专利名称：一种用飞灰制备饰面砖的方法
技术领域：
本发明涉及一种使用烧结料或废料或废物作为砂浆、混凝土或人造石填料制备建筑材料地方法，更具体的说是涉及一种利用生活垃圾焚烧产生的飞灰制备建筑饰面砖的方法。
背景技术：
生活垃圾焚烧飞灰是一种公认的危险废物，其中浓缩了大量的重金属并且还包含有少量的剧毒二恶英类有机物，我国GWKB3-2000明文规定飞灰是一种危险废物必须进行无害化处理。但飞灰又是一种资源，飞灰中含有较多的硅酸盐、铝酸盐，可用做建筑材料的掺和料；飞灰中较多的玻璃体以及许多活泼的网络活化金属离子又使得飞灰具有一定的活性；此外，飞灰200目左右的粒径组成也增加了飞灰的活性，可以节省资源化过程中的能耗。目前，国内外对飞灰进行处理处置的研究主要集中在先无害化处理再进填埋场填埋上，有关飞灰的资源化利用研究很少。
垃圾焚烧技术的发展使得生活垃圾焚烧飞灰的排放量逐年增加，以上海为例，上海现有的四座焚烧厂都投入运营后，日处理垃圾量达几千吨，排灰量若按照2～4％计算则四厂日排灰量高达几百吨。目前飞灰主要的处理方法是固化然后填入危险废物填埋场。固化过程不但浪费了许多水泥基材料，而且固化后体积膨胀，增加了在危险废物填埋场中所占的空间；危险废物填埋场管理费用相当高(目前是2,700元/吨)，飞灰进入危险废物填埋场处理的高额费用给财政造成了很大的负担；填入危险废物填埋场的飞灰固化体不能够资源化利用，造成了大量资源的浪费；从长远的角度讲，飞灰进填埋场还会造成二次污染。由此可见，飞灰在危险废物填埋场中进行处置只是一种暂时安全但耗资巨大的方法。此外，我国目前生适垃圾焚烧厂的建设速度远远超过危险废物填埋场的建设速度，每天大量的飞灰都在等着安全处理。国内仅在上海、深圳、沈阳等几个城市建设了满足技术规范的危险废物填埋场，并且所建填埋场的填埋能力和使用年限也是有限的。由此寻找更经济合理的飞灰处理方法迫在眉睫。
飞灰资源化利用的处置方法有固化/稳定化包括水泥固化、沥青固化、化学药剂稳定化等；高温处理，包括烧结与熔融/玻璃化等，然后填入专门填埋场或资源化利用；提取飞灰中的重金属，包括酸浸取、生物及生物制剂提取、高温提取等，然后将提取的重金属资源化利用。其中高温处理技术是目前唯一能够破坏二恶英和其它有毒有机化合物的的飞灰处理技术，可分为玻璃固化(vitrification)、熔融分离(fusion)和烧结(sintering)。熔融分离是将飞灰加热到熔融温度(1,200～1,400℃)，熔融后低沸点的重金属及盐类将蒸发至气相，由排气集尘系统收集，难挥发重金属因密度大一部分沉在熔炉的底部分离，可回收利用；另一部分则残留于熔渣中。熔渣淬火后形成玻璃态物质，可作为建材使用。飞灰熔融处理技术在日本应用最广，目前大约有4％灰渣采用熔融法处理，截至1999年在建的和已经运行的焚烧灰渣熔融厂约有21家。单纯的飞灰熔融技术虽然能够取得一定的减容固化效果，但由于所得玻璃态材料的硬度、热性能等较差，从而限制了其在建筑材料等领域的应用，通常只能用于路基材料、水泥混凝土的混合材料或再次送入填埋场填埋，附加值较低；熔融过程中又会产生少量高浓度的熔融炉飞灰(其Cd和Pb浓度是熔融前的5-10倍)；飞灰熔融的费用也非常高，在全球难以推广。玻璃固化是将飞灰或飞灰与玻璃料的混合物加热到1,000～1,200℃以上的熔融温度，并控制熔炉的气氛防止重金属的挥发，熔融物质淬火形成玻璃态，有害物质被固化在玻璃态中从而避免了对环境的污染。Young Jun Park等人在飞灰中加入5％SiO2后在1,500℃高温下熔融30min，待飞灰的物理和化学状态改变后，降温使其固化形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结晶结构将飞灰牢固地封闭在玻璃体中。