专利名称：一种用生活垃圾焚烧飞灰与磷矿尾矿制成的烧结砖及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种烧结砖，特别涉及一种用生活垃圾焚烧飞灰与磷矿尾矿制成的烧结砖及其制备方法。
背景技术：
垃圾焚烧飞灰是垃圾焚烧过程中产生的二次污染物(下文中简称飞灰)，其产生率一般为2-5 %。飞灰中富集了较多的重金属、二恶英和溶解盐等有害物质，被许多国家列为一种危险废物，需要经过预处理后方可进行填埋处置或再利用。目前国内对飞灰主要的安全处理处置方法有两种，一是，先进行固化/稳定化处理再进入危险废物填埋场填埋；二是，通过预处理满足更苛刻的浸出指标(生活垃圾填埋场 污染控制标准(GB168892-2008))后可送卫生填埋场填埋。这两种方法在短时间内避免了飞灰中重金属由于浸出对环境造成的危害，但尚存在一些问题。首先，危险废物填埋场填埋费用相当高，飞灰若均在危险废物填埋场填埋处置，年填埋费用可达数亿元；2008年后虽规定飞灰可进入卫生填埋场处置，但之前的预处理费用较高。其次，飞灰填埋占用大量土地资源，填入填埋场的飞灰固化体不能够资源化利用；而且，飞灰填埋并不能销毁二恶英和彻底阻断重金属浸出，具有造成二次污染的潜在可能性。由此，寻找更经济合理且安全的处理处置方法或资源化方法迫在眉睫。磷矿尾矿是磷矿原矿经过磨碎、采用不同选矿技术对磷进行富集后残留的物质，其主要成分为Si02、Ca0、Mg0、Fe203、Al203。我国开采的磷矿80%为中低品位矿，每生产I t磷精矿将产生W(P2O5)为3% 6%的磷矿尾矿约O. 44t，每年大约可产生磷矿尾矿7000kt。因此，需要为磷矿尾矿寻找资源化途径。基于此及城市可持续发展，本课题将飞灰与磷矿尾矿用作主要原料研制烧结砖旨在对飞灰无害化处理处置的同时实现飞灰与磷矿尾矿的资源化。利用飞灰与磷矿尾矿研制烧结砖，不仅能降低烧成过程中的能耗促进低碳发展、有望改善其性能，使其具有一定的潜在市场。更重要的是，可节省大量的飞灰安全填埋处置费用和土地资源并且实现了磷矿尾矿的资源化，因此本课题具有较高的经济意义。烧结砖焙烧过程能稳定/固化飞灰中的重金属，且有望销毁二恶英，实现飞灰的无害化，由此可避免飞灰在填埋过程中的潜在二次污染，具有深远的社会意义。国内外研究现状及发展动态
飞灰处理方式很多，目前常用的主要有固化/稳定化、酸或其它溶剂提取和高温热处理。其中，热处理主要包括烧结和熔融/玻璃化，高温热处理一般能有效破坏飞灰中99 %以上的二恶英污染物，所得固化体中重金属浸出毒性大大降低，是能有效实现飞灰无害化处理的一种方法。飞灰烧结处理所需温度通常低些，它是在低于熔融温度下通过使固体颗粒获得扩散能量将大部分甚至全部气孔从晶体中排除，从而变成致密且坚硬的烧结体的过程。其能耗比飞灰熔融/玻璃化处理低些，且在一定程度上减少了重金属在高温下的挥发；同时，其致密烧结体对重金属起到较好固化作用，且烧结产物通常稳定性高可被资源化利用，近年来成为国内外研究的热点。Mangialardi，将飞灰水洗后压制成底面直径为15 mm，高为20mm的小圆柱形坯体，然后在1，140 °C的高温下煅烧60 min，烧结固化体的抗压强度达到
2.8MPa。Wang等在1，100 V与1，140 1下将飞灰进行烧结处理，获得抗压强度分别为6_8MPa与12 MPa的烧结产物。Polettini等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，在1，100-1，150 °C进行煅烧，所得飞灰烧结固化体性能可满足混凝土粗集料的要求。Huang等将含有重金属的污泥、采矿废弃物与飞灰混合在1，150 1下进行煅烧，所得烧结固化体中重金属固化率与熔融处理相比有所提高。以上烧结所得的固化体通常作为粗集料使用，价值较低，不能补偿处理过程中的较高成本，尚需寻找价值更高的烧结体出路。施惠生等利用飞灰烧制阿利尼特水泥熟料，为 飞灰的资源化利用提供了新途径，但仍须解决在高达1400°C左右的高温下重金属的挥发等问题。国内外尚未见其它学者将飞灰用作主要原料研制陶瓷砖的报道。
发明内容
本发明的目的之一在于为了解决上述的生活垃圾焚烧飞灰无害化与资源化以及磷矿尾矿资源化利用等技术问题而提供一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖。本发明的目的之二在于提供上述的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖的制备方法。本发明的技术方案
一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖，其原料组分按质量百分比计算，其组成及含量如下
生活垃圾焚烧飞灰20 30%
粘土25 30%
磷矿尾矿40 50%。所述的生活垃圾焚烧飞灰，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下
CaO32. 4 39. 1%
