CN113548842B - 一种利用灰渣制备免烧砖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用灰渣制备免烧砖的方法，属于灰渣再利用领域，包括以下步骤：灰渣和添加剂混合后进行熔融、保温工艺、急冷工艺、破碎研磨并进行物料筛分、混合原始混合料、将水泥、水和原始混合料搅拌混合搅拌，完成后，将混合料加入成型的模具中进行压制；将压制成型后砖养护；本发明用灰渣熔融后的玻璃体制备免烧砖，二噁英已完全分解，重金属固化在玻璃体内部，降低污染环境的风险；混合料可以压制成型，相比于烧结工艺，免烧砖缩短了工艺路线，设备占地少，单位时间内产量高；采用的制砖工艺得到的砖性能良好，绿色环保，适合大面积推广使用。

Description

一种利用灰渣制备免烧砖的方法
技术领域
本发明属于灰渣再利用领域，涉及一种利用灰渣制备免烧砖的方法。
背景技术
随着我国城市化进程加剧，生活垃圾及危废的焚烧处置占比逐年提高，目前已成为主流的处置方式。生活垃圾及危废焚烧过程中会产生飞灰和炉渣，其含二噁英及重金属等有毒物质，若处置不当，会极大地损害生态环境。飞灰的主要成分为Ca、Si、CL、S、Na及K等，其中CaO占比约40％，Cl占比约20％，K2O和Na2O占比约10％，SiO2和Al2O3占比约10％。底渣成分波动较大，主要成分为SiO2、AL2O3、Fe2O3、CaO，底渣中成分较杂，上述主要成分占比约50％。
目前飞灰和危废底渣的处置方式主要为填埋，属于暂时性的封存手段，并未彻底分解二噁英及固化重金属，仍存在二次泄露的可能性。灰渣的资源化利用已逐渐成为环保界的共识，等离子灰渣熔融被认为是最有前景的灰渣无害化工具。等离子炉内的5000℃以上的高温电弧可以快速且彻底分解二噁英，重金属被固化在急冷成型的玻璃体中，无法浸出，从而完成灰渣的无害化。灰渣熔融后形成的玻璃体，已不属于危险废弃物，可进行资源化利用。目前的资源化利用方向主要用作路基骨料、水泥添加剂及制备保温棉等，目前路基骨料及水泥添加剂等资源化利用方向附加值较小，制备保温棉工艺流程长，工艺复杂，设备投资大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种利用灰渣制备免烧砖的方法，该一种利用灰渣制备免烧砖的方法为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种利用灰渣制备免烧砖的方法，包括以下步骤：
步骤一：将灰渣和添加剂按照质量比为7:3的量进行混合熔融；
步骤二：将熔融物在1250-1300℃下保温,保温时间大于等于2min；进行保温，在该温度下，熔浆内的硅和钙会进行结晶，形成部分硅酸三钙晶体，该晶体会增强砖的强度；
步骤三：将步骤二所得熔融物通过急冷形成玻璃体，急冷速率大于等于300℃/s；急冷可形成玻璃相包裹重金属，
步骤四：将玻璃体进行破碎，将破碎后玻璃体物料研磨；对研磨后物料筛分，根据颗粒粒径分为200目以下、200-280目和280目以上；将颗粒粒径200目以下的物料再次进行破碎、研磨和筛分，直至颗粒粒径为200-280目或280目以上；
步骤五：将步骤四所得颗粒粒径280目以上和颗粒粒径200-280目的物料进行混合，作为原始混合料，其中，颗粒粒径200-280目的物料占原始混合料质量的80％以上；
步骤六：将水泥、水和原始混合料按照质量比为25-60：10-40：100混合，搅拌均匀；
步骤七：搅拌完成后，将混合料加入成型的模具中进行压制；
步骤八：将压制成型后砖养护。
优选的，所述步骤一进行熔融过程中，加入生铁进行重金属捕集，所述生铁和灰渣的质量比为1-2:1000。
优选的，所述灰渣为垃圾焚烧飞灰或危废焚烧底渣，所述添加剂的主要成分为二氧化硅或氧化钙。
优选的，所述步骤一熔融方式为在等离子炉内熔融，温度为1500度，时间为2h。
优选的，所述步骤六的搅拌时间为15分钟。
优选的，所述步骤七压制压力为15Mpa。
优选的，所述步骤八的养护时长为7天。
有益效果：本发明用灰渣熔融后的玻璃体制备免烧砖，二噁英已完全分解，重金属固化在玻璃体内部，降低污染环境的风险；混合料可以压制成型，相比于烧结工艺，免烧砖缩短了工艺路线，设备占地少，单位时间内产量高；采用的制砖工艺得到的砖性能良好，绿色环保，适合大面积推广使用。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明所提供的一种利用灰渣制备免烧砖的方法，包括以下步骤：
步骤一：将灰渣和添加剂按照质量比为7:3的量进行混合熔融；
步骤二：将熔融物在1250-1300℃下保温,保温时间大于等于2min；可以使用保温炉进行保温，在该温度下，熔浆内的硅和钙会进行结晶，形成部分硅酸三钙晶体，该晶体会增强砖的强度；
