利用垃圾焚烧飞灰、脱硫石膏制备混凝土膨胀剂的方法技术

一种利用垃圾焚烧飞灰、脱硫石膏制备混凝土膨胀剂的方法：包括以下两个步骤：(1) 采用垃圾焚烧飞灰、脱硫石膏、石灰石、铝矾土为原料，在电炉中以升温、保温得到硫铝酸 盐熟料；(2)将上述硫铝酸盐熟料与脱硫石膏共同粉磨制得混凝土膨胀剂。步骤(1)中是将 原料在电炉中以20～30℃/min的升温速度至1200～1250℃，然后保温1～2h得到硫铝酸盐熟 料；步骤(2)中是将硫铝酸盐熟料与脱硫石膏共同粉磨至比表面积大于250m2/kg。综合利用 垃圾焚烧飞灰、脱硫石膏等固体废弃物完全替代天然石膏，部分替代石灰石、铝矾土等不可 再生矿产资源；在保证产品性能的同时，能够减轻飞灰、脱硫石膏等由于未被利用对环境造 成的严重负担以及处理费用，具有很好的经济和社会效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新材料技术、环保
，涉及垃圾焚烧飞灰和脱硫石膏等固体废弃物的 利用以及生产混凝土膨胀剂的技术。
技术介绍
混凝土膨胀剂是指掺入混凝土后，能使混凝土在硬化过程中因化学作用产生一定体积膨 胀的外加剂。混凝土的裂缝防治是混凝土工程界长期以来致力解决的一大技术问题，而利用 膨胀剂的收缩补偿作用是目前工程中应用最为普遍的控制混凝土裂缝的方法。混凝土膨胀剂的用途十分广泛，主要用在补偿收縮混凝土、填充用膨胀混凝土、灌浆材 料和自应力混凝土中。混凝土膨胀剂还常被作为防水剂的原材料，膨胀剂与减水剂、缓凝剂 等复配使用可以同时满足混，土在减水、缓凝和防水、膨胀等方面的技术要求。目前，硫铝酸钙类(C^^)膨胀剂是应用非常普遍的一种膨胀剂，其产生膨胀能的原因是 由于硫铝酸钙水化物(钙矾石)的生成。1958年，美国人A.克莱因(A.Kldn)研制成功了一种硫铝酸盐型水泥，取名K型水泥，并 取得了膨胀水泥的专利。该水泥在1963年开始用于收縮补偿混凝土，并大量生产，在多种结 构中推广应用。1965年到1972年间，日本购买了美国K型膨胀水泥专利，并在此技术基础上，研制成 功了硫铝酸钙膨胀剂(Calcium Sulfo-Aluminate，—简称CSA)。这种膨胀剂是用石灰石、矾土和 石膏配制生料，经电融烧制成的一种含有C^^、 CaO和CaS04的熟料，然后将其粉磨成粉 状产品，这种产品应用于收缩补偿混凝土和自应力混凝土，取得很大成功。我国从20世纪70年代开始进行混凝土膨胀剂的研究，中国建筑材料科学研究院研制成 功了类似于日本CSA的硫铝酸钙膨胀剂，与日本电融法的区别是，他们采用回转窑烧结法制 备CSA熟料，粉磨至比表面积为(200-300)n^/kg而制成膨胀剂。我国膨胀剂虽开发较晚，但由于推广应用工作开展得较好，1990年销量达到1.8万吨。 随着掺膨胀剂的补偿收缩混凝土结构自防水、超长无缝设计和施工方法以及大体积混凝土裂 渗控制三大应用技术的推广，膨胀剂的销量逐年递增，1994年达到18万吨，1998年达到30 万吨，2003年达到60万吨，2007年更是达到100万吨，居世界同类产品之首。然而目前市 售的硫铝酸盐膨胀剂主要是以煅烧矾土，石灰石，天然二水石膏为主要生产原料。由于当前资源能源的有效利用和环境问题引起了人们的高度重视，提倡可持续发展的战 略。由于使用的矾土、石灰石、石膏等是天然矿物，天然资源是不可再生资源，这对日益紧 张的资源构成了威胁，所以寻求天然资源的替代品是当前建材行业发展的一个趋势。城市垃圾焚烧飞灰中因含有总二噁英(PCDDs)和总呋喃(PCDFs)、较高浸出浓度的重金属 而属于危险废弃物，而同时焚烧飞灰中的主要化学成分属CaO — Si02—Al203(Fe203)体系，所 以焚烧飞灰既有污染性，又有资源利用性。2008年我国飞灰产量突破50万吨，焚烧飞灰进 入危险废弃物填埋场的年处理费用将超过140亿元。除了费用问题，危险废弃物填埋场还存 在一些其它问题。目前我国的生活垃圾焚烧厂的建设要远远超过危险废弃物填埋场的建设步 伐，每天都会产生大量的垃圾焚烧飞灰急需寻找合适的出路，因此如何安全有效地处置利用 垃圾焚烧飞灰已成为急需解决的环境和社会问题。国内外对焚烧飞灰的处置着重于无害化处 理，如熔融固化、水泥沥青固化等，而对其所具有的资源性却未能得到利用。我国烟气脱硫技术的主要有湿法脱硫工艺、干法脱硫和半干法脱硫等，其中，湿法脱硫 工艺的应用比例高达85%。