CN116730699A - 一种利用垃圾焚烧飞灰制备蒸压加气混凝土砌块的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用垃圾焚烧飞灰制备蒸压加气混凝土砌块的方法。本发明的加气混凝土中垃圾焚烧飞灰的掺量为30％～45％，并且通过将飞灰与硅质原料协同粉磨后复掺的方法改善飞灰中的化学组分与反应活性，利用碱激发剂营造高碱性氛围提高飞灰胶凝活性，促进原料中硅铝等碱激发材料参与反应，从而使制品得到优良的抗压性能与固化重金属的能力，降低了生产成本的同时消纳了大量垃圾焚烧飞灰、石屑、尾矿砂、钠钙硅渣等固废，实现了固废资源化与企业效益的提高，制备过程中不产生二次污染，具有积极的现实意义。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化技术领域，具体涉及一种利用垃圾焚烧飞灰制备蒸压加气混凝土砌块的方法。
背景技术
随着我国经济与城市的发展，城市生活垃圾的产生量日益增加，近年来垃圾围城的现象越来越严重，垃圾处理的需求与压力不断加大。相对填埋法、固化法、堆肥法，焚烧处理因其能够最大程度使生活垃圾减容化、减量化、资源化而在我国大部分城市得已推广应用。飞灰是生活垃圾高温焚烧后，用烟气收集装置收集得到的残留物，含有锌、铬、铅、铬及二噁英等有毒有害物质，未经处理直接释放会对生态***造成极大污染，属于危险废弃物，因此需对其进行处理处置。焚烧飞灰常见的处理技术大致分为固化与稳定化、分离萃取和热处理，但无论哪种，都需要对最终产物进行处置。常见的处置途径有固化填埋与资源化利用两种，因填埋占用土地率较高且存在飞灰中物质渗出风险，故我国多采用资源化处置法。
目前国内飞灰资源化利用主要有以下几种：制作烧结轻骨料或玻璃陶瓷、水泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰、用作混凝土掺合料以及生产实心砖等。烧结法可有效去除二噁英并固定重金属，但能耗高，不符合当前环保节能的号召，综合考虑飞灰性质及处置成本等因素，将飞灰用于建材生产是当下效益最高且较受欢迎的资源利用方式。未来建筑的趋势是向超高层、大跨度发展，这就要求建材综合性能的改善。
加气混凝土，就是一种兼具轻质、隔音、保温、抗震等性能的轻质墙体材料，是当前我国大力推广的新型建筑保材料，其可以因地制宜采用多种固废作为原材料，属于对环境友好的绿色新型建材，并且在高层建筑上有广大的应用前景。现在市场上多使用粉煤灰作为原材料，然而受产量及近几年环保政策影响供应出现缺口，致使粉煤灰价格上升，生产成本大大增加，急需新材料代替。垃圾焚烧飞灰具有与粉煤灰相似性质，利用其生产混凝土不仅可消纳飞灰，更大大降低了混凝土企业的生产成本。
经文献检索与专利查询，我国关于城市生活垃圾焚烧飞灰建材资源化的研究与应用已有一定进度，但大都集中在水泥混凝土辅助胶凝材料成分或制作轻质细骨料上，加气混凝土相关文献与专利较少，公布的有以下几个：
学术论文“城市生活垃圾焚烧灰渣作加气混凝土砌块试验研究”(《新型建筑材料》，2013年4期，翁仁贵)研究了飞灰与垃圾焚烧灰渣用作胶凝材料对加气混凝土砌块的影响，结果表明飞灰添加量是影响砌块强度的主要因素。