所得玻璃体的的维式强度为4,000～5,000MPa，抗折强度为60～90MPa，断裂韧性达到0.9MPa m1/2，完全可以资源化利用。此种处理方法对飞灰有很好的减重、减容效果，因为1,500℃时氯化物基本上都挥发出来，飞灰一般可以减重2/3左右。同时熔融后重金属被牢固地束缚在SiO2硅氧四面体组成的网络结构中，浸出率很低，可以满足目前的浸出标准。但耗电高达600～1,250kWh/t，并且熔融过程中产生了含大量重金属及酸性气体的烟尘，增加了系统处理费用，使得处理费用高达166～500美元/t，只有经济发达的国家才能规模化应用。T.Mangialardi等人的研究中将飞灰压制成底面直径为15mm，高为20mm的小圆柱形坯体，然后在1,140℃的高温下煅烧60min，烧结固化体的抗压强度达到28N/mm2，满足意大利对混凝土中粗集料强度的要求，因此这种飞灰烧结固化体可用做混凝土中的掺加料。但这种方法要求飞灰必须经过水洗进行预处理，否则飞灰中的硫酸盐、氯盐以及玻璃体对烧结固化过程极为不利。1,140℃的煅烧高温使得这种处理方法的能耗与费用非常高，而且煅烧所得的固化体只是作为粗集料使用，价值较低并不能补偿处理过程中的花费，是一种高能耗低产出的方法；此外，水洗过程中又产生了二次污染，增加了环境的负担，因此从可持续性发展的角度来讲是一种不可取的方法。A.polettini等人在T.Mangialardi烧结处理方法的基础上做了进一步的研究，在飞灰中添加了碎玻璃以及一些矿石等添加剂激发飞灰的活性，结果煅烧出了性能更好的飞灰烧结固化体并且不需水洗预处理。但其煅烧温度仍高达1,100～1,150℃，能耗非常高，难于推广。并且所得烧结固化体不能直接用作建材，只能用做混凝土的掺加料，经济效益较低。上述飞灰资源化的方法均是考虑将飞灰烧结成混凝土集料，不但能耗高产出低，而且在高温煅烧下重金属的挥发非常严重，排放的烟气中重金属的浓度非常高从而造成二次污染；此外所得烧结固化体一旦破损，包容在里面的重金属就会在适当的环境中浸出，造成环境污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用飞灰制备建筑饰面砖的方法，该方法无二次污染、能耗低、能够简便可靠地实现飞灰资源化。
本发明采用的技术方案一种用飞灰制备饰面砖的方法，包括下列步骤
(a)将飞灰5～30份(重量份)、米黄泥40～65份(重量份)、耐火砂5～30份(重量份)和长石5～20份(重量份)在20±5℃的干燥室中通风干燥36～48小时，然后进行混合粉磨，物料细度在200～250目之间的占55％～70％；
(b)经过粉磨的物料在搅拌机中加水搅拌，每100kg物料加水5～8L，搅拌3～5分钟，室温下静置12～24小时陈化，陈化后的物料再过50～100目筛，并在制砖成型机上压力成型，成型压力控制为400～700kg/cm2；
(c)成型所得坯体在50～100℃干燥窑中干燥12±2h，然后入推板窑煅烧18±1h，推板窑烧成温度控制为950～1050℃制得饰面砖。
步骤a所述混合粉磨是在由颚式破碎机与雷蒙磨两部分组成的组合粉磨设备中进行，物料首先在颚式破碎机内进行一级破碎，经破碎的物料由斗式提升机运送到磨头仓，随后进入雷蒙磨进行二级破碎，粒径小于100目的颗粒经旋风筒在物料仓中收集。
步骤b所述压力成型通过两次加压完成，第一次加压240～420kg/cm2，第二次为满负荷加压。
本发明的有益效果本发明将生活垃圾焚烧飞灰用于研制饰面砖，通过煅烧可彻底销毁其中的二恶英，并固化飞灰中的重金属，达到生活垃圾焚烧飞灰无害化处理的目的。本发明无二次污染、能耗低、简便可靠地实现了飞灰资源化的目的。本发明制备的飞灰饰面砖的尺寸偏差达到GB5101-2003中优等饰面砖的要求；表观质量达到了GB5101-2003中对特等品与一等品的要求；强度等级达到MU15强度等级；吸水率最大值＜14％，并且平均饱和系数＜0.88，最大饱和系数＜0.9，制品完全达到GB5101-2003中对抗风化能力的要求；制品完全满足抗冻性能的要求；石灰爆裂达到一等或优等品的要求；泛霜达到优等品或一等品的要求；抗化学腐蚀能力为A级。所得飞灰饰面砖制品具有较好的宏观性能，可用于铺砌道路等用途。
