃纤维作为透水砖的骨料或强度成分用来提升透水砖的抗压强度，树脂等在经过有机溶剂石油醚和二氯氟甲烷浸泡后会发生溶胀，在后续砖坯的养护过程中，有机溶剂挥发后可以在透水砖内部进行造孔，使得到的透水砖既具备优异的强度又能具备优异的透水性能。
在具体的实施方式中，所述水玻璃的模数为1.6-2.31，优选为1.8-2.1。具体地，所述水玻璃的模数可以为1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3或2.31。
在具体的实施方式中，在步骤（2）中，所述混合料与水玻璃和水的用量的重量比为（10-20）：1：（5-10）。
在优选的实施方式中，在步骤（2）中，所述混合料、水玻璃和水的用量的重量比为（10-15）：1：（5-6）。
在本发明所述的方法中，所述粉煤灰为燃煤电厂发电燃烧后剩余的飞灰，所述水泥为常见的市售硅酸盐水泥，所述水玻璃为常见市售产品，对于来源不作限定。
在具体的实施方式中，石油醚和二氯甲烷总的加入量的体积与步骤（2）得到的物料的重量比为1ml:20-40g。具体地，石油醚和二氯甲烷总的加入量的体积与步骤（2）得到的物料的重量比可以为1ml:20g、1ml:30g或1ml:40g。
在本发明所述的方法中，石油醚和二氯甲烷常温常压下为液体，石油醚和二氯甲烷各自的用量不作限定，只要两者总的加入量的体积满足要求即可。
在优选的实施方式中，石油醚和二氯甲烷的体积比为1:1。
在具体的实施方式中，在步骤（3）中，所述废旧风电叶片碎料F1与水的用量的重量比为10-30:1，优选为12-20:1。
在一种具体的实施方式中，在步骤（3）中包括：将石油醚和二氯氟甲烷依次加入步骤（2）得到的物料中，采用搅拌的方式将体系混合均匀，搅拌时间3-10min，然后向体系中加入废旧风电叶片碎料F1和水，继续搅拌3-10min将其混合均匀。
在具体的实施方式中，在步骤（4）中，将步骤（3）得到的物料进行压制成型的方法为本领域常见的方法，可以按照实际需求压制成所需要的形状，所述压制成型的方法，例如可以为将步骤（3）得到的物料倒入专用的模具中，进行振实、抹平和密封后进行养护。
在具体的实施方式中，所述第一次养护的条件包括：养护温度为30-80℃，优选为40-60℃，养护时间为10-72h，优选为16-30h。具体地，所述养护的温度可以为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃；所述养护的时间可以为10h、15h、20h、24h、30h、36h、40h、48h、50h、55h、60h、65h、70h或72h。
在具体的实施方式中，所述第二次养护的条件包括：养护温度为20-30℃，养护时间为7-30天。具体地，所述养护的温度可以为20℃、25℃或30℃，养护时间为7天、10天、12天、15天、20天、25天或30天。
在本发明所述的方法中，为了节约能耗，并没有采用常规的焙烧的方法用于制备透水砖，采用的胶凝固化的方法来制备，既不会对于废旧风电叶片中的玻璃纤维的强度受到破坏，同时避免了过高能耗等问题。
本发明进一步提供一种由上述制备方法得到的透水砖。
在本发明所述的方法中，通过选择加入不同粒径的废旧风电叶片碎料，既充分利用了废旧风电叶片中的高强度玻璃纤维作为骨料增加了透水砖的强度，还利用了废旧风电叶片中的树脂使其在透水砖养护过程中进行造孔，同时废旧风电叶片还可以与碳酸钙等物质反应来增加产品内部的粘结性。本发明所述的方法在成功将废旧风电叶片进行资源化再利用的同时，也制备得到了性能优良的透水砖，为固体工业废物的处理以及透水砖的制备提供了新的路径。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
以下实施例和对比例中，粉煤灰来自于宁夏某燃煤电厂，水泥购于河南某水泥厂，水玻璃购于济南某化工厂，废旧风电叶片来自于龙源电力辽宁风电厂。
以下实施例1-3中废旧风电叶片中玻璃纤维和树脂的含量如表1所示。
表1
Figure 182568DEST_PATH_IMAGE001
实施例1
（1）将废旧风电叶片进行破碎，得到粒径为2-6mm的废旧风电叶片碎料F1、粒径为40-80目的废旧风电叶片碎料F2和粒径≤200目的废旧风电叶片碎料F3；
（2）将废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3与粉煤灰和水泥混合均匀得到混合料，然后在混合料中加入水玻璃（模数为1.9）和水，采用玻璃棒搅拌将体系混合均匀；