中国专利申请CN113548862A提供了一种利用焚烧飞灰和建筑垃圾制备的蒸压加气混凝土砌块及其制备方法，其利用机械破碎后的废旧混凝土、废旧砖石作为细骨料和焚烧飞灰干混复掺制备加气混凝土砌块，所用建筑垃圾需先破碎，颗粒粒径＜4mm。该专利申请为城市垃圾焚烧飞灰和建筑垃圾有效地资源化利用提供了途径，减少了环境压力，但涉及到的制备方法没有对焚烧飞灰进行任何特殊处理，所以只能采用20-30％的焚烧飞灰制备砌块，掺量较少，无法做到大量消纳焚烧飞灰。
中国专利申请CN109320186A提供了一种使用垃圾焚烧灰和固硫灰渣生产加气混凝土的方法，原料质量百分比为垃圾焚烧灰50-70％、硅酸盐水泥10-20％生石灰5-20％、二水石膏5-10％、固硫灰渣15-50％。结合垃圾焚烧灰和固硫灰渣含有一定量金属铝的特点，利用垃圾焚烧灰和固硫灰渣做发气剂和胶凝材料，节省了铝粉的使用，降低了生产成本的同时较大量地利用垃圾焚烧灰和固硫灰渣生产加气混凝土。但飞灰因焚烧工艺与垃圾来源不同，成分组成相异且活性较低，同时水洗预处理后飞灰中硅铝成分会减少，而该专利申请对材料要求较高，垃圾焚烧灰和固硫灰渣要符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准和JC/T622-2009《硅酸盐建筑制品用砂》的要求，大大减小了可利用飞灰的范围，给实际生产带来了困难。
综上所述，垃圾焚烧飞灰制备加气混凝土的主要问题是垃圾来源复杂造成的化学成分不稳定、物理性质复杂、活性低等，这些问题会影响常规生产时产品的质量、效率和生产稳定性。因此，需要对原材料进行处理，改进蒸压加气混凝土制备工艺，以达到提高产品质量、稳定生产的目的。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种利用垃圾焚烧飞灰制备蒸压加气混凝土砌块的方法。垃圾焚烧飞灰在加气混凝土砌块中的掺量按干基重量计达30％～45％，根据GB11968《加气混凝土砌块》对制备的蒸压加气混凝土砌块进行检测，砌块的干容重为B06级别，抗压强度能够达到A3.5强度级别的要求，该方法工艺简单，成本低，能大量消纳垃圾焚烧飞灰、石屑、尾矿砂、钠钙硅渣等固废。
本发明的目的是这样实现的：上述方案中，按质量百分比计，所述蒸压加气混凝土砌块的干物质原料包括：
在一些实施方案中，所述生石灰为活性CaO含量大于80％的生石灰，0.08mm方孔筛筛余＜15％。
在一些实施方案中，所述石膏为脱硫石膏，符合GB/T5483-2008标准，细度满足0.080mm方孔筛筛余量≤20％。
在一些实施方案中，所述垃圾焚烧飞灰为水洗脱氯后的生活垃圾焚烧飞灰，其中SiO2质量分数为25～40％，Al2O3质量分数为10～20％，Fe2O3质量分数为5～10％，CaO质量分数为10％～20％。
在一些实施方案中，所述硅质校正原料为SiO2质量百分含量大于75％的硅灰、石英尾矿、铜或铁尾矿砂、石屑中的一种或几种。
在一些实施方案中，所述铝粉膏和碱性激发剂以外掺方式添加。
在一些实施方案中，所述铝粉膏中铝含量≥98％，活性三氧化二铝含量≥70％。
在一些实施方案中，所述碱性激发剂为赤泥或粉煤灰提取铝后的钠钙硅渣，所述钠钙硅渣的Na2O含量在10～20％之间。
在一些实施方案中，所述蒸压砌块制备方法包括以下步骤：
S1材料准备：将垃圾焚烧飞灰、硅质校正原料和碱性激发剂干燥破碎粗选后过10目筛，再
S2搅拌制浆：按配比将机械活化后的垃圾焚烧飞灰、硅质校正原料、碱性激发剂钠钙硅渣和
S3浇筑成型：料浆充分混合后浇筑到模具中，使坯体成型；
S4发气静停：将浇筑成型的坯体放入静养室在60～70℃预养静停3～6h，使铝粉与其他材料