图1是实验用生活垃圾焚烧飞灰的XRD图谱；
图2是实验用米黄泥的XRD图谱；
图3是实验用耐火砂的XRD图谱；
图4是实验用长石的XRD图谱；
图5是用飞灰制备饰面砖工艺流程图。
具体实施例方式
下面通过附图对本发明进一步详细描述实验用生活垃圾焚烧飞灰取自上海浦东生活垃圾焚烧发电厂，主要化学成分是CaO、SiO2、Al2O3，如表1所示。如图1生活垃圾焚烧飞灰的XRD图谱显示，其主要矿物成分是二氧化硅以及钙、钾、铝的硅酸盐，玻璃相含量很高，如图1所示。生活垃圾焚烧飞灰中含有的SiO2与Al2O3是飞灰饰面砖原材料的主要化学组成，其中的CaO、其它活泼碱性氧化物及玻璃相能够降低飞灰饰面砖的烧结温度。因此，生活垃圾焚烧飞灰可用于研制飞灰饰面砖。实验中生活垃圾焚烧飞灰的掺加量为5～30％。
表1实验用生活垃圾焚烧飞灰的主要化学成分(％)
实验用米黄泥是自然界中存在的一种米黄色陶土，主要产于江苏省宜兴周边的山上。米黄泥的主要化学成分是SiO2与Al2O3，如表2所示；主要矿物成分为石英(SiO2)、伊利石(K(Al，Fe，Mg)(Si，Al)4O10(OH)2)和高岭石(Al2Si2O5(OH)4)，其XRD图谱如图2所示。实验中米黄泥的掺加量为40～65％。
表2实验用米黄泥的主要化学成分(％)
实验用耐火坯粉碎而成的熟料称耐火砂，它的加入能够提高成品率。耐火砂主要化学成分是SiO2与Al2O3，如表3所示；主要矿物组成是石英(SiO2)、堇青石((Mg，Fe)2Al4Si5O18)、多水高岭石(CaAl2Si2O8·4H2O)、伊利石(K(Al，Fe，Mg)(Si，Al)4O10(OH)2)和白云母(KAl2(AlSi3O10)(OH)2)，其XRD图谱如图3所示。实验中耐火砂的掺加量为5～30％。
表3实验用耐火砂的化学成分(％)
实验用长石取自江苏宜兴建筑陶瓷厂，主要化学成分是SiO2、Al2O3、K2O、Na2O等，如表4所示；主要矿物成分是钾长石(KAlSi3O8)、钠长石(NaAlSi3O8)、石英和白云母，其XRD图谱如图4所示。实验中长石的掺加量为5～20％。
表4实验用长石的化学成分(％)
用飞灰制备饰面砖的方法如图5所示一种用飞灰制备饰面砖的方法，包括下列步骤(a)将飞灰5～30份(重量份)、米黄泥40～65份(重量份)、耐火砂5～30份(重量份)和长石5～20份(重量份)在20±5℃的干燥室中通风干燥36～48小时，然后进行混合粉磨，物料细度在200～250目之间的占55％～70％；(b)经过粉磨的物料在搅拌机中加水搅拌，每100kg物料加水5～8L，搅拌3～5分钟，室温下静置12～24小时陈化，陈化后的物料再过50～100目筛，并在制砖成型机上压力成型，成型压力控制为400～700kg/cm2；(c)成型所得坯体在50～100℃干燥窑中干燥12±2h，然后入推板窑煅烧18±1h，推板窑烧成温度控制为950～1050℃制得饰面砖。步骤a所述混合粉磨是在由颚式破碎机与雷蒙磨两部分组成的组合粉磨设备中进行，物料首先在颚式破碎机内进行一级破碎，经破碎的物料由斗式提升机运送到磨头仓，随后进入雷蒙磨进行二级破碎，粒径小于100目的颗粒经旋风筒在物料仓中收集。步骤b所述压力成型通过两次加压完成，第一次加压240～420kg/cm2，第二次为满负荷加压。
实施例
实施例中生活垃圾焚烧飞灰、米黄泥、耐火砂与长石的主要化学成分如表4～7所示。
