专利名称：用生活垃圾焚烧炉渣制备的混凝土码头砖及其制备方法
技术领域：
本发明属于无机材料、固体废弃物资源化综合利用领域，具体是指资源化利用城 市生活垃圾焚烧炉渣制备混凝土码头砖及其制备方法。
背景技术：
我国大多数城市生活垃圾的处理主要以寻找合适地点加以填埋，资源化利用率极 低。由于城市可用填埋场地越来越少和填埋成本愈来愈高，城市生活垃圾焚烧发电厂已在 我国城市推广应用。随着城市生活垃圾焚烧量的增加，将产生大量生活垃圾焚烧炉渣。焚 烧炉渣是城市生活垃圾焚烧发电厂一的副产品，生活垃圾焚烧炉渣一般包括炉排上残留的 焚烧残渣和从炉排间掉落的细灰，主要由碱金属及碱土金属构成，在焚烧过程中会集微量 的Cd、Hg、Pd、As、Cr、Se、Zn等重金属和氯离子。如不加以处理，上述重金属在酸性条件下 如酸雨，溶出速度较快且溶出量较大，往往会超出我国重金属浸出毒性GB5085. 3-1996的 标准，对生态环境造成危害。随着城市生活垃圾焚烧发电厂建设速度的加快，焚烧炉渣固体 废弃物产生量越来越多。如何变废为宝，化废物为资源，拓宽城市生活垃圾焚烧炉渣的资源化高效利用途 径，已成为城市发展和环保关注的热点问题。目前国际上城市生活垃圾焚烧炉渣的资源化利用途径主要有①石油浙青路面 的替代骨料；②水泥或混凝土的替代骨料；③填埋场覆盖材料；④路提、路基等的填充材料 等。如果考虑其利用位置，主要是被用作陆地水泥基及浙青基工程(如道路、停车场等)和 海洋建筑工程(如人工暗礁、护岸等)。由于焚烧炉渣要经过预处理导致成本升高，质量下 降，因此未大量推广应用。截止目前国内已有四篇关于利用城市生活垃圾焚烧炉渣的专利专利申请号为200410066443. 7的中国专利公开了一种生活垃圾焚烧炉渣集料的 生产工艺，该方法尤指将该炉渣经再生处理为建筑用集料的生产工艺，包括如下步骤进 料、磁选去铁、筛分、风选、破碎、消解、涡电流分选等，生产过程复杂，可操作性差，不利于实 现产业化。申请号为200410016076. X的中国发明专利公开了一种生活垃圾焚烧炉渣制作土 建工程结构层的方法。该方法先以磁选方式分离黑色金属，然后作粒径分选，小于19mm粒 径的筛下物即可作为集料用于市政道路的路基层或替代土源作为生活垃圾填埋场覆盖材 料；最后将筛下物摊铺制作成市政道路路基层或生活垃圾填埋场覆盖结构层，洒水后进行 压实。炉渣回收率较高，但是其中的重金属会给地表水、地下水及周边的环境带来隐患，极 有可能造成二次污染。申请号为200510120665. 7的中国发明专利公开了一种利用生活垃圾焚烧炉渣 生产砌筑水泥的方法。应用该方法生产的砌筑水泥的物理性能均可达到砌筑水泥GB/ T3183-2003标准，但是生活垃圾焚烧炉渣的用量不高，约为15%。申请号为200810199156. 1的中国发明专利公开了一种利用生活垃圾焚烧炉渣生产硅酸盐水泥熟料的方法。该方法在现有新型干法水泥窑炉的基础上对其进行改进，用炉 渣替代部分粘土和石灰石来生产硅酸盐水泥熟料，但是焚烧炉渣带入生料中的有害组分 (碱、氯等)经过处理后无法避免的仍然会对熟料煅烧过程造成一定的影响。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足，提供一种环保、方便、实 用的城市生活垃圾焚烧炉渣制备混凝土码头砖的工艺，是将城市生活垃圾焚烧炉渣作为矿 物添加料，经球磨筛分后与水泥、碎石、河砂和外加剂的水溶液混合搅拌均勻后制成的，该 工艺可以高效处理城市生活垃圾焚烧炉渣，制备的混凝土码头砖的强度满足《混凝土普通 砖和装饰砖》(NY/T671-2003)标准强度等级MU15技术要求。城市生活垃圾焚烧炉渣利用 率可达40%，利用焚烧炉渣制混凝土码头体砖，吃渣量较大，工艺简单，产品成本低。混凝土 码头砖重金属浸出量不超标，且对环境的安全性研究合格。本发明的目的通过如下技术方案实现用生活垃圾焚烧炉渣制备的混凝土码头砖及其制备方法，包括如下步骤(1)以质量百分比计，底层原料按如下配比混合，加水搅拌；生活垃圾焚烧炉渣16.1%- 40.9%
