CN104108946A

CN104108946A - 一种垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷及其制备方法

Info

Publication number: CN104108946A
Application number: CN201410170959.XA
Authority: CN
Inventors: 周明凯; 王彩萍; 彭丽芬; 王怀德
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Changzhi martial arts and Engineering Technology Research Institute
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2034-04-25
Also published as: CN104108946B

Abstract

本发明涉及一种垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷及其制备方法，制备该泡沫陶瓷的原材料包括以下重量含量的材料组分：垃圾焚烧飞灰10～59.1％，石英砂34.5～60％，添加剂6.4～38％。其制备方法包括：(1)制备粉体坯料：将制备泡沫陶瓷的原材料与水放入球磨机中球磨6～10h，得到混合均匀的料浆，然后将料浆烘干，得到粉体坯料，制备泡沫陶瓷的原材料各组分的重量配比为：垃圾焚烧飞灰10～59.1％，石英砂34.5～60％，添加剂6.4～38％；(2)烧结：将步骤(1)所得粉体坯料填入模具中，并放入高温炉内烧结，得到泡沫陶瓷。本发明对垃圾焚烧固体废弃物飞灰进行资源化处理，有效缓解了环境压力。

Description

一种垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于固体废弃物处理与资源化利用技术领域，涉及一种垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷及其制备方法。

背景技术

生活垃圾焚烧技术因其减量化、资源化、无害化程度高已成为国内生活垃圾无害化处理的发展方向。据测算到2015年底，全国垃圾焚烧处理能力接近27万吨/日，与此同时每年产生数百万吨的垃圾焚烧飞灰，年处理费用将达24亿元。垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧后在烟气净化***和热回收利用***收集到的细小尘埃，其重金属的含量较高且存在一定量的二噁英，为典型的危险废弃物。目前垃圾焚烧飞灰处置途径主要集中于通过固化使得固化体中重金属的溶出浓度达到填埋场的限制要求后进行填埋。固化手段主要包括水泥固化、化学药剂固化、高温熔融固化，其中以高温熔融固化效果最优，所形成的玻璃固化体具有较好的长期稳定性，可实现对重金属离子的永久固化和二噁英的有效分解。但是高温熔融固化技术因能源消耗量大，运行成本高而难以推广应用。若能在高温条件下，实现垃圾焚烧飞灰的资源化利用，既能实现垃圾焚烧飞灰的无害化处置，又能避免资源能源的浪费。目前，国内外对高温下垃圾焚烧飞灰的资源化利用也做了一些研究。

发明专利CN101817650A《一种水泥窑协同处理生活垃圾焚烧飞灰的方法》公开了一种将垃圾焚烧飞灰作为水泥生料替代部分原料生产水泥的方法。采用该方法生产的水泥完全满足P.O42.5级水泥的性能指标，实现了垃圾焚烧飞灰的资源化综合利用，但该方法中飞灰需要经过水洗预处理，包括水洗、脱水及烘干等较为繁琐的工艺，且需增设洗涤液净化等设备，显著增大了垃圾焚烧飞灰的处理成本，达到约1580元/吨。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷及其制备方法，该方法能够充分利用垃圾焚烧产生的固体废弃物飞灰，极大地缓解了环境压力，而且制备的垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷性能好(容重≤225g/cm³，抗压强度≥0.74MPa，热导率≤0.083W/(m·k)，吸水率≤2.67％)。

本发明垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷的技术方案是：

其原材料由以下重量含量的材料组分组成：垃圾焚烧飞灰10～59.1％，石英砂34.5～60％，添加剂6.4～38％。

按上述方案，所述添加剂包括以下重量含量的材料组分：氧化铝47.10～76.56％，氧化铁0～26.45％，碳酸钠0～28.70％，发泡剂2.07～23.44％，以上材料的重量之和为100％。