表4实验用生活垃圾焚烧飞灰的主要化学成分(％)
表5米黄泥的主要化学成分(％)
表6耐火砂的主要化学成分(％)
表7实验用长石的化学成分(％)
物料首先在干燥室(19℃)通风干燥40小时，然后在建陶厂专用粉磨设备中粉磨，出料颗粒级配如表8所示。
表8出料颗粒级配(％)
物料经过粉磨后在搅拌机中加水搅拌，每100kg物料的加水量为7.5L，搅拌4分钟，之后在室温下静置18小时使其陈化。陈化后的物料再过筛(80目)，目的是促进物料的均化和胶团的形成。陈化过筛后的物料，在制砖成型机上进行压力成型，成型机的型号为TC2680，电机功率为7.5KW，成型压力为700kg/cm2，第一次成型压力为420kg/cm2，第二次成型压力为700kg/cm2。成型所得坯体在干燥窑中(60℃)干燥13h。干燥后的坯体入推板窑进行煅烧，整个煅烧过程18.5h，推板窑的烧成温度控制在980℃，最后制得飞灰饰面砖。经检测飞灰饰面砖的尺寸偏差达到GB5101-2003中优等饰面砖的要求；表观质量达到了GB5101-2003中对特等品与一等品的要求；强度等级达到MU15强度等级；吸水率最大值＜14％，并且平均饱和系数＜0.88，最大饱和系数＜0.9，制品完全达到GB5101-2003中对抗风化能力的要求；制品完全满足抗冻性能的要求；石灰爆裂达到一等或优等品的要求；泛霜达到优等品或一等品的要求；抗化学腐蚀能力为A级。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用飞灰制备饰面砖的方法，包括下列步骤
(a)将飞灰5～30份(重量份)、米黄泥40～65份(重量份)、耐火砂5～30份(重量份)和长石5～20份(重量份)在20±5℃的干燥室中通风干燥36～48小时，然后进行混合粉磨，物料细度在200～250目之间的占55％～70％；
(b)经过粉磨的物料在搅拌机中加水搅拌，每100kg物料加水5～8L，搅拌3～5分钟，室温下静置12～24小时陈化，陈化后的物料再过50～100目筛，并在制砖成型机上压力成型，成型压力控制为400～700kg/cm2；
(c)成型所得坯体在50～100℃干燥窑中干燥12±2h，然后入推板窑煅烧18±1h，推板窑烧成温度控制为950～1050℃制得饰面砖。
2.根据权利要求1所述一种用飞灰制备饰面砖的方法，其特征是步骤a所述混合粉磨是在由颚式破碎机与雷蒙磨两部分组成的组合粉磨设备中进行，物料首先在颚式破碎机内进行一级破碎，经破碎的物料由斗式提升机运送到磨头仓，随后进入雷蒙磨进行二级破碎，粒径小于100目的颗粒经旋风筒在物料仓中收集。
3.根据权利要求1所述一种用飞灰制备饰面砖的方法，其特征是步骤b所述压力成型通过两次加压完成，第一次加压240～420kg/cm2，第二次为满负荷加压。
全文摘要
本发明公开了一种用飞灰制备饰面砖的方法，包括下列步骤(a)将飞灰、米黄泥、耐火砂和长石在20±5℃的干燥室中通风干燥36～48小时，然后进行混合粉磨；(b)经过粉磨的物料在搅拌机中加水搅拌，每100kg物料加水5～8L，搅拌3～5分钟，室温下静置12～24小时陈化，陈化后的物料再过50～100目筛，并在制砖成型机上压力成型；(c)成型所得坯体在50～100℃干燥窑中干燥12±2h，然后入推板窑煅烧18±1h，推板窑烧成温度控制为950～1050℃制得饰面砖。本发明无二次污染、能耗低、简便可靠地实现了飞灰资源化的目的，所得飞灰饰面砖制品具有较好的宏观性能，可用于铺砌道路。
文档编号C04B18/06GK1788959SQ200510111559
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月15日 优先权日2005年12月15日
发明者张海英, 赵由才, 祁景玉, 许实 申请人:上海应用技术学院