S5脱模切割：预养静停结束后，将坯体取出，用切割机对坯体进行切割，去除溢出的面包头S6蒸压养护：将砌块编组，放入蒸压釜中175～190℃、1.2～1.4Mpa条件下蒸压养护8～12h，在一些实施方案中，步骤S1中所述垃圾焚烧飞灰、硅质校正原料和碱性激
发剂协同粉磨机械活化时，球磨时间为40～60min，转速为250～300r/min，硅质
校正料/飞灰质量比为0.55～1.33，球磨后细度满足0.080mm方孔筛筛余量≤20％。
在一些实施方案中，步骤S2中水量与干物料质量比为0.55～0.7，所用水为40～45℃温水。
在一些实施方案中，步骤S6中蒸压前应抽真空至-0.06MPa，再升压至
1.2～1.4Mpa。
本发明的原理为：本发明采用将垃圾焚烧飞灰与硅质校正原料粉磨复掺，并
添加碱性激发剂激发的方法，飞灰在加气混凝土中掺量能提高到30％～45％，其
原理为：
(1)调整化学组分：飞灰中CaO含量高，而SiO2、Al2O3含量较低，钙硅比
较高，飞灰胶凝材料的强度随着钙硅比的下降而增加。通过原料组配加入SiO2
含量>75％的石英砂、尾矿砂、石屑等硅质校正原料共同粉磨，可提高原料中SiO2
含量，使砌块中的硅钙比更为合理，在蒸压过程中通过水热合成反应可形成更多的托勃莫来石结晶产物，从而提高了加气混凝土砌块的强度。并且可通过原料组
配和处理，并结合现有的生产条件，使原料成分控制在一定范围，从而实现工艺
优化；
(2)添加碱性激发剂钠钙硅渣激发飞灰活性：垃圾焚烧飞灰的化学成分有
CaO、Al2O3、SiO2等，具有一定的潜在火山灰活性，但是焚烧飞灰自身的活性较弱，但在碱性环境下存在时，往往会发生水化反应生成水化硅酸钙、水化硅铝酸钙、水化氯铝酸钙和水化硫铝酸钙等反应产物。利用赤泥或粉煤灰提取铝后的钠钙硅渣(Na2O含量在10-20％之间)作为碱性激发剂，可激发垃圾焚烧飞灰的胶凝性，并可同时有效利用钠钙硅渣中的CaO、SiO2等成分，实现废物的资源化利用；
(3)机械活化：机械粉磨过程中通过磨机中研磨体和石英砂尾矿、尾矿或者石屑等硅质校正原料与飞灰和碱性激发剂(钠钙硅渣)的相互作用，复合掺合料的颗粒粒径分布更宽，级配更优，比表面积得到提高，反应接触面增加；同时促进使飞灰网状玻璃体结构破坏，内部可溶性的SiO2、Al2O3溶出，材料水化活性明显提升；且通过机械活化促进进行激发剂钠钙硅渣与飞灰和硅质校正原料的反应，改善大掺量使用飞灰造成胚体强度下降的情况。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
(1)本发明综合利用生活垃圾焚烧飞灰，可以大容量地消纳焚烧飞灰，利用率高。根据GB11968《加气混凝土砌块》对制备的蒸压加气混凝土砌块进行检测，砌块的干容重为B06级别，抗压强度能够达到A3.5强度级别的要求。本发明将固废垃圾废渣变废为宝，实现了飞灰的资源化利用，减少堆积浪费及环境污染，更为飞灰的利用增添了经济效益，符合国家绿色环保理念。
(2)本发明中除了可大量利用焚烧飞灰，还可再利用23％～40％的石屑、尾矿砂、1.5％～3.5％的钠钙硅渣等固废，大大拓宽了加气混凝土企业的原料范围，降低生产成本和提高企业效益，并且制备过程不产生二次污染，绿色对环境友好，具有显著的经济和社会效益的特点。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种利用垃圾焚烧飞灰制备的蒸压加气混凝土砌块，按质量百分比计，所述蒸压加气混凝土砌块的干物质原料包括：
水泥12％；
