一种无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖及其制备方法技术

本发明专利技术涉及垃圾焚烧炉渣资源化利用技术领域，具体公开一种无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖及其制备方法。所述无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖包括以下质量份数的成分：垃圾焚烧炉渣6‑8份，掺合料2‑4份和碱激发剂3‑5份，其制备方法包括：a、将所述垃圾焚烧炉渣粉磨后与掺合料和碱激发剂混合均匀，得到半干料；b、将所述半干料加入模具中压制成型，得到成型试块；c、对所述成型试块进行养护，得到所述免烧砖。本发明专利技术提供的无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖具有用料简单、成本低、使用强度高、重金属元素固化效果好不易浸出以及可以大规模推广使用的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖及其制备方法
本专利技术涉及垃圾焚烧炉渣资源化利用
，尤其涉及一种无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖及其制备方法。
技术介绍
生活垃圾是城市化进程中的一大问题。由于垃圾每天的排出量巨大，成分千差万别，而且波动性很大，垃圾处理一直是一项艰巨的任务。安全、环保、高效的处置方法一直都是众多国家科研人员的一大研究目标。目前，世界大多数国家都采用的方法是垃圾焚烧处理。然而，垃圾焚烧之后，会产生大量的炉渣，而焚烧炉渣中富集了大量的重金属元素，极具污染性和毒性。日本科学家通过向焚烧炉渣中加入有机螯合剂溶液，以实现有机螯合剂与重金属离子的络合，从而固化重金属离子。然而，这种技术在中国难以实施，主要有两点原因：1)大量消耗水资源；2)随着时间的延长，螯合剂固化效果减弱，容易造成二次重金属泄露；3)中国垃圾焚烧炉渣中存在较多的游离氧化钙，加水极易固化，可操作性不强；4)固化处理强度低，操作复杂，且需加入大量活性胶黏剂，资源化利用成本高，使二次利用受到极大限制。因此，探索简单、环保、成本低以及可大范围推广使用的大宗垃圾焚烧灰渣资源化利用的新工艺和新方法具有重要意义。
技术实现思路
针对现有生活垃圾焚烧炉渣的处理和二次利用存在的上述问题，本专利技术提供一种免烧砖及其制备方法，该免烧砖具有用料简单、成本低、使用强度高、重金属元素固化效果好不易浸出以及可以大量推广使用的效果。为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：一种无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖，包括以下质量份数的成分：垃圾焚烧炉渣6-8份，掺合料2-4份和碱激发剂3-5份；所述垃圾焚烧炉渣按质量百分比计，含有：45-50％的CaO、15-20％的SiO2，6-8％的Fe2O3和3-5％的Al2O3，其余为重金属和垃圾焚烧炉渣中常见的其它成分。所述掺合料为偏高岭土、稻壳灰和火山灰中的至少一种；所述碱激发剂按质量百分比计，包括：30-34％的液体硅酸钠、6-7％的NaOH和余量的水。相对于垃圾焚烧飞灰的活性，垃圾焚烧炉渣的活性非常低，且垃圾焚烧炉渣的重金属等难以降解的污染物含量较高，难以实现有效的二次利用，且二次利用易产生二次污染。而本专利技术提供的免烧砖以垃圾焚烧炉渣为主要原料，再加入少量的偏高岭土、稻壳灰或火山灰和特定组分的碱激发剂，可以促使上述垃圾焚烧炉渣中Si和Ca元素的大量浸出，激发垃圾焚烧炉渣的活性，并使加入了偏高岭土、稻壳灰或火山灰的垃圾焚烧炉渣体系迅速形成胶凝体系。该胶凝体系中未参与反应的部分炉渣形成核体，参与反应的炉渣浸出元素、掺合料和碱激发剂经过反应之后形成包围核体的地聚物产物层，即形成包围核体并具有特殊性能和层连结构的壳膜，该壳膜形成后呈松散状态。当将上述凝胶体系加入一定的模具中，用一定的机械加压方法进行压制后，凝胶体系中呈松散状态的地聚物产物层瞬间堆叠挤压，形成包裹炉渣核体的特殊保护层(N-A-S-H凝胶层)，该保护层经过养护干燥后，可以有效防止炉渣中的重金属(Cu，Zn，Pb，Ni等)和其它污染物的浸出以及外界环境中的水分子、H+、OH-的侵入，实现重金属的永久封存。同时，上述凝胶体系经过机械挤压和养护形成的免烧砖具有较高的抗压强度，可达到部分建筑领域的使用要求，实现垃圾焚烧炉渣的高效资源化利用，并有效地避免了二次污染的发生。优选的，所述无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖包括以下质量份数的成分：垃圾焚烧炉渣7份，掺合料3份和碱激发剂4份。上述优选的免烧砖各成分的组合可以进一步提高免烧砖的使用强度和对内部污染物的隔离强度。