SiO217. 3 24. 8%
Al2O34. 9 11. 7%
Fe2O32. 3^5. 9%
MgO2. Γ5. 5%
所述的磷矿尾矿，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下
CaO15. 8^29. 4%
SiO251. 8 68. 7%
Al2O35. 9 10. 5%
Fe2O33. 9 7. 5%
P2O53 6%
MgO2. 7 6. 5%
所述的粘土，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下SiO269. 8-73. 4%
Al2O313. 2-14. 9%
Fe2O34. 1_5· 6%
K2O2. 1-4. 2%
Na2OO. 3-0. 8%
CaOO. 7-1. 5%
MgOI. 1-1. 9% TiO2O. 6-1. 1%
MnOO. 1-0. 2%。上述的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成的烧结砖的制备方法，包括如下步骤
(1)、原料粉碎前预处理
将生活垃圾焚烧飞灰及粘土、磷矿尾矿在10 25°C的干燥室中通风干燥24 48h ；
(2)、原料的粉碎
将步骤(I)所得的经预处理后的原料进行粉碎，控制出料细度50 70%在200 250目之间；
(3)、原料的陈化
将步骤(2)所得的经粉碎后的原料在搅拌机中加水搅拌，控制每IOOkg原料的加水量为5. 5 9L，优选6. 5^8L,搅拌3 5min，之后在室温下静置12 24h使其陈化，陈化后再过50 100目筛，以促进原料的均化和胶团的形成；
(4)、原料的成型
将步骤(3 )经陈化过筛后的原料，在制砖成型机上进行两次加压后坯体成型，控制第一次压力240 420kg/cm2,第二次压力400 700kg/cm2 ；
(5)、还体干燥
将步骤(4)所得的成型坯体在温度为50 100°C的干燥窑中干燥10 15h ；
(6)、烧结成砖
将步骤(5)经干燥后的坯体入熔炉进行煅烧，熔炉的烧成温度控制在1050 1150°C，时间2. 5 3. 5h，即得一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖。上述所得的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖，其尺寸偏差达到GB5101-2003中优等烧结砖的要求；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MU20强度等级；吸水率最大值〈14%，并且平均饱和系数〈O. 90，最大饱和系数〈I. I，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。本发明的有益技术效果
由于随着垃圾焚烧技术的快速发展所产生的飞灰日益增多，飞灰因含有二恶英及大量重金属，是一种公认的危险废物，其二恶英与重金属是处理过程中的难点。然而，飞灰中含有较多的硅酸盐及铝硅酸盐，是一种有用的材料，可资源化利用。磷矿尾矿主要成分是Si02、CaO与Al2O3可取代部分粘土制砖。用飞灰与磷矿尾矿研制烧结砖不仅实现了废物的资源化利用，而且其煅烧过程可销毁飞灰中的二恶英，所得成品致密的结构又能固化飞灰中的重金属，从而达到飞灰无害化的目的。由于现有的飞灰一般经固化处理后在卫生填埋场进行填埋处置，不仅占用大片土地而且处理费极高(填埋场管理费2700元/吨)，我国每年仅飞灰处理费就高达几十亿。磷矿尾矿目前的主要处置方式也是填埋，占用了土地资源。因此，本发明的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成的烧结砖，不但节省了飞灰与磷矿尾矿的处理处置费用，而且还可作为商品带来一定的经济利益，具有一定的经济效益。另外，由于飞灰填埋场处理不能销毁二恶英，其中的重金属也不能降解，一旦发生泄漏将对社会造成极大的危害，因此具有一定的隐患；飞灰填埋场封场后不能再利用，造成资源的大量浪费。本发明的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成的烧结砖，将飞灰制成可利用的安全产品不仅保证了可持续性发展而且也减少了对社会的潜在危害，具有一定的社会意义。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。本发明的各实施例中所用的飞灰取自上海江桥生活垃圾焚烧发电厂、粘土浙江丁
家桥、磷矿尾矿取安徽六国化工公司，其主要化学成分分别如下表所示
各实施例中所用的飞灰、粘土、磷矿尾矿的主要化学成分(%)
权利要求