但是，这种石灰石—石膏法湿法脱硫工艺产生的后果就是脱硫石 膏大量堆放、分解造成二次污染，对气候、土壤、植物和人类健康带来危害。另外，许多化工企业生产过程中的副产石膏早已积弊为患。预计到2010年，脱硫石膏和化工副产品石膏 将超过1亿吨。如何处置这些工业废弃物，已成为各国政府迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。 为达到上述目的，本专利技术的解决方案是本专利技术中，新型混凝土膨胀剂的生产包括硫铝 酸盐熟料的煅烧和硫铝酸盐熟料与石膏的粉磨两个过程。本专利技术中，硫铝酸盐熟料是采用垃圾焚烧飞灰、脱硫石膏、石灰石、铝矶土为原料，在 电炉中^20 3(TC/min的升温速度至1200 125(TC，然后保温1 2h而成。熟料的主要矿物 是C"^、 C2Sft]C4AF，这通过以下的方法(配方)即可控制实现。硫铝酸盐熟料质量应该符合《硫铝酸盐水泥》(GB 20472-2006)中有关规定即熟料中 Al2O3%^30.0%; Si02 %^10.5%,硫铝酸盐水泥熟料3d的抗压强度^55MPa。这样的质量通 过以下的方法(配方)即可控制实现。硫铝酸盐熟料的生料配方如下(质量比)垃圾焚烧飞灰10% 18%;石灰石30% 40%;脱硫石膏15% 25%;铝砜土25% 32%。硫铝g盐熟料的主要矿物组成如下(质量比)C4^S: 55% 75%; C2S: 15% 40%; C4AF: 1% 3%; C12A7: 1% 7%。新型混凝土膨胀剂中，硫铝酸盐熟料的质量比控制在45% 55%，脱硫石膏的质量比 控制在45% 55%。生产中，可将原料按照上述比例混合后放入球磨机中共同粉磨至比表面 积大于250m2/kg，例如(300^400) m2/kg。膨胀剂的作用原理是C;45和石膏反应生成钙矾石(C3A《aS(V32H20)，使混凝土产生 微膨胀。在上述比例条件下，膨胀的效果能够得到最大程度的发挥。如果石膏掺量大于55%， 有可壟会造成凝结时间过短，膨胀不足；而如果石膏掺量低于45%，可能会造成石膏不足， CV43^不能完全参与反应，不能最大程度地生成钙矾石，从而造成熟料的浪费。在上述比例 范围内， 一般而言，石膏掺量越大，凝结时间越短，详细可见表4和表5。由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是本专利技术综合利用了垃圾焚烧飞灰、脱硫石膏等固体废弃物完全替代天然石膏，部分替代 石灰石、铝矾土等不可再生矿产资源，在生产的新型混凝土膨胀剂中，废弃物总替代率达到 50%以上。在保证产品性能的同时，能够减轻了飞灰、脱硫石膏等由于未被利用对环境造成 的严重负担以及处理费用，具有很好的经济和社会效益。具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术作进一步的说明。试竺用主要原材料有脱硫石膏、垃圾焚烧飞灰、石灰石、矾土。原料的主要化学成分如 表1所示表l原材料的化学成分 /%原料CaOSi02A1203MgOS03Fe2(D3Ti02LossTotal垃圾灰39.1015.904.351.647.241.910.6126.7397.48石灰石54.900.440.081.300.030.040.0043.1499.93脱硫石膏33.382.681.760,1241.730.480.0818.9999.12巩土0.646.1371.000.260.071.222.8916.2698.47根据设计的矿物熟料组成进行配料计算得垃圾灰15%;石灰石36%;脱硫石膏19%;矾土 30%。将上述比例的原料以30。C/min的升温速度在1200'C的电炉中煅烧1小时后取出急冷。硫铝酸盐熟料的化学成分如表2所示，硫铝酸盐熟料物理性能如表3所示。表2硫铝酸盐熟料的主要化学成分/%CaO 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土膨胀剂的制备方法，其特征在于：包括以下两个步骤：　（１）采用垃圾焚烧飞灰、脱硫石膏、石灰石、铝矾土为原料，在电炉中以升温、保温得到硫铝酸盐熟料；　（２）将上述硫铝酸盐熟料与脱硫石膏共同粉磨制得混凝土膨胀剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施惠生，邓恺，吴凯，原峰，余永乐，韩道宁，
申请(专利权)人：施惠生，邓恺，吴凯，原峰，余永乐，韩道宁，
类型：发明
国别省市：31