（3）在步骤（2）得到的物料中加入石油醚和二氯氟甲烷（石油醚和二氯甲烷总的加入量的体积与步骤（2）得到的物料的重量比为1ml:20g，其中石油醚和二氯甲烷的体积比为1:1），搅拌6min使体系混合均匀，然后加入废旧风电叶片碎料F1和水继续搅拌5min（水与废旧风电叶片碎料F1的用量的重量比为3:55）；
（4）将步骤（3）得到的物料倒入模具中，进行振实、抹平和密封，将物料压制成型，接着将成型后的物料放入养护箱进行第一次养护，养护温度为50℃，养护时间为24h，第一次养护结束后继续进行第二次养护，养护温度为25℃，养护时间为7天，养护结束后得到产品透水砖；
其中，废旧风电叶片碎料F1、废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3、粉煤灰和水泥的用量的重量比为55:8:8:7:30，在步骤（2）中，混合料、水玻璃和水的用量的重量比为10:1:5。
实施例2
（1）将废旧风电叶片进行破碎，得到粒径为2-6mm的废旧风电叶片碎料F1、粒径为40-80目的废旧风电叶片碎料F2和粒径≤200目的废旧风电叶片碎料F3；
（2）将废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3与粉煤灰和水泥混合得到混合料，然后在混合料中加入水玻璃（模数为2.0）和水，采用玻璃棒搅拌将体系混合均匀；
（3）在步骤（2）得到的物料中加入石油醚和二氯氟甲烷（石油醚和二氯甲烷总的加入量的体积与步骤（2）得到的物料的重量比为1ml:30g，其中石油醚和二氯甲烷的体积比为1:1），搅拌7min使体系混合均匀，然后加入废旧风电叶片碎料F1和水继续搅拌8min（水与废旧风电叶片碎料F1的用量的重量比为1:12）；
（4）将步骤（3）得到的物料倒入模具中，进行振实、抹平和密封，将物料压制成型，接着将成型后的物料放入养护箱进行第一次养护，养护温度为60℃，养护时间为24h，第一次养护结束后继续进行第二次养护，养护温度为25℃，养护时间为10天，养护结束后得到产品透水砖；
其中，废旧风电叶片碎料F1、废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3、粉煤灰和水泥的用量的重量比为60:6:9:6:34，在步骤（2）中，混合料、水玻璃和水的用量的重量比为10:1:6。
实施例3
（1）将废旧风电叶片进行破碎，得到粒径为2-6mm的废旧风电叶片碎料F1、粒径为40-80目的废旧风电叶片碎料F2和粒径≤200目的废旧风电叶片碎料F3；
（2）将废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3与粉煤灰和水泥混合得到混合料，然后在混合料中加入水玻璃（模数为2.0）和水，采用玻璃棒搅拌将体系混合均匀；
（3）在步骤（2）得到的物料中加入石油醚和二氯氟甲烷（石油醚和二氯甲烷总的加入量的体积与步骤（2）得到的物料的重量比为1ml:40g，其中石油醚和二氯甲烷的体积比为1:1），搅拌8min使体系混合均匀，然后加入废旧风电叶片碎料F1和水继续搅拌8min（水与废旧风电叶片碎料F1的用量的重量比为1:12）；
（4）将步骤（3）得到的物料倒入模具中，进行振实、抹平和密封，将物料压制成型，接着将成型后的物料放入养护箱进行第一次养护，养护温度为60℃，养护时间为24h，第一次养护结束后继续进行第二次养护，养护温度为25℃，养护时间为10天，养护结束后得到产品透水砖；
其中，废旧风电叶片碎料F1、废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3、粉煤灰和石灰的用量的重量比为96:13:12:8:56，在步骤（2）中，混合料、水玻璃和水的用量的重量比为15:1:6。
对比例1
按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，在步骤（3）中不加入废旧风电叶片碎料F1，更换为等重量的水加入。
对比例2
按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，在步骤（1）中，将废旧风电叶片进行破碎，得到粒径为80-100目的废旧风电叶片碎料D1、粒径为100-200目的废旧风电叶片碎料D2和粒径为200-400目废旧风电叶片碎料D3，在步骤（2）中，将废旧风电叶片碎料D2和废旧风电叶片碎料D3分别替代废旧风电叶片碎料F2和废旧风电叶片碎料F3加入，且废旧风电叶片碎料D2的加入量与实施例1中的废旧风电叶片碎料F2的加入量相同，废旧风电叶片碎料D3的加入量与实施例1中的废旧风电叶片碎料F3的加入量相同，在步骤（3）中，将废旧风电叶片碎料D1替代废旧风电叶片碎料F1加入，且废旧风电叶片碎料D1的加入量与废旧风电叶片碎料F2的加入量相同。