优选的是，所述发泡剂为碳化硅。

按上述方案，所述原材料各组分的粒度小于200目。

按上述方案，所述的泡沫陶瓷容重≤225g/cm³，抗压强度≥0.74MPa，热导率≤0.083W/(m·k)，吸水率≤2.67％。

本发明垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷的制备方法包括以下步骤：

(1)制备粉体坯料：将制备泡沫陶瓷的原材料与水放入球磨机中球磨6～10h，得到混合均匀的料浆，然后将料浆烘干，得到粉体坯料；制备泡沫陶瓷的原材料各组分的重量配比为：垃圾焚烧飞灰10～59.1％，石英砂34.5～60％，添加剂6.4～38％；

(2)烧结：将步骤(1)所得粉体坯料填入模具中，并放入高温炉内烧结，得到泡沫陶瓷。

按上述方案，步骤(1)所述球磨是以氧化铝磨球作为研磨介质，其中磨球、原材料、水的质量比为2～3：1：0.4。

按上述方案，步骤(2)所述高温炉内烧结条件是以4～6℃/min的升温速率从室温升到1130～1200℃，保温1h，然后随炉冷却。

本发明的有益效果在于：1、目前垃圾焚烧飞灰的主要处理模式是先固化后填埋，固化填埋后不仅占用大量的土地资源，而且存在地下水污染等隐患，并未从根源上解除飞灰的危害。以垃圾焚烧所产生的固体废弃物飞灰为基础原料，一方面节约了矿石资源，降低了泡沫陶瓷的生产成本，另一方面实现了危险废弃物飞灰的资源化利用；2、垃圾焚烧飞灰属于CaO-SiO₂-Al₂O₃体系，与泡沫陶瓷的主要化学成分相似。用垃圾焚烧飞灰制备泡沫陶瓷充分利用了它的化学组成特性，SiO₂、Al₂O₃用作泡沫陶瓷主要化学成分，垃圾焚烧飞灰中还含有少量的CaO、K₂O、Fe₂O₃、Na₂O可用作助熔剂，实现了垃圾焚烧飞灰的合理化资源利用；3、垃圾焚烧飞灰具有一定的火山灰活性，可以降低烧成温度，从而减少重金属离子的挥发等对环境造成的污染，且所制备的泡沫陶瓷结构致密，有效减小了重金属离子等有害物质的溶出，实现了垃圾焚烧飞灰的无害化处置；4、本发明所述方法制备工艺简单，所制备的泡沫陶瓷性能优良，内部气孔孔径均匀，并且容重低(≤225g/cm³)、强度高(≥0.74MPa)、热导率低(≤0.083W/(m·k))、吸水率低(≤2.67％)。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例中所制备泡沫陶瓷的性能与重金属离子的溶出指标的测试方法如下：泡沫陶瓷吸水率的测试方法参照《硬质泡沫塑料吸水率的测定》(GB/T8810-2005)，抗压强度的测试方法参照《泡沫陶瓷绝热制品》(JC/T647-2005)，热导率的测试方法参照《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定—防护热板法》(GB/T10294-2008)，容重的测试方法参照《多孔陶瓷显气孔率、容重试验方法》(GB/T1966-1996)，重金属离子的浸出方法参照《固体废物—浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)。

本发明实施例所用原材料的粒径均小于200目。

实施例1

泡沫陶瓷原材料组分及质量比：垃圾焚烧飞灰10wt％，石英砂52wt％，添加剂38wt％(包括52.64wt％氧化铝，21.05wt％氧化铁，21.05wt％碳酸钠，5.26wt％碳化硅)。

按配比在上述原材料中加入占原材料总质量40％的水，以氧化铝磨球作为研磨介质，在球磨机上球磨8h(磨球、原材料、水的质量比为2：1：0.4)，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱内烘干，干燥箱内温度为105℃，制得粉体坯料，将粉体坯料装入涂有氧化铝的耐火材料模具中并送入高温炉内，炉体按照5℃/min的升温速率从室温升到1200℃，保温1h，随炉冷却后，切割得到垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷。

所制备泡沫陶瓷的性能与重金属离子的溶出指标如下表1所示：

表1泡沫陶瓷的性能与重金属离子的溶出浓度

实施例2

泡沫陶瓷原材料组分及质量比：垃圾焚烧飞灰15.8wt％，石英砂60wt％，添加剂24.2wt％(包括47.10wt％氧化铝，26.45wt％氧化铁，24.38wt％碳酸钠，2.07wt％碳化硅)。