步骤三：将步骤二所得熔融物通过急冷形成玻璃体，急冷速率大于等于300℃/s，若急冷速率过小，熔融物会进行结晶而导致玻璃化率降低，从而会增加砖内重金属析出的可能性；急冷的目的为形成玻璃相包裹重金属，经保温工艺和急冷工艺产生的玻璃体中，玻璃相含量大于85％,晶相15％,晶相物质主要为保温过程中形成的硅酸三钙；
步骤四：将玻璃体进行破碎，将破碎后玻璃体物料研磨；对研磨后物料筛分，根据颗粒粒径分为200目以下、200-280目和280目以上；将颗粒粒径200目以下的物料再次进行破碎、研磨和筛分，直至颗粒粒径为200-280目或280目以上；破碎所用设备包括辊压破碎、颚式破碎机；
步骤五：将步骤四所得颗粒粒径280目以上和颗粒粒径200-280目的物料进行混合，作为原始混合料，其中，颗粒粒径200-280目的物料占原始混合料质量的80％以上；
步骤六：将水泥、水和原始混合料按照质量比为25-60：10-40：100混合，搅拌均匀；
步骤七：搅拌完成后，将混合料加入成型的模具中进行压制；
步骤八：将压制成型后砖养护。
进一步地，步骤一进行熔融过程中，加入生铁进行重金属捕集，生铁和灰渣的质量比为1-2:1000，混合物在炉内熔融的过程中，加入生铁进行重金属捕集，重金属单质由于高比重自动沉积在炉底，大部分重金属氧化物和生铁中的炭和铁元素发生氧化还原反应，重金属被置换出来富集在炉底铁水中，从而大大降低出炉物质的重金属含量。
进一步地，灰渣为垃圾焚烧飞灰或危废焚烧底渣，添加剂包括二氧化硅或氧化钙。
进一步地，步骤一熔融方式为在等离子炉内熔融，温度为1500度，时间为2h。
进一步地，步骤六的搅拌时间为15分钟，保证充分混合。
进一步地，步骤七压制压力为15Mpa。
进一步地，步骤八的养护时长为7天。
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明：
实施例1：
本发明提供一种技术方案，一种利用灰渣制备免烧砖的方法：
步骤一：将垃圾焚烧飞灰和添加剂按7：3比例混合，垃圾焚烧飞灰的主要成分的质量百分比为：42％CaO、2.7％Al2O3、20.27％Cl、8.5％SiO2、7.9％SO3、1.66％MgO、1.49％Fe2O3、5.63％K2O、5.44％Na2O，余量为其他金属及金属氧化物微量杂质；添加剂的主要成分为的质量百分比为：97.8％SiO2、0.7％Al2O3、0.3％MgO、0.15％CaO、0.5％Na2O,余量为其他金属氧化物微量杂质；将飞灰和添加剂在1500℃等离子炉内进行熔融2h；
步骤二：将熔融物流入保温炉，在1250-1300℃条件下保温2min；
步骤三：将步骤二所得熔融物通过水淬急冷形成玻璃体，降温速率300℃/s；采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)进行对玻璃体进行重金属浸出试验分析，其重金属含量如表1所示：
表1玻璃体重金属含量(％)
Figure BDA0003194698310000041
步骤四：将玻璃体进行破碎，将破碎后玻璃体物料研磨；对研磨后物料筛分，根据颗粒粒径分为200目以下、200-280目和280目以上；将颗粒粒径200目以下的物料再次进行破碎、研磨和筛分，直至颗粒粒径为200-280目或280目以上；
步骤五：将步骤四所得颗粒粒径280目以上和颗粒粒径200-280目的物料进行混合，作为原始混合料，其中，颗粒粒径200-280目的物料占原始混合料质量的80％；
步骤六：将水泥、水和原始混合料混合，混合后的原始混合料、水泥及水的质量比为100：30：15，然后使用搅拌机搅拌15min搅拌均匀；
步骤七：搅拌完成后，将混合料加入成型的模具中进行压制，使用压砖机进行压制，压力为15Mpa；
步骤八：将压制成型后砖在露天环境下进行自然养护，养护时间为7天，养护温度为常温，保持砖表面湿润。
养护完成后，对砖的性能以检测标准为JC/T 525-2007进行检测，明显孔隙率8.1％，比重为2.3，抗压强度为23.3Mpa，弯曲强度为3Mpa，整体性能良好。
实施例2：
本发明提供一种技术方案，一种利用灰渣制备免烧砖的方法：
步骤一：将垃圾焚烧飞灰和添加剂按7：3比例混合，垃圾焚烧飞灰的主要成分的质量百分比为：15.03％SiO2、9.23％Fe2O3、7.7％Al2O3、5.49TiO2、4.87％Na2O、3.23％ZnO2.87％MgO、2.16％P2O5、1.6％K2O、1.38％BaO、0.34％CoO、0.33％WO3、0.30％PbO、0.29％Cr2O3，余量为其他金属及金属氧化物微量杂质；添加剂的主要成分为的质量百分比为：98％CaO、0.2％Al2O3、0.05％MgO、0.1％Fe2O3,余量为其他金属氧化物微量杂质；将飞灰和添加剂在1500℃等离子炉内进行熔融2h；