生石灰17％；
石膏3％；
垃圾焚烧飞灰(SiO2含量为27.5％)30％；
市售铁尾矿砂(SiO2含量为78％)38％；
另外，外掺0.08％质量百分比的铝粉膏和2.0％质量百分比的钠钙硅渣(Na2O含量为12％)；水料比为0.55。
具体制备方法包括以下步骤：
步骤1：将垃圾焚烧飞灰、硅质校正原料和钠钙硅渣干燥破碎粗选后过10目筛，再使用球磨机进一步处理，按配比复掺协同粉磨进行机械活化；铝粉膏制成悬浊液预备；
步骤2：按配比将机械活化后的垃圾焚烧飞灰、硅质校正原料、碱性激发剂钠钙硅渣和石膏放入搅拌机中搅拌4min得到干混料，再加入2/3水量的40℃温水搅拌5min，之后投加水泥、石灰和剩下1/3水量的40℃温水搅拌5min，最后将铝粉悬浊液加入料浆中充分搅拌60s；
步骤3：料浆充分混合后，浇筑到模具中，使坯体成型；
步骤4：将浇筑成型的坯体放入静养室在70℃预养静停6h，使铝粉与其他材料在稠化过程中充分反应发气；
步骤5：预养静停结束后，将坯体取出，用切割机对坯体进行切割，去除溢出的面包头；
步骤6：将砌块编组，放入蒸压釜中185℃、1.4Mpa条件下蒸压养护12h，取出冷却后得到蒸压加气混凝土砌块。
采用本实施例方法制备的蒸压加气混凝土砌块的干密度为589kg/m3，经测试，抗压强度为6.36MPa。
实施例2：
一种利用垃圾焚烧飞灰制备的蒸压加气混凝土砌块，由以下质量百分比的干物质原料组成：
水泥12％；
生石灰16％；
石膏4％；
垃圾焚烧飞灰(SiO2含量为27.5％)40％；
市售铁尾矿砂(SiO2含量为78％)28％；
另外，外掺0.1％质量百分比的铝粉膏和2.5％质量百分比的钠钙硅渣(Na2O含量为12％)；水料比为0.6。
具体制备方法包括以下步骤：
步骤1：将飞灰、硅质校正原料和钠钙硅渣干燥破碎粗选后过10目筛，再使用球磨机进一步处理，按配比复掺协同粉磨进行机械活化；铝粉膏制成悬浊液预备；
步骤2：按配比将机械活化后的垃圾焚烧飞灰、硅质校正原料、碱性激发剂钠钙硅渣和石膏放入搅拌机中搅拌4min得到干混料，再加入2/3水量的40℃温水搅拌4min，之后投加水泥、石灰和剩下1/3水量的40℃温水搅拌4min，最后将铝粉悬浊液加入料浆中充分搅拌50s；
步骤3：料浆充分混合后，浇筑到模具中，使坯体成型；
步骤4：将浇筑成型的坯体放入静养室在60℃预养静停5h，使铝粉与其他材料在稠化过程中充分反应发气；
步骤5：预养静停结束后，将坯体取出，用切割机对坯体进行切割，去除溢出的面包头；
步骤6：将砌块编组，放入蒸压釜中178℃、1.3Mpa条件下蒸压养护10h，取出冷却后得到蒸压加气混凝土砌块。
采用本实施例方法制备的蒸压加气混凝土砌块的干密度为608kg/m3，经测试，抗压强度为5.18MPa。
实施例3：
一种利用垃圾焚烧飞灰制备的蒸压加气混凝土砌块，由以下质量百分比的干物质原料组成：
水泥12％；
生石灰16％；
石膏4％；
垃圾焚烧飞灰(SiO2含量为27.5％)45％；
市售铁尾矿砂(SiO2含量为78％)23％；
另外，外掺0.13％质量百分比的铝粉膏和3.0％质量百分比的钠钙硅渣(Na2O含量为12％)；水料比为0.6。
具体制备方法包括以下步骤：
步骤1：将飞灰、硅质校正原料和钠钙硅渣干燥破碎粗选后过10目筛，再使用球磨机进一步处理，按配比复掺协同粉磨进行机械活化；铝粉膏制成悬浊液预备；