优选的，所述液体硅酸钠的模数为3.1-3.3。该模数下的液体硅酸钠具有特定的粘度，该粘度下即可以保证凝胶体系的迅速形成，又不会因凝胶体系形成过快而造成垃圾焚烧炉渣的分布不均，保证了免烧砖的整体强度。优选的，所述碱激发剂按质量百分比计，包括：32％的液体硅酸钠、6.5％的NaOH和余量的水。上述优选的碱激发剂的组成可以保证在极低的水灰比下进一步提高免烧砖的抗压强度。本专利技术还提供所述免烧砖的制备方法。该制备方法，至少包括以下步骤：a、将所述垃圾焚烧炉渣粉磨后与掺合料和碱激发剂混合均匀，得到半干料；b、将所述半干料加入模具中压制成型，得到成型试块；c、对所述成型试块进行养护，得到所述免烧砖。相对于现有技术，本专利技术提供的无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖的制备方法，操作简单、无特殊设备需要，普通制砖设备即可完成，且用时短、效率高、成本低，适合推广应用。优选的，步骤a中，所述垃圾焚烧炉渣粉磨后的粒径≤75μm。上述粒径的垃圾焚烧炉渣可进一步提高其中Si和Ca等元素的析出，且上述粒径的垃圾焚烧炉渣加入后，与地聚物产物层形成的核壳结构具体更高的隔离核体和外界联系的能力。优选的，步骤b中，所述压制方法为：10-15KN下保压25-35s。在上述机械压制条件下，试块内部不仅是简单的物理挤压导致的物质间空隙的变小，而是发生了分子间排序的变化，使免烧砖达到了意料之外的抗压强度和密度。优选的，步骤c中，所述养护方法为：将所述半干模块置于55-65℃下养护10-18h。上述养护方法较适合本申请中免烧砖的养护，且时间段、操作简单、成本低，不影响免烧砖的养护效果。优选的，所述养护的过程在烘箱中密封养护。在烘箱中进行恒温密封养护，可以保证免烧砖的稳定硬化过程，进一步提升免烧砖的综合使用强度。附图说明图1是本专利技术实施例1中的压制过程中未反应垃圾焚烧炉渣与外部地聚物产物形成的核壳结构的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种免烧砖，包括以下质量份数的成分：垃圾焚烧炉渣6份，偏高岭土2份和碱激发剂3份；所述垃圾焚烧炉渣按质量百分比计，含有：45.3％的CaO、15％的SiO2，6.8％的Fe2O3和3.1％的Al2O3；垃圾焚烧炉渣中包含的重金属元素有Cu(1586ppm)，Zn(8460ppm)、Pb(1450ppm)和Cr(950ppm)；所述碱激发剂按质量百分比计，包括：30％的液体硅酸钠、6％的NaOH和余量的水；其中，液体硅酸钠的模数为3.1。上述免烧砖的制备方法为：a、将所述垃圾焚烧炉渣粉磨至粒径≤75μm后与上述偏高岭土和碱激发剂混合均匀，得到半干料；b、将所述半干料加入模具中，在10KN下保压35s，得到成型试块；其中，压制过程中未反应垃圾焚烧炉渣与外部体系形成核壳结构的示意图如图1所示，所述的地聚物产物层由偏高岭土、碱激发剂和参与反应的部分炉渣共同形成；c、将上述半干模块置于55℃的烘箱中养护18h，得到所述免烧砖。实施例2一种免烧砖，包括以下质量份数的成分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖，其特征在于：包括以下质量份数的成分：/n垃圾焚烧炉渣6-8份，掺合料2-4份和碱激发剂3-5份；/n所述垃圾焚烧炉渣按质量百分比计，含有：45-50％的CaO、15-20％的SiO

【技术特征摘要】
1.一种无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖，其特征在于：包括以下质量份数的成分：
垃圾焚烧炉渣6-8份，掺合料2-4份和碱激发剂3-5份；
所述垃圾焚烧炉渣按质量百分比计，含有：45-50％的CaO、15-20％的SiO2，6-8％的Fe2O3和3-5％的Al2O3；
所述掺合料为偏高岭土、稻壳灰和火山灰中的至少一种；
所述碱激发剂按质量百分比计，包括：30-34％的液体硅酸钠、6-7％的NaOH和余量的水。


2.如权利要求1所述的无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖，其特征在于：包括以下质量份数的成分：
垃圾焚烧炉渣7份，掺合料3份和碱激发剂4份。


3.如权利要求1所述的无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖，其特征在于：所述液体硅酸钠的模数为3.1-3.3。


4.如权利要求1～3任一项所述的无水泥的垃圾焚烧炉渣基免烧砖，其特征在于：所述碱激发剂按质量百分比计，包括：32％的液体硅酸钠、6.5％的NaOH和余量的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵宁宁，董志君，金宇，杜尚波，
申请(专利权)人：深圳信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44