对比例3
按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，废旧风电叶片碎料F1、废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3、粉煤灰和石灰的用量的重量比为30:5:5:6:34。
对比例4
专利申请CN 113548870 A公开的一种利用粉煤灰制备透水砖的方法，其实施例1-4所制备得到的透水砖的抗压强度依次为30.9MPa、35.8MPa、32.4MPa和33.8MPa，透水砖的透水系数依次为2.24×10-2cm/s、1.78×10-2cm/s、2.20×10-2cm/s和1.98×10-2cm/s。
测试例
测试例1
采用TYE-300型压力试验机测试实施例1-3以及对比例1-3得到的产品的抗压强度，测试结果如表2所示。
测试例2
按照标准GB/T 25993-2010《透水路面砖和透水路面板》的方法对实施例1-3以及对比例1-3得到的产品的透水系数进行检测，测试结果如表2所示。
表2
Figure 568550DEST_PATH_IMAGE002
通过表2的结果可以看出，采用本发明所述的方法成功将废旧风电叶片用于制备透水砖，并且得到的透水砖具备高抗压强度以及高透水系数，更重要的是本发明所述的方法得到的透水砖的性能指标与现有技术对比例4制备得到的透水砖性能相比更为优异，说明本发明所述的方法不仅可以很好的实现废旧风电叶片的资源回收再利用，也可以由此得到性能优良的透水砖，既解决了废旧风电叶片的固废处理问题，也得到了性能良好的透水砖。另外本发明所述的工艺方法简便，无需高温高压条件，具备非常大的市场应用前景。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用废旧风电叶片制备透水砖的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）将废旧风电叶片进行破碎，得到粒径为2-6mm的废旧风电叶片碎料F1、粒径为40-80目的废旧风电叶片碎料F2和粒径≤200目的废旧风电叶片碎料F3；
（2）将废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3与粉煤灰和水泥混合得到混合料，然后将混合料与水玻璃、水进行混合；
（3）将步骤（2）得到的物料与石油醚和二氯氟甲烷进行混合，然后加入废旧风电叶片碎料F1和水继续混合；
（4）将步骤（3）得到的物料压制成型，接着依次进行第一次养护和第二次养护；
废旧风电叶片碎料F1、废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3、粉煤灰与水泥的用量的重量比为（6-14）：（1-2）：（1-2）：1：（4-8）；
所述废旧风电叶片中玻璃纤维的含量为50-80wt%，树脂的含量为20-50wt%；
所述第一次养护的条件包括：养护温度为30-80℃，养护时间为10-72h；
所述第二次养护的条件包括：养护温度为20-30℃，养护时间为7-30天。
2.根据权利要求1所述利用废旧风电叶片制备透水砖的方法，其特征在于，所述水玻璃的模数为1.6-2.31。
3.根据权利要求1所述的利用废旧风电叶片制备透水砖的方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述混合料、水玻璃和水的用量的重量比为（10-20）：1：（5-10）。
4.根据权利要求1所述的利用废旧风电叶片制备透水砖的方法，其特征在于，所述第一次养护的条件包括：养护温度为40-60℃，养护时间为16-30h。
5.根据权利要求1所述的利用废旧风电叶片制备透水砖的方法，其特征在于，石油醚和二氯甲烷总的加入量的体积与步骤（2）得到的物料的重量的比为1ml:20-40g。
6.根据权利要求1所述的利用废旧风电叶片制备透水砖的方法，其特征在于，废旧风电叶片碎料F1、废旧风电叶片碎料F2、废旧风电叶片碎料F3、粉煤灰与水泥的用量的重量比为（7-12）：（1-1.7）：（1.1-1.6）：1：（4-7）。
7.根据权利要求1所述的利用废旧风电叶片制备透水砖的方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述废旧风电叶片碎料F1与水的用量的重量比为10-30:1。
8.一种由权利要求1-7中任意一项所述的利用废旧风电叶片制备透水砖的方法得到的透水砖。
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