一种利用垃圾焚烧飞灰和纳米材料制备硅酸盐水泥的方法及其产品技术

本发明专利技术公开了一种利用垃圾焚烧飞灰和纳米材料制备硅酸盐水泥的方法及其产品。该方法包括以下步骤：混合水和糯米粉，加入纳米材料，边加热边搅拌，加入垃圾焚烧飞灰砂浆，搅拌均匀，即得到硅酸盐水泥。本发明专利技术制备方法简单，所需原料获取途径广泛；纳米调控固化试剂抗压强度及对重金属的稳定性均显著提高，最高抗压强度可达42.79MPa，远高于未调控固化试剂的25.17MPa；同时，纳米调控固化试件重金属和氯离子浸出浓度明显低于未调控固化试件，铅、铜、镉、总铬的最低浸出浓度分别仅为0.00028mg/L、0.007mg/L、0.00004mg/L、0.041mg/L，氯最低含量为0.05%。量为0.05%。量为0.05%。

【技术实现步骤摘要】
一种利用垃圾焚烧飞灰和纳米材料制备硅酸盐水泥的方法及其产品


[0001]本专利技术涉及一种利用垃圾焚烧飞灰和纳米材料制备硅酸盐水泥的方法及其产品，属于危险废弃物无害化处置领域。

技术介绍

[0002]垃圾焚烧过程需对所产生的烟气进行净化处置。垃圾焚烧飞灰是对所产生的烟气进行脱硝、冷却、脱硫后从布袋捕集器中获得的一种粉体状的物质。目前，大部分垃圾焚烧发电厂中所应用的焚烧炉为炉排炉，其产生的垃圾焚烧飞灰的量占总焚烧垃圾的3%～5%。垃圾焚烧飞灰属于危险废弃物（HW18），具有环境毒害性，不仅含有重金属及二噁英类有机污染物，而且还含有大量的可溶氯盐，对环境危害极大。
[0003]目前，针对垃圾焚烧飞灰的无害化处置方法包括：螯合填埋法、水洗解毒法、电解解毒法、固化稳定化法等。其中固化/稳定化技术是国际上处理有毒废物的主要方法之一，因具备操作便捷、工艺流程短、稳定化效果显著等优势得到广泛应用及推广。现用于固化/稳定化方法的胶凝材料包括：石灰、水泥、沥青、玻璃熔融体等。其中普通硅酸盐水泥因来源广发且应用范围广而被最早应用于垃圾焚烧固化处置。但是，应用硅酸盐水泥固化垃圾焚烧飞灰存在诸多缺陷，包括固化体强度低且重金属及氯化物固化效果差等。因为硅酸盐水泥固化过程主要通过硅酸盐水化反应实现，而飞灰中的重金属和氯盐会显著阻碍硅酸钙水化反应的进行，使得水化反应中断。
[0004]若通过向硅酸盐水泥中补充纳米材料，可以预期纳米材料可在一定程度上提高固化体重金属稳定化效果。但纳米材料在砂浆环境中易团聚，扩散效果差，且纳米材料无法参与或强化水泥自身的水化反应过程。
[0005]专利申请（申请号：2023103931998，名称：基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法）公开了一种利用纳米材料和垃圾焚烧飞灰制备硅酸镁水泥的方法，但是该方法定位于利用硅基纳米材料（纳米二氧化硅与纳米硅酸钠）制备纳米改性硅反应料，再基于纳米改性硅反应料与氧化镁和垃圾焚烧飞灰反应（非硅酸盐水泥），实现垃圾焚烧飞灰解毒，所涉及原料多，工艺较为复杂，推广难度大，对于应用非硅基纳米材料实现提升现有硅酸盐水泥或硅酸盐水泥砂浆的固化性能没有任何有益的技术启发。
[0006]因此，综合而言，若要更充分地推广固化技术，需要研发新型技术，以克服现有应用硅酸盐水泥固化垃圾焚烧飞灰中所存在的问题。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种制备方法简单，原料获取途径广泛的利用垃圾焚烧飞灰和纳米材料制备硅酸盐水泥的方法及其产品。
[0008]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种利用垃圾焚烧飞灰和纳米材料制备硅酸盐水泥的方法，包括以下步骤：
（1）混合水和糯米粉，搅拌均匀，得到糯米浆；（2）将纳米材料和步骤（1）中所述的糯米浆混合，边加热边搅拌，得到纳米调控米糊；（3）将步骤（2）中所述的纳米调控米糊与垃圾焚烧飞灰砂浆混合，搅拌均匀，即得到硅酸盐水泥。
[0009]其中，步骤（1）中所述水和糯米粉的液固比为1~4:1mL:g。
[0010]其中，步骤（2）中所述纳米材料和糯米浆的质量比为5~50:10000；此时所制备硅酸盐水泥重金属铅浸出毒性均小于0.05mg/L、铜浸出毒性均小于0.1mg/L、镉浸出毒性均小于0.01mg/L、铬浸出毒性均小于0.15mg/L、氯化物含量均低于0.6%、单轴抗压强度均高于33MPa。
[0011]其中，步骤（2）中所述纳米材料包括纳米石墨烯、纳米活性炭粉末或纳米羟基磷灰石，此时所制备硅酸盐水泥性能接近。
[0012]其中，步骤（2）中所述加热的温度为50~150℃，时间为0.5~2.5小时；此时所制备硅酸盐水泥重金属铅浸出毒性均小于2.5
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3 mg/L、铜浸出毒性均小于9.6
×
