专利名称：一种利用垃圾焚烧飞灰制备快硬型水泥基胶粘剂的方法
技术领域：
本发明属于新材料技术、环保节能技术领域，涉及垃圾焚烧飞灰等固体废弃物的 利用以及生产一种快硬型水泥基胶凝剂的技术。
背景技术：
随着城市建设的飞速发展、人口快速增长，城市生活垃圾的排放量也在急剧增加， 成分也越来越复杂。以生活垃圾为例，1987年全国城市生活垃圾清运量才5398万吨，到 1997年猛增到1. 2亿吨，2002年我国城市垃圾已达1. 5亿吨以上，并以每年8% 10%的 速度在增长，预计到2010年我国城市生活垃圾的年排放量将达到2. 1亿吨。这些废弃物对 人类生存的自然环境构成了严重的威胁——危害公众的身心健康、传播各种疾病、污染生 态环境、破坏农田土质等，已经成为社会关注的焦点，并且成为各国政府迫切需要解决的问 题之一。目前常用垃圾处理方法主要有卫生填埋、堆肥和焚烧等。但卫生填埋和堆肥等传 统方法由于种种弊端，已无法满足城市发展的需要。而生活垃圾焚烧技术以其处理速度快、 占地面积少、减量化效果好等优点逐渐在垃圾处理过程中扮演着越来越重要的角色。近年 来我国已有不少城市如上海、北京、珠海、广州等地也已建成了一些垃圾焚烧厂，焚烧灰渣 的年排放量已突破45万t。虽然城市垃圾焚烧技术可以有效的处理生活垃圾(焚烧产生的灰渣只占焚烧前 总重量的20 % 30 %，体积减少到原来的90 % )，但焚烧后所产生的飞灰(约占灰渣总 量的20%)仍对环境具有较大的危害。飞灰作为一种高比表面积物质，它不但富集大量 的汞、锡、铅等有毒重金属，而且也富集了大量的二噁英类物质，是一种同时兼具重金属 危害性和对环境有持久危害性的双料危险废弃物。但同时垃圾焚烧飞灰的主要成分属 CaO-SiO2-Al2O3(Fe2O3)体系，具有资源化利用的潜力。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。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。另外，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。本发明涉及的胶粘剂主要应用于内外墙瓷砖、大理石、花岗岩等装饰材料的粘帖。 胶粘剂按照化学成分和凝结时间可分为c类-水泥基胶粘剂，D类-膏状乳液胶粘剂，R 类_反应型树脂胶粘剂。其中由水硬性胶凝材料、矿物集料、有机外加剂组成的粉状C类水 泥基胶粘剂，因其价格低廉，使用方便等因素，使其在我国建筑工程的内外装饰墙上得到了 广泛的应用。
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我国在瓷砖粘接剂的使用方面，经历了水泥净浆、水泥砂浆、107胶添加剂、干粉砂 浆胶粘剂等几个阶段。使用水泥净浆，由于水泥水化后会产生收缩较大使得瓷砖容易脱落， 而且瓷砖脱落没有预见性，易造成事故。于是人们开始使用水泥砂浆，水泥砂浆虽然较纯水 泥收缩小，主要是砂子的存在限制了一部分水泥产生的收缩，但没有从根本上解决问题，砂 浆的柔性依然较差，瓷砖脱落的问题仍然存在。107胶作为粘接瓷砖的水泥砂浆的添加剂， 曾经得到广泛应用，107胶是聚乙烯醇与甲醛的缩合产物，其性能对水泥净浆和水泥砂浆有 了很大改善，但随着人们健康环保意识的提高，甲醛对人体健康有较大威胁，国家有关部门 规定禁止使用107胶。在此情况下，干粉砂浆胶粘剂开始被应用在各种工程中，其主要由无 机胶凝材料、砂子、矿物集料、保水剂、可分散性乳胶粉等组成。干粉砂浆粘接剂中加入的有 机物使粘接剂具有较大柔性，能够补偿水泥凝结后在各种环境中产生的变形，其粘接强度 也较水泥净浆和水泥砂浆高，因此，现在此类粘接剂被广泛使用在各种工程中。生产水泥基胶粘剂所需的原料有粘接材料、集料和化学添加剂。集料大多采用石 英砂，石英砂一般经过冲洗、干燥、筛分等预处理，以保证力度和质量符合配方要求。粘接材 料分为无机粘接材料和有机粘接材料，无机粘接材料主要使用普通硅酸盐水泥，对于有快 硬和其他特殊要求的粘结剂，可采用快硬性的高铝水泥或特种水泥。有机粘接剂的加入可 以改善水泥及砂浆的特性。众所周知，水泥砂浆是一种非常坚硬、脆性打、柔性差的脆性材 料，而建筑施工中通常需要的粘接剂要有柔性，变形性要好。