1.一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖，其特征在于其原料组分按质量百分比计算，其组成及含量如下 生活垃圾焚烧飞灰20 30% 粘土25 30% 磷矿尾矿40 50%; 所述的生活垃圾焚烧飞灰，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 CaO32. 4 39. 1% SiO217. 3 24. 8% Al2O34. 9 11. 7% Fe2O32. 3^5. 9% MgO2. Γ5. 5% 所述的磷矿尾矿，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 CaO15. 8^29. 4% SiO251. 8 68. 7% Al2O35. 9 10. 5% Fe2O33. 9 7. 5% P2O53 6% MgO2. 7 6. 5% 所述的粘土，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 SiO269. 8-73. 4% Al2O313. 2-14. 9% Fe2O34. 1_5. 6% K2O2. 1-4. 2% Na2OO. 3-0. 8% CaOO. 7-1. 5% MgOI. 1-1. 9% TiO2O. 6-1. 1% MnOO. 1-0. 2%。
2.如权利要求I所述的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖，其特征在于其原料组分按质量百分比计算，其组成及含量如下 生活垃圾焚烧飞灰20%粘土30% 磷矿尾矿50% ； 所述的生活垃圾焚烧飞灰，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 CaO36.6% SiO224. 3% Al2O310.6% Fe2O34.9% MgO3. 7%所述的磷矿尾矿，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 CaO16.3% SiO260.4% Al2O37.6% Fe2O36.8% P2O54. 2% MgO4.6% 所述的粘土，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 SiO271.6% Al2O314. 7% Fe2O35. 2% K2O2.9% Na2O0.8% CaO0.9% MgOI. 7% TiO2I. 1% MnOO. I0Zoo
3.如权利要求I所述的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖，其特征在于其原料组分按质量百分比计算，其组成及含量如下 生活垃圾焚烧飞灰25%粘土30% 磷矿尾矿45% ； 所述的生活垃圾焚烧飞灰，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 CaO36.6% SiO224. 3% Al2O310.6% Fe2O34.9% MgO3. 7% 所述的磷矿尾矿，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 CaO16.3% SiO260.4% Al2O37.6% Fe2O36.8% P2O54. 2% MgO4.6% 所述的粘土，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 SiO271.6% Al2O314. 7% Fe2O35. 2%K2O2.9% Na2O0.8% CaO0.9% MgOI. 7% TiO2I. 1% MnOO. 1%。
4.如权利要求I所述的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖，其特征在于其原料组分按质量百分比计算，其组成及含量如下 生活垃圾焚烧飞灰30%粘土30% 磷矿尾矿40% ； 所述的生活垃圾焚烧飞灰，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 CaO36.6% SiO224. 3% Al2O310.6% Fe2O34.9% MgO3. 7% 所述的磷矿尾矿，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 CaO16.3% SiO260.4% Al2O37.6% Fe2O36.8% P2O54. 2% MgO4.6% 所述的粘土，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 SiO271.6% Al2O314. 7% Fe2O35. 2% K2O2.9% Na2O0.8% CaO0.9% MgOI. 7% TiO2I. 1% MnOO. 1%。