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‑3mg/L、镉浸出毒性均小于9.3
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‑4mg/L、铬浸出毒性均小于0.1mg/L、氯化物含量均低于0.25%、单轴抗压强度均高于37MPa。
[0013]其中，步骤（2）中所述搅拌的速率为40~400rpm，时间为0.5~2.5小时。
[0014]其中，步骤（3）中所述纳米调控米糊和垃圾焚烧飞灰砂浆的质量比为0.25~3.75:100，此时所制备硅酸盐水泥重金属铅浸出毒性均小于0.05mg/L、铜浸出毒性均小于0.1mg/L、镉浸出毒性均小于0.01mg/L、铬浸出毒性均小于0.15mg/L、氯化物含量均低于0.6%、单轴抗压强度均高于33MPa。
[0015]优选地，步骤（3）中所述纳米调控米糊和垃圾焚烧飞灰砂浆的质量比为0.25~3.5:100。
[0016]优选地，步骤（3）中所述纳米调控米糊和垃圾焚烧飞灰砂浆的质量比为0.25~3.25:100。
[0017]其中，步骤（3）中所述养护时间为7~28天。
[0018]本专利技术还提供了一种由所述方法制备的硅酸盐水泥。
[0019]反应机理：将纳米材料与糯米浆混合，加热过程中糯米浆中的直链淀粉和支链淀粉易加载在纳米材料表面，从而不仅有利于提高纳米材料分散性，也有利于增加纳米材料表面活性位点。在垃圾焚烧飞灰砂浆胶凝过程中，表面改性纳米材料不仅可通过元素再分配机制强化水泥水化成核效应，同时可通过表面加载的支链淀粉聚合物分散、调控水化产物生长过程，增强凝胶硬化过程中纳米级裂纹桥接能力。
[0020]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：1、本专利技术制备方法简单，所需原料获取途径广泛；2、纳米调控固化试剂抗压强度及对重金属的稳定性均显著提高，最高抗压强度可达42.79MPa，远高于未调控固化试剂的25.17MPa；3、同时，纳米调控固化试件重金属和氯离子浸出浓度明显低于未调控固化试件，铅、铜、镉、总铬的最低浸出浓度分别仅为0.00028mg/L、0.007mg/L、0.00004mg/L、0.041mg/L，氯最低含量为0.05%。
附图说明
[0021]图1为本专利技术处理方法的流程图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0023]纳米材料为纳米石墨烯、纳米活性炭粉末、纳米羟基磷灰石中任意一种或多种。其中纳米石墨烯来自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，货号为G478332；纳米活性炭粉末来自南京动量材料科技有限公司，货号为NCP
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HV；纳米羟基磷灰石来自阿拉丁，货号为H106378。
[0024]垃圾焚烧飞灰砂浆：为垃圾焚烧飞灰和标准硅酸盐水泥砂浆（临沂市建存装饰材料有限公司；品牌：汉优）混合物，其中垃圾焚烧飞灰掺量为20%。垃圾焚烧飞灰由江苏常熟第二生活垃圾焚烧发电厂公司提供，主要包括36.2%CaO、23.9%Cl、11.0%SO3、11.6%Na2O、6.33%K2O、4.38%SiO2、1.40%Fe2O3、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用垃圾焚烧飞灰和纳米材料制备硅酸盐水泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）混合水和糯米粉，搅拌均匀，得到糯米浆；（2）将纳米材料和步骤（1）中所述的糯米浆混合，边加热边搅拌，得到纳米调控米糊；（3）将步骤（2）中所述的纳米调控米糊与垃圾焚烧飞灰砂浆混合，搅拌均匀，倒入模具，养护，即得到硅酸盐水泥。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述水和糯米粉的液固比为1~4:1mL:g。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述纳米材料和糯米浆的质量比为5~50:10000。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述纳米材料包括纳米石墨烯、纳米活性炭粉末或纳米羟基磷灰石中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄涛，宋东平，金俊勋，陈强，狄洋洋，韦少港，周璐璐，张树文，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：