水泥12.9%-、18.1%
碎石12.5%- 30.9%
粗砂 观.1%- 43..9%
外加剂(固体) 2.5% 5.9%其中所述外加剂配成水溶液后再与原料中的其他组分混合，以质量百分比计，底 层原料含水量为8% 12% ；(2)以质量百分比计，面层原料按如下配比混合，加水搅拌；水泥18. 9% 30.1%细砂68. 9% 80.1%所述面层原料含水量为8% 12% ；(3)底层原料与面层原料按质量比(11 17) O 3)分层压制成型，再经养护 即制得混凝土码头砖。所述生活垃圾焚烧炉渣还经过球磨处理，所述球磨是干法球磨，球磨时间为2 5 分钟。所述生活垃圾焚烧炉渣主要是不可燃的无机物以及部分未燃尽的可燃有机物，来 源于垃圾中的玻璃、装修杂物、瓶子、陶瓷、砖块、熔渣等，还含有一定的塑料、金属物质和未 完全燃烧的纸类、纤维、木头等有机物。制备中，根据实际情况，如果生活垃圾焚烧炉渣存在 较大的臭味以及残余的玻璃、装修杂物、瓶子、陶瓷、砖块、塑料、金属物质和未完全燃烧的 纸类、纤维、木头等，该生活垃圾焚烧炉渣在球磨前还包括干燥、除臭和过筛除杂的预处理， 其中，干燥和除臭是同时进行的，生活垃圾焚烧炉渣的干燥可以通过将其平铺晾晒获得，而 臭味会伴随着炉渣的干燥大大减少；该预处理的过筛除杂为过3mm筛，将玻璃、装修杂物、 瓶子、陶瓷、砖块、塑料、金属物质和未完全燃烧的纸类、纤维、木头等去除，取用3mm以下的 炉渣。有些原料需经过上述全部流程，而有些则可能只需1 2道流程，然后进行球磨、筛分，各种原材料分别储存入库，按照配方要求计量。所述生活垃圾焚烧炉渣经过球磨处理 后，还经过筛分处理，所述球磨筛分后的生活垃圾焚烧炉渣为粒度0. 3mm以下的炉渣。所述外加剂为硅酸钠、硫酸钠、氢氧化钠、氯化钙和三乙醇胺中的一种或二种以上 的复合，该外加剂主要是用于提高混凝土的强度。所述分层压制成型是先填好底层原料，进行压制，之后在压制好的底层原料上均 勻填好面层原料，再次进行压制，成型压力在15 22Mpa。所述压制是利用液压机采用双面加压的方式进行的。所述养护是自然养护。上述方法制备的混凝土码头砖是具有底层和面层的双层结构，所述底层厚度为 75 77mm，面层厚度为3 5mm。原料总量控制在3700g左右，按标准码头砖厚度80mm制 备，面层太薄容易脱层，耐磨性也得不到保证，面层太厚则整个砖的强度受到影响。根据行业要求，所述水泥的质量符合国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水 泥》(GB175-1999)、《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》 (GB1344-19^)、《复合硅酸盐水泥》(GB12958-1999)的要求。所述碎石的质量符合国家标准《建筑用卵石、碎石》(GB/T14685-2001)规范II类 的要求；所述粗砂和细砂的质量符合国家标准《建筑用砂》(GB/TM83-1996)规范II类的要 求。本发明的原理利用外加剂调节生活垃圾焚烧炉渣的酸碱度，腐蚀其表面，增强物 料之间的附着力，激发生活垃圾焚烧炉渣的活性，并与水泥的水化产物共同将微量有害重 金属固化，使生产的混凝土码头砖能达到国家标准要求；还使混凝土码头砖的重金属浸出 量不会超标，且对环境的安全性研究合格。本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1、本发明固体废弃物利用率较高，对生活垃圾焚烧炉渣利用率可达40%，而城市 生活垃圾焚烧炉渣占所焚烧生活垃圾量的20 %，这不仅大大降低产品的原料资源成本，而 且变废为宝，为城市生活垃圾焚烧炉渣开辟一种新的资源化利用工艺，减少了生活垃圾焚 烧炉渣所带来的生态环境污染。2、本发明充分利用生活垃圾焚烧炉渣具有的潜在活性可被外加剂激发的机理，解 决了生活垃圾焚烧炉渣在综合利用过程中由于自身的惰性而导致的技术难题，为生活垃圾 焚烧炉渣的资源化利用提供一种新的技术途径。3、本发明制备的生活垃圾焚烧炉渣混凝土码头砖强度高，符合《混凝士普通砖和 装饰砖》(NY/T671-200;3)标准，且安全性评价合格。4、本发明技术灵活性强、工艺简单，成本低，操作易于控制。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明做进一步地详细说明，但本发明实施方式不限于 此。