5.如权利要求I所述的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖，其特征在于其原料组分按质量百分比计算，其组成及含量如下 生活垃圾焚烧飞灰30%粘土25% 磷矿尾矿45% ；所述的生活垃圾焚烧飞灰，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 CaO36.6% SiO224. 3% Al2O310.6% Fe2O34.9% MgO3. 7% 所述的磷矿尾矿，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 CaO16.3% SiO260.4% Al2O37.6% Fe2O36.8% P2O54. 2% MgO4.6% 所述的粘土，按质量百分比计算，其主要化学成分及含量如下 SiO271.6% Al2O314. 7% Fe2O35. 2% K2O2.9% Na2O0.8% CaO0.9% MgOI. 7% TiO2I. 1% MnOO. I0Zoo
6.如权利要求I飞任意权利要求所述的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成的烧结砖的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)、原料粉碎前预处理 将生活垃圾焚烧飞灰及粘土、磷矿尾矿在10 25°C的干燥室中通风干燥24 48h ； (2)、原料的粉碎 将步骤(I)所得的经预处理后的原料进行粉碎，控制出料细度50 70%在200 250目之间； (3)、原料的陈化 将步骤(2)所得的经粉碎后的原料在搅拌机中加水搅拌，控制每IOOkg原料的加水量为5. 5 9L，搅拌3 5min，之后在室温下静置12 24h使其陈化，陈化后再过50 100目筛，以促进原料的均化和胶团的形成； (4)、原料的成型 将步骤(3)经陈化过筛后的原料，在制砖成型机上进行两次加压后坯体成型，控制第一次压力240 420 kg/cm2,第二次压力400 700kg/cm2 ； (5)、还体干燥 将步骤(4)所得的成型坯体在温度为50 100°C的干燥窑中干燥10 15h ；(6)、烧结成砖 将步骤(5)经干燥后的坯体入熔炉进行煅烧，熔炉的烧成温度控制在1050 1150°C，时间2. 5 3. 5h，即得一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖。
7.如权利要求6所述的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成的烧结砖的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的原料粉碎前预处理即将生活垃圾焚烧飞灰及粘土、磷矿尾矿在15 20°C的干燥室中通风干燥36 40h。
8.如权利要求7所述的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成的烧结砖的制备方 法，其特征在于步骤(2)所述的原料的粉碎过程中控制出料细度60 65%在200 250目之间。
9.如权利要求8所述的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成的烧结砖的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的原料的陈化过程中，控制每IOOkg原料的加水量为6. 5 8L。
10.如权利要求9所述的一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成的烧结砖的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的原料的成型过程控制第一次压力240 300 kg/cm2，第二次压力 700kg/cm2 ； 步骤(5)中所述的成型坯体在温度为60 70°C的干燥窑中干燥15h。
全文摘要
本发明公开了一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖及其制备方法，所述的用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖，其原料组分按质量百分比计算，由20～30%的生活垃圾焚烧飞灰、25～30%的粘土和40～50％的磷矿尾矿组成，其制备方法包括原料粉碎前预处理、原料的粉碎、原料的陈化、原料的成型、坯体干燥及烧结成砖等6个步骤，最终得到一种用生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿制成烧结砖。不仅实现了生活垃圾焚烧飞灰和磷矿尾矿资源化利用问题，而且其煅烧过程可销毁飞灰中的二恶英，所得的成品致密的结构又能固化飞灰中的重金属，从而达到飞灰无害化的目的。
文档编号C04B33/132GK102775130SQ20121024974
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者张海英 申请人:上海应用技术学院