通过有机粘接剂的加入可以改 善水泥砂浆的性能，常用的材料有聚乙烯醇、可再分散乳胶粉等。当有机粘接剂与水泥混 合后，水分蒸发时，聚合物粒子通过聚结，形成一层聚合物薄膜，从而起到胶粘剂的作用，聚 合物薄膜作为有机粘接剂，将各种填料的例子胶结在一起，增强了砂浆材料的粘接强度，提 高了内聚力，降低了弹性模量，增强了材料的弹性和抗弯强度，提高了材料的耐冲击性和耐 候性，降低了材料的吸水性，提高了材料使用过程的保水性，并在砂浆与基层的界面处产生 了很强的黏附力。化学添加剂的加入可以改善砂浆的施工应用性能，常用的添加剂有保水 增稠齐IJ、表面活性剂、消泡剂、防冻齐 、触变剂、调凝剂等。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在保证产品性 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，利用垃圾焚烧飞灰制备快硬型水泥基胶粘剂的方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种利用垃圾焚烧飞灰制备快硬型 水泥基胶粘剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)硫铝酸盐水泥的煅烧将硫铝酸盐生料在电炉中以20 30°C /min的升温速度至1200 1250°C，然后保 温1 2h制成硫铝酸盐熟料，将硫铝酸盐熟料90wt% _95wt%与无水石膏5wt% -IOwt % 混合得到硫铝酸盐水泥；(2)快硬型水泥基胶粘剂的制备将硫铝酸盐水泥40wt% -50wt%、石英砂 40wt% _50wt%、粉煤灰 5wt% -IOwt %, 羟丙基甲基纤维素醚0. 2wt% -0. 3wt%，可再分散胶粉Iwt % -2wt%，纤维0. Iwt % 0. 2衬％进行拌合即得快硬型水泥基胶粘剂。
所述的硫铝酸盐生料的配方如下垃圾焚烧飞灰IOwt % -ISwt %、脱硫石膏 15wt% -25wt%、石灰石 30wt% -40wt%、铝矾土 25wt% -32wt%。所述的硫铝酸盐熟料的质量符合《硫铝酸盐水泥》(GB 20472-2006)中有关规定 即熟料中Al2O3彡30. 0% ；SiO2彡10. 5%，硫铝酸盐水泥熟料3d的抗压强度彡55MPa。所述的硫铝酸盐熟料的主要矿物组成如下C4J3云55wt % -75wt % ； C2S15wt% -30wt% ； C4AF3wt% _6wt%。与现有技术相比，本发明综合利用了垃圾焚烧飞灰、脱硫石膏和粉煤灰等固体废 弃物，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。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1-3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1原材料的化学成分/Vt% 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。表2硫铝酸盐熟料的主要化学成分1% 将上述煅烧熟料掺加5%无水石膏制成硫铝酸盐水泥，其物理性能如表3所示。表3硫铝酸盐水泥主要物理性能
5 将上述硫铝酸盐水泥与石英砂、羟丙基甲基纤维素醚和可再分散胶粉拌合混勻， 即可制得一种快硬型水泥基胶粘剂，选取配制胶粘剂的三个配方(质量比)①硫铝酸盐水泥50% ；粉煤灰5% ；石英砂(0. 1 0. 5mm) 42. 6% ；羟丙基甲基 纤维素醚0. 3% ；可再分散胶粉2% ；纤维(0. 2 0. 4mm) :0. 1%。②硫铝酸盐水泥45% ；粉煤灰8% ；石英砂(0. 1 0. 5mm) 45. 1% ；羟丙基甲基 纤维素醚0. 25% ；可再分散胶粉1. 5% ；纤维(0. 2 0. 4mm) 0. 15%。③硫铝酸盐水泥40% ；粉煤灰10% ；石英砂(0. 1 0. 5mm) 48. 6% ；羟丙基甲 基纤维素醚0. 2% ；可再分散胶粉；纤维(0. 2 0. 4mm) :0. 2%。将上述胶粘剂，参照JC/T 547-2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》方法进行检测，结果如 表4所示。