步骤二：将熔融物流入保温炉，在1250-1300℃条件下保温2min；
步骤三：将步骤二所得熔融物通过水淬急冷形成玻璃体，降温速率300℃/s；
采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)进行对玻璃体进行重金属浸出试验分析，其重金属含量如表2所示：
表2玻璃体重金属含量(％)
Figure BDA0003194698310000061
步骤四：将玻璃体进行破碎，将破碎后玻璃体物料研磨；对研磨后物料筛分，根据颗粒粒径分为200目以下、200-280目和280目以上；将颗粒粒径200目以下的物料再次进行破碎、研磨和筛分，直至颗粒粒径为200-280目或280目以上；
步骤五：将步骤四所得颗粒粒径280目以上和颗粒粒径200-280目的物料进行混合，作为原始混合料，其中，颗粒粒径200-280目的物料占原始混合料质量的80％；
步骤六：将水泥、水和原始混合料混合，混合后的原始混合料、水泥及水的质量比为100：60：20，使用搅拌机搅拌15min搅拌均匀；
步骤七：搅拌完成后，将混合料加入成型的模具中进行压制，使用压砖机进行压制，压力为15Mpa；
步骤八：将压制成型后砖在露天环境下进行自然养护，养护时间为7天，养护温度为常温，保持砖表面湿润。
养护完成后，对砖的性能以检测标准为JC/T 525-2007进行检测，明显孔隙率7.8％，比重为2.3，抗压强度为28.4Mpa，弯曲强度为3.1Mpa，整体性能良好。
实施例3：
本实施例中除步骤五中：将步骤四所得颗粒粒径280目以上和颗粒粒径200-280目的物料进行混合，作为原始混合料，其中，颗粒粒径200-280目的物料占原始混合料质量的70％；其余步骤与实施例2均相同，养护完成后，对砖的性能进行检测，明显孔隙率7.1％，比重为2.35，抗压强度为25.5Mpa，弯曲强度为2.9Mpa；
对比实施例2的砖性能检测数据可知，若降低200-280目粒径颗粒占比原始混合料质量的至70％，砖性能会发生改变。其中孔隙率和比重变化较小，抗压强度和弯曲强度有不同程度的下降，分别下降10.2％和6.5％；证明颗粒粒径200-280目的物料占原始混合料质量的80％以上能够取得更好的技术效果。
实施例4：
本实施例将实施例2中的步骤二去除，熔融后的混合物直接进行急冷处理，其余步骤与实施例2均相同，养护完成后，对砖的性能进行检测，明显孔隙率8.2％，比重为2.25，抗压强度为24.5Mpa，弯曲强度为2.7Mpa；
对比实施例2的砖性能检测数据可知，若取消步骤二的保温工艺，砖性能会有较大下降，其中抗压强度和弯曲强度分别下降13.7％和12.9％。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。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等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用灰渣制备免烧砖的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将灰渣和添加剂按照质量比为7:3的量进行混合熔融，熔融方式为在等离子炉内熔融，温度为1500度，时间为2h；进行熔融过程中，加入生铁进行重金属捕集，所述生铁和灰渣的质量比为1-2:1000；所述灰渣为垃圾焚烧飞灰或危废焚烧底渣，所述添加剂的主要成分为二氧化硅或氧化钙；
步骤二：将熔融物在1250-1300℃下保温,保温时间大于等于2min；
步骤三：将步骤二所得熔融物通过急冷形成玻璃体，急冷速率大于等于300℃/s；
步骤四：将玻璃体进行破碎，将破碎后玻璃体物料研磨；对研磨后物料筛分，根据颗粒粒径分为200目以下、200-280目和280目以上；将颗粒粒径200目以下的物料再次进行破碎、研磨和筛分，直至颗粒粒径为200-280目或280目以上；
步骤五：将步骤四所得颗粒粒径280目以上和颗粒粒径200-280目的物料进行混合，作为原始混合料，其中，颗粒粒径200-280目的物料占原始混合料质量的80％以上；
步骤六：将水泥、水和原始混合料按照质量比为25-60：10-40：100混合，搅拌均匀；
步骤七：搅拌完成后，将混合料加入成型的模具中进行压制；
步骤八：将压制成型后的砖养护。
2.根据权利要求1所述的一种利用灰渣制备免烧砖的方法，其特征在于：所述步骤六的搅拌时间为15分钟。
3.根据权利要求1所述的一种利用灰渣制备免烧砖的方法，其特征在于：所述步骤七压制压力为15Mpa。
4.根据权利要求1所述的一种利用灰渣制备免烧砖的方法，其特征在于：所述步骤八的养护时长为7天。
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