一种利用垃圾焚烧飞灰生产喷射加固用水泥基复合材料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新材料技术、环保技术领域，具体涉及一种利用垃圾焚烧飞灰喷射加 固用水泥基复合材料的方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济社会建设的快速发展以及城市化规模的逐渐扩大，城市垃圾产量也 在逐年增多。城市垃圾简单堆放不仅浪费宝贵土地资源，还会对生态环境和人类健康造成 严重威胁。因此，城市生活垃圾无害化处理的能力已直接制约着我国社会、经济和生态环境 的可持续发展。现阶段，我国生活垃圾无害化处理方式主要以填埋为主、堆肥和焚烧为辅。 随着城市垃圾焚烧技术具备的减容、减量和资源化等显著优势，其大有成为处理生活垃圾 的首选方法。尽管生活垃圾焚烧处理具有显著技术优势，但处理过程中所隐含的二次污染 问题也正成为人们关注的热点。
[0003] 城市生活垃圾焚烧过程产生二次废弃物，主要包括底灰和飞灰。其中垃圾焚烧底 灰资源化综合利用已得到广泛支持和应用，但由于焚烧飞灰具有复杂的表面特性，从烟气 中吸附或形成了高浓度的无机和有机污染物，特别是其中含有高浓度的重金属和剧毒性二 恶英化合物(参见表1和表2)，以及高浓度的可溶性盐类物质，都制约了其资源化利用。另 一方面，垃圾焚烧飞灰的主要成分属CaO-SiO 2-Al2O3 (Fe2O3)体系，与传统混凝土用辅助性胶 凝材料组分相似，具有作为建筑材料资源化利用的潜力。目前垃圾焚烧产生底灰的资源化 利用在美国、日本和欧洲已有几十年历史，但是飞灰一般是经稳定化处理后直接送至填埋 场填埋，其资源化利用还处于尝试阶段。在未来可预期一段时间内，我国城市垃圾焚烧飞灰 的排放量仍将急速增加，因此采取适当的技术措施处理垃圾焚烧飞灰以达到无害化、资源 化的目的，就显得十分重要和紧迫。
[0004] 垃圾焚烧飞灰通常是细小尘粒，颜色从白色到灰色和黑色不等。扫描电镜下可以 观察到垃圾焚烧飞灰形状多为扁平形和圆形，凝聚成团，或类似粉煤灰呈球形颗粒，也有用 碎海绵、卷纸状等词语来描叙飞灰形状的。其中相当一部分垃圾焚烧飞灰为无定形，颗粒较 松散，孔隙率较高，颗粒表面凹凸不平。垃圾焚烧飞灰在焚烧灰渣中大约占10%~20% (质 量分数)，且2/3以上的化学物质是硅酸盐和钙，其他的化学物质包括铝、铁和钾。焚烧飞 灰中的主要结晶物质是以石英（Si0 2)、氯盐(钾盐KC1、钠盐NaCl和钙盐CaCl2)和硫酸盐 (CaSO4)形式存在，同时还存在少量的方解石（CaC0 3)。根据垃圾焚烧飞灰的本征特性，将其 用于烧结水泥是一种有效的资源化利用途径，但是往往生产工艺设备复杂，在当前的经济 技术条件下难以普及。同时由于我国居民的生活习惯，垃圾焚烧飞灰中的氯化物含量高达 10%，在使用飞灰作为原料来烧制常规水泥时，容易在窑尾、风管和排风机等地方生成低温 共熔物而结皮和堵塞通道，影响水泥生产的连续性；其次飞灰中的硫和碱能与耐火砖中的 硅酸盐相反应，侵蚀和降低耐火砖的保温效果，大大降低了它的经济性和节能性。基于此， 本发明拟通过将垃圾焚烧飞灰与一种新型绿色水泥一一磷酸镁水泥进行复合，对水泥用氧 化镁、磷酸盐等原材料进行优化设计，同时辅以一定量偏高岭土、缓凝剂以改善和调控产品 性能，研制一种可用于喷射混凝土的高性能水泥基复合材料。
[0005] 表1灰渣中的微量有害有机物/ng/g
【主权项】
1. 一种利用垃圾焚烧飞灰生产喷射加固用水泥基复合材料的方法，其特征在于具体步 骤如下： (1)将菱镁矿（MgCO3)经1000-1300°C高温分解制得MgO,比表面积在1800-3010cm 2/g ; (2 )MgO表面进行预处理，将MgO和占MgO质量分数2%~10%的预处理材料混合，并于 乙醇中并搅拌均匀，待乙醇蒸发完全后，具有缓凝作用的材料吸附在氧化物颗粒表面； (3)参照《喷射混凝土加固技术规程》（CECS161-2004)和《铁路混凝土工程施工质量 验收标准》（TB 10424-2010)中关于喷射加固混凝土对于水泥的技术要求，初凝时间不超过 5min，终凝时间不超过10min，28天强度大于32. 5Mpa，为达到上述质量要求，将步骤（2)得 到的MgO与磷酸盐、垃圾焚烧飞灰、偏高岭土、缓凝剂按比例混合，制得磷酸镁水泥基复合 材料；按质量百分比计： 预处理后MgO : 10~30% ; 磷酸盐：15~40%; 垃圾焚烧飞灰：10~40% ; 偏高岭土 ： 15~40% ; 缓凝剂：2~8% ; 其总质量满足100%。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（2)中所述预处理材料为乙二醇、活性 硅烷偶联剂、脂肪酸、脂肪酸酯、明胶或硼酸盐一种或几种。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（3)中所述磷酸盐为磷酸二氢钾或磷 酸二氢铵。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（3)中所述缓凝剂为硼酸、硼砂、氧化 锌、柠檬酸锂、醋酸锂或木质素磺酸盐中任一种。
【专利摘要】本发明涉及一种利用垃圾焚烧飞灰生产喷射加固用水泥基复合材料的方法，具体为：将菱镁矿（MgCO3）经1000-1300℃高温分解制得MgO，比表面积在1800-3010cm2/g；将MgO表面进行预处理，将预处理的MgO与磷酸盐、垃圾焚烧飞灰、偏高岭土、缓凝剂按比例混合，制得磷酸镁水泥基复合材料；按质量百分比计：预处理后MgO：10～30%；磷酸盐：15～40%；垃圾焚烧飞灰：10～40%；偏高岭土：15～40%；缓凝剂：2～8%；其总质量满足100%。本发明在获得优异产品性能同时，降低煅烧MgO所需温度，科学、高效处置利用垃圾焚烧飞灰等有毒有害固体废弃物，赋予其高附加值，对发展低碳经济、建设资源节约型和环境友好型社会产生积极意义。
【IPC分类】C04B18-06, C04B28-34
【公开号】CN104803655
【申请号】CN201510179780
【发明人】吴凯, 施惠生, 徐玲琳, 徐名凤, 居正慧
【申请人】同济大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月16日