表4快硬型水泥基胶粘剂试验结果 实施例4—种利用垃圾焚烧飞灰制备快硬型水泥基胶粘剂的方法，该方法包括以下步骤(1)硫铝酸盐水泥的煅烧将硫铝酸盐生料垃圾焚烧飞灰18wt%、脱硫石膏、石灰石35wt%、铝矾 土 32wt%，在电炉中以20°C /min的升温速度至1200°C，然后保温Ih制成硫铝酸盐熟料，将 硫铝酸盐熟料90%与无水石膏IOwt %混合得到硫铝酸盐水泥；硫铝酸盐熟料的质量符合《硫铝酸盐水泥》(GB 20472-2006)中有关规定即熟料 中Al2O3 ^ 30.0% ；SiO2彡10. 5%，硫铝酸盐水泥熟料3d的抗压强度彡55MPa。硫铝酸盐熟料的主要矿物组成如下C4X3云75wt%% ；C2S15wt% ;C4AF3wt%。(2)快硬型水泥基胶粘剂的制备将硫铝酸盐水泥49. 6wt %、石英砂40wt % %、粉煤灰8wt %，羟丙基甲基纤维素醚 0. 25wt%，可再分散胶粉2wt%，纤维0. 15衬％进行拌合即得快硬型水泥基胶粘剂。实施例5一种利用垃圾焚烧飞灰制备快硬型水泥基胶粘剂的方法，该方法包括以下步骤(1)硫铝酸盐水泥的煅烧将硫铝酸盐生料垃圾焚烧飞灰IOwt %%、脱硫石膏25wt%、石灰石40wt%、铝矾 土 25wt % %，在电炉中以30°C /min的升温速度至1250°C，然后保温2h制成硫铝酸盐熟料， 将硫铝酸盐熟料95%与无水石膏5衬％混合得到硫铝酸盐水泥；硫铝酸盐熟料的质量符合《硫铝酸盐水泥》(GB 20472-2006)中有关规定即熟料 中Al2O3 ^ 30.0% ；SiO2彡10. 5%，硫铝酸盐水泥熟料3d的抗压强度彡55MPa。硫铝酸盐
熟料的主要矿物组成如下-.C4A3S 55wt% ;C2S30wt% ;C4AF6wt%。(2)快硬型水泥基胶粘剂的制备将硫铝酸盐水泥40wt %、石英砂50wt %、粉煤灰8. 6wt %，羟丙基甲基纤维素醚 0. 3wt%，可再分散胶粉，纤维0. 1衬％%进行拌合即得快硬型水泥基胶粘剂。
权利要求
一种利用垃圾焚烧飞灰制备快硬型水泥基胶粘剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)硫铝酸盐水泥的煅烧将硫铝酸盐生料在电炉中以20～30℃/min的升温速度至1200～1250℃，然后保温1～2h制成硫铝酸盐熟料，将硫铝酸盐熟料90wt％ 95wt％与无水石膏5wt％ 10wt％混合得到硫铝酸盐水泥；(2)快硬型水泥基胶粘剂的制备将硫铝酸盐水泥40wt％ 50wt％、石英砂40wt％ 50wt％、粉煤灰5wt％ 10wt％，羟丙基甲基纤维素醚0.2wt％ 0.3wt％，可再分散胶粉1wt％ 2wt％，纤维0.1wt％～0.2wt％进行拌合即得快硬型水泥基胶粘剂。
2.根据权利要求1所述的一种利用垃圾焚烧飞灰制备快硬型水泥基胶粘剂的方法， 其特征在于，所述的硫铝酸盐生料的配方如下垃圾焚烧飞灰10wt% -18wt%、脱硫石膏 15wt% -25wt%、石灰石 30wt% -40wt%、铝矾土 25wt% -32wt%。
3.根据权利要求1所述的一种利用垃圾焚烧飞灰制备快硬型水泥基胶粘剂的方法，其 特征在于，所述的硫铝酸盐熟料的质量符合《硫铝酸盐水泥》(GB20472-2006)标准，即熟料 中Al2O3彡30. 0% ；SiO2彡10. 5%，硫铝酸盐水泥熟料3d的抗压强度彡55MPa。
全文摘要
本发明涉及一种利用垃圾焚烧飞灰制备快硬型水泥基胶粘剂的方法，该方法包括以下步骤(1)硫铝酸盐水泥的煅烧将硫铝酸盐生料在电炉中以20～30℃/min的升温速度至1200～1250℃，然后保温1～2h制成硫铝酸盐熟料，将硫铝酸盐熟料与无水石膏混合得到硫铝酸盐水泥；(2)快硬型水泥基胶粘剂的制备将硫铝酸盐水泥、石英砂、粉煤灰，羟丙基甲基纤维素醚，可再分散胶粉，纤维进行拌合即得快硬型水泥基胶粘剂。与现有技术相比，本发明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。
文档编号C09J1/00GK101921548SQ20091005285
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者原峰, 吴凯, 施惠生, 邓恺 申请人:同济大学