实施例1 (工艺流程如图1所示)(1)原料处理首先对广州市李坑生活垃圾焚烧发电厂的炉渣进行干燥、除臭和 过筛(筛目3mm)除杂的预处理，然后进行球磨。球磨是干法球磨，球磨时间为2 5分钟， 球磨后对炉渣进行筛分，选取0. 3mm以下炉渣，其他较大粒径的炉渣可再球磨后筛分得到 0. 3mm以下炉渣为原料。(2)粉料制备底料使用双卧轴搅拌机按表1配方(质量百分比％ )先将40. 0%活垃圾焚烧炉 渣、16. 5%水泥、12. 5%碎石、26. 0%粗砂和1. 0%的硅酸钠和4. 0 %的硫酸钠复合的外加 剂的水溶液一起加入搅拌槽，使混合料均勻。在搅拌时严格控制加水量，使底料含水率约为 11. 1% (质量百分比)，一般以握能成团，松手轻触能散开为宜。面料使用双卧轴搅拌机将28. 5%水泥和71. 5%细砂一起加入搅拌加入搅拌槽， 使混合料均勻在搅拌时要严格控制加水量，使面料含水率约为11.1% (质量百分比)。(3)压制成型利用液压机采用双面加压的方式进行压制，先填好底料，成型压力 为ISMPa ；之后在压制好的底层上均勻填好面料，再采用双面加压的方式进行压制，成型压 力为18MPa。(4)自然养护将压制的码头砖放在承重能力强、吸水量低的木板上，放入养护窑 常温常压进行自然养护。经测定，生活垃圾焚烧炉渣制备混凝土码头砖样品的物理性能如表3所示，重金 属浸出毒性如表4所示。实施例2本实施例与实施例1的不同之处在于(2)粉料制备底料使用双卧轴搅拌机按表1配方(质量百分比％ )先将34. 0%活垃圾焚烧炉 渣、16. 2%水泥、22. 8%碎石、24. 0%粗砂和1. 4%的氢氧化钠和2. 6%氯化钙复合的外加 剂的水溶液一起加入搅拌槽，使混合料均勻。在搅拌时严格控制加水量，使底料含水率约为 10. 6% (质量百分比)，一般以握能成团，松手轻触能散开为宜。面料使用双卧轴搅拌机将26. 2%水泥和73. 8%细砂一起加入搅拌槽，使混合料 均勻，在搅拌时要严格控制加水量，使面料含水率约为10.6% (质量百分比)。原料处理、压制成型、自然养护与实施例1相同，经测定，所制得的混凝土码头砖 的物理性能如表3所示。实施例3本实施例与实施例1的不同之处在于(2)粉料制备底料使用双卧轴搅拌机按表1配方(质量百分比％ )先将26. 0%活垃圾焚烧炉 渣、15. 0%水泥、30. 0%碎石、26. 0%粗砂和1. 3%的氢氧化钠、1.4%的硅酸钠和0. 3%的 三乙醇胺三者复合的外加剂的水溶液一起加入搅拌槽，使混合料均勻。在搅拌时严格控制 加水量，使底料含水率约为10. 1% (质量百分比)，一般以握能成团，松手轻触能散开为宜。面料使用双卧轴搅拌机将23. 0%水泥和77. 0%细砂一起加入搅拌槽，使混合料 均勻，在搅拌时要严格控制加水量，使面料含水率约为10. 1% (质量百分比)。
原料处理、压制成型、自然养护与实施例1相同，经测定，制得的混凝土码头砖的 物理性能如表3所示。实施例4本实施例与实施例1的不同之处在于(2)粉料制备底料使用双卧轴搅拌机按表1配方(质量百分比％ )先将18. 0%活垃圾焚烧炉 渣、13. 5%水泥、22. 9%碎石、43. 0%粗砂和0. 4 %的氢氧化钠、0. 4 %硅酸钠和1. 7%的硫 酸钠三者复合的外加剂的水溶液一起加入搅拌槽，使混合料均勻。在搅拌时严格控制加水 量，使底料含水率为9. 3% (质量百分比)，一般以握能成团，松手轻触能散开为宜。面料使用双卧轴搅拌机将20. 5%水泥和79. 5%细砂一起加入搅拌槽，使混合料 均勻，在搅拌时要严格控制加水量，使面料含水率为9. 3% (质量百分比)。粉料制备、压制成型、自然养护与实施例1相同，经测定，制得的混凝土码头砖的 物理性能如表3所示。表1样品底料配方(质量百分比％ )