按配比在上述原材料中加入占原材料总质量40％的水，以氧化铝磨球作为研磨介质，在球磨机上球磨8h(磨球、原材料、水的质量比为3：1：0.4)，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱内烘干，干燥箱内温度为105℃，制得粉体坯料，将粉体坯料装入涂有氧化铝的耐火材料模具中并送入高温炉内，炉体按照6℃/min的升温速率从室温升到1190℃，保温1h，随炉冷却后，切割得到垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷。

所制备泡沫陶瓷的性能与重金属离子的溶出指标如下表2所示：

表2泡沫陶瓷的性能与重金属离子的溶出浓度

实施例3

泡沫陶瓷原材料组分及质量比：垃圾焚烧飞灰31.2wt％，石英砂46.5wt％，添加剂22.3wt％(包括54.26wt％氧化铝，12.56wt％氧化铁，28.70wt％碳酸钠，4.48wt％碳化硅)。

按配比在上述原材料中加入占原材料总质量40％的水，以氧化铝磨球作为研磨介质，在球磨机上球磨8h(磨球、原材料、水的质量比为2：1：0.4)，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱内烘干，干燥箱内温度为110℃，制得粉体坯料，将粉体坯料装入涂有氧化铝的耐火材料模具中并送入高温炉内，炉体按照4℃/min的升温速率从室温升到1160℃，保温1h，随炉冷却后，切割得到垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷。

所制备泡沫陶瓷的性能与重金属离子的溶出指标如下表3所示：

表3泡沫陶瓷的性能与重金属离子的溶出浓度

实施例4

泡沫陶瓷原材料组分及质量比：垃圾焚烧飞灰59.1wt％，石英34.5wt％，添加剂6.4wt％(包括76.56wt％氧化铝，23.44wt％碳化硅)。按配比在上述原材料中加入占原材料总质量40％的水，以氧化铝磨球作为研磨介质，在球磨机上球磨8h(磨球、原材料、水的质量比为2：1：0.4)，得到混合均匀的浆料，将浆料置于鼓风干燥箱内烘干，干燥箱内温度为105℃，制得粉体坯料，将粉体坯料装入涂有氧化铝的耐火材料模具中并送入高温炉内，炉体按照5℃/min的升温速率从室温升到1130℃，保温1h，随炉冷却后，切割得到垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷。

所制备泡沫陶瓷的性能与重金属离子的溶出指标如下表4所示：

表4泡沫陶瓷的性能与重金属离子的溶出浓度

由以上实施例可知本发明提供的垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷性能良好且重金属离子溶出浓度远低于《危险废物鉴别标准—浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)的限值要求，有效地实现了飞灰的资源化。

Claims

1.一种垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷，其特征在于制备该泡沫陶瓷的原材料由以下重量含量的材料组分组成：垃圾焚烧飞灰10～59.1％，石英砂34.5～60％，添加剂6.4～38％。

2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷，其特征在于所述添加剂包括以下重量含量的材料组分：氧化铝47.10～76.56％，氧化铁0～26.45％，碳酸钠0～28.70％，发泡剂2.07～23.44％，以上材料的重量之和为100％。

3.根据权利要求2所述的垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷，其特征在于所述发泡剂为碳化硅。

4.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷，其特征在于所述原材料各组分的粒度小于200目。

5.根据权利要求1-2任一所述的垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷，其特征在于所述的泡沫陶瓷容重≤225g/cm³，抗压强度≥0.74MPa，热导率≤0.083W/(m·k)，吸水率≤2.67％。

6.一种垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于步骤(1)所述球磨是以氧化铝磨球作为研磨介质，其中磨球、原材料、水的质量比为2～3：1：0.4。

8.根据权利要求6所述的垃圾焚烧飞灰基泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于步骤(2)所述高温炉内烧结条件是以4～6℃/min的升温速率从室温升到1130～1200℃，保温1h，然后随炉冷却。