步骤2：按配比将机械活化后的垃圾焚烧飞灰、硅质校正原料、碱性激发剂钠钙硅渣和石膏放入搅拌机中慢速干搅拌3min得到干混料，再加入2/3水量的40℃温水搅拌3min，之后投加水泥、石灰和剩下1/3水量的40℃温水搅拌3min，最后将铝粉悬浊液加入料浆中快速充分搅拌40s；
步骤3：料浆充分混合后，浇筑到模具中，使坯体成型；
步骤4：将浇筑成型的坯体放入静养室在60℃预养静停3h，使铝粉与其他材料在稠化过程中充分反应发气；
步骤5：预养静停结束后，将坯体取出，用切割机对坯体进行切割，去除溢出的面包头；
步骤6：将砌块编组，放入蒸压釜中175℃、1.2Mpa条件下蒸压养护8h，取出冷却后得到蒸压加气混凝土砌块。
采用本实施例方法制备的蒸压加气混凝土砌块的干密度为623kg/m3，经测试，抗压强度为4.77MPa。
从上述实验数据可以得出，本申请提供的飞灰制蒸压加气混凝砌块的容重在630kg/m3以下，且抗压强度大于3.5MPa，性能指标达到GB11968-2006《蒸压加气混凝土砌块》中A3.5B06等级的要求，在较高的抗压强度下，密度较低即容重较低。因此，本发明提供的飞灰制蒸压加气混凝砌块不仅可以大幅降低原材料成本、资源化利用固废焚烧飞灰，且在抗压强度和容重方面具有较突出的优势。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (7)
1.一种蒸压加气混凝土砌块，其特征在于，按质量百分比计，所述蒸压加
气混凝土砌块的干物质原料包括：
2.如权利要求1所述的蒸压加气混凝土砌块，其特征在于，所述硅质校正
原料为SiO2质量百分含量大于75％的硅灰、石英尾矿、铜或铁尾矿砂、石屑中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的蒸压加气混凝土砌块，其特征在于，所述碱性激发
剂为赤泥或粉煤灰提取铝后的钠钙硅渣，所述钠钙硅渣的Na2O含量在10-20％之
间。
4.权利要求1所述的蒸压加气混凝土砌块的制备方法，其特征在于，所述
蒸压砌块制备方法包括以下步骤：
S1材料准备：将垃圾焚烧飞灰、硅质校正原料和碱性激发剂干燥破碎粗选后过10目筛，再S2搅拌制浆：按配比将机械活化后的垃圾焚烧飞灰、硅质校正原料、碱性激发剂钠钙硅渣和S3浇筑成型：料浆充分混合后浇筑到模具中，使坯体成型；
S4发气静停：将浇筑成型的坯体放入静养室在60～70℃预养静停3～6h，使铝粉与其他材料S5脱模切割：预养静停结束后，将坯体取出，用切割机对坯体进行切割，去除溢出的面包头S6蒸压养护：将砌块编组，放入蒸压釜中175～190℃、1.2～1.4Mpa条件下蒸压养护8～12h。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述垃圾焚烧飞
灰、硅质校正原料和碱性激发剂协同粉磨机械活化时，球磨时间为40～60min，
转速为250～300r/min，硅质校正料/飞灰质量比为0.55～1.33，球磨后细度满足
0.080mm方孔筛筛余量≤20％。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中水量与干物料质量比为0.55～0.7，所用水为40～45℃温水。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S6中蒸压前应抽真空至-0.06MPa，再升压至1.2～1.4Mpa。
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