权利要求
1.用生活垃圾焚烧炉渣制备混凝土码头砖的方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)以质量百分比计，底层原料按如下配比混合，加水搅拌； 生活垃圾焚烧炉渣 16. 1 % 40. 9 %其中，所述外加剂配成水溶液后再与原料中的其他组分混合，以质量百分比计，底层原 料含水量为8% 12% ；(2)以质量百分比计，面层原料按如下配比混合，加水搅拌；所述面层原料含水量为8% 12% ；(3)底层原料与面层原料按质量比(11 17) O 3)分层压制成型，再经养护即制 得混凝土码头砖。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生活垃圾焚烧炉渣还经 过球磨处理，所述球磨是干法球磨，球磨时间为2 5分钟。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述生活垃圾焚烧炉渣在球磨前还包括 如下预处理对生活垃圾焚烧炉渣进行干燥和除臭，再将其过3mm筛，取用3mm以下的生活 垃圾焚烧炉渣。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述生活垃圾焚烧炉渣经过球磨处理 后，还经过筛分处理，所述筛分后的生活垃圾焚烧炉渣为粒度0. 3mm以下的炉渣。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述外加剂为硅酸钠、硫酸 钠、氢氧化钠、氯化钙和三乙醇胺中的一种或二种以上的复合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述分层压制成型是先填好 底层原料，进行压制，之后在压制好的底层原料上均勻填好面层原料，再次进行压制，成型 压力在15 22Mpa。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述压制是利用液压机采用双面加压的 方式进行的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤中，所述养护是自然养护。
9.权利要求1 8任意一项方法制备的混凝土码头砖，其特征在于，该码头砖是具有底 层和面层的双层结构，所述底层厚度为75 77mm，面层厚度为3 5mm。水泥 碎石 粗砂 外加剂·12. 9% 18. 1% 12. 5% 30. 9% 28. 43. 9% 2. 5% 5. 9%水泥 细砂·18. 9% 30. 1% 68. 9% 80. 1%
全文摘要
本发明公开了用生活垃圾焚烧炉渣制备的混凝土码头砖及其制备方法，该方法包括通过改善原料配比及工艺参数来提高混凝上码头砖的强度，原料配比为生活垃圾焚烧炉渣18.1％～40.9％、水泥12.9％～18.1％、碎石12.5％～30.9％、粗砂28.1％～43.9％和外加剂2.5％～5.9％。本发明提供的工艺不仅可以为解决目前与日俱增的生活垃圾焚烧炉渣的处置问题提供一种技术途径，实现生活垃圾焚烧废渣资源化利用，而且可以减少生活垃圾焚烧炉渣排放、堆积、填埋而占用大量的土地及造成生态环境的污染。本发明方法具有生活垃圾焚烧炉渣资源化利用率较高、工艺简单、操作方便、运行成本低等特点。
文档编号C04B28/00GK102092992SQ20101053923
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者吴清仁, 曹旗, 杨媛, 殷素红 申请人:华南理工大学