一种消除MSWI底灰遇碱发泡膨胀的方法—高温煅烧熔融法与流程

本发明涉及一种消除mswi底灰遇碱发泡膨胀的方法，此方法可以彻底消除由mswi底灰遇碱发泡膨胀导致碱激发试件的变形，显著提高mswi底灰的聚合反应活性，实现高强mswi底灰碱激发材料的制备。

背景技术：

城市生活垃圾焚烧(municipalsolidwasteincineration)后的产物主要分为两类：一类是飞灰，约占灰渣总量的20％，由于飞灰中含有大量的重金属以及剧毒污染物，所以飞灰在我国属于严格管控的固体废弃物。另一类是底灰，约占灰渣总量的80％。底灰通常收集于燃烧锅炉的底部，主要由不同类型的大颗粒物(<45mm)组成，底灰在我国属于可直接回收利用的固体废弃物。随着城市生活垃圾焚烧量的逐年剧增，将产生大量的固体废弃物—mswi底灰，mswi底灰的大量积存不仅占用土地资源，带来严重的环境污染，还将成为大量病原微生物与害虫的孳生地，严重威胁生态环境以及人身健康。而mswi底灰的填埋处理不仅消耗大量的人力与物力资源，而且仍无法解决填埋造成的占用土地与环境污染问题。因此，mswi底灰的多渠道、大规模资源化安全消纳已迫在眉睫。

由于mswi底灰中含有大量的si、al、fe和ca等元素以及硅酸盐与硅铝酸盐矿物质，所以mswi底灰是一种可回收利用的固体废弃物，尤其适合作为碱激发材料的原材料使用。近年来，国内外专家对mswi底灰碱激发材料进行了深入的研究。结果表明，mswi底灰遇碱发生严重的发泡膨胀现象，导致碱激发试件发生膨胀变形，产生致命缺陷，无法建立强度，因此mswi底灰遇碱发泡膨胀现象已成为阻碍mswi底灰材料使用的最大障碍。而目前已有的处理方法(水洗或na2co3溶液清洗mswi底灰)无法有效缓解发泡膨胀现象，仅起到局部缓解膨胀变形的影响，对mswi底灰碱激发试件强度的改善作用不明显。所以只有彻底消除mswi底灰遇碱发泡膨胀的影响，显著提升mswi底灰碱激发试件的强度，才能实现mswi底灰的大规模安全消纳与资源化回收利用。

本专利通过高温煅烧熔融法，将mswi底灰煅烧至熔融态，达到为mswi底灰改性增强的目的，彻底消除膨胀变形对mswi底灰碱激发试件的影响。同时通过高温煅烧mswi底灰，消除mswi底灰中残留的有机质与未燃尽物质，显著提升mswi底灰的聚合反应活性，实现高强度mswi底灰碱激发材料的制备。以mswi底灰为原材料制备碱激发试件不仅可以实现mswi底灰的资源化利用，变废为宝，而且作为新型胶凝材料，mswi底灰碱激发材料可部分代替水泥，既可以消除mswi底灰大量堆积所造成的环境污染问题，又可以缓解对硅酸盐水泥的过度依赖，减少对不可再生资源的过度消耗，对于我国这样一个能源紧缺和环境污染比较严重的国家具有重要的意义。

技术实现要素：

1.一种消除mswi底灰遇碱发泡膨胀的方法—高温煅烧熔融法，其特征是：mswi底灰碱激发试件的制备过程包括：高温煅烧工艺、混料工艺与制备工艺，具体方法如下：

(1)高温煅烧工艺：首先将mswi底灰原料(图1(a)所示)置于高温煅烧炉内，在大于等于1050℃条件下持续恒温煅烧30分钟以上，确保mswi底灰由不规则块状完全转变为熔融态(图1(b)所示)。然后将mswi底灰块体取出，置于室温环境中迅速冷却。最后经过破碎与球磨工艺，制成mswi底灰微粉(图1(c)所示)。采用mswi底灰微粉制备碱激发试件就不会产生发泡膨胀现象，既彻底消除了mswi底灰碱激发试件的膨胀变形。

(2)混料工艺：将mswi底灰微粉、高炉粒化矿渣微粉与熟石灰粉进行称量配料，然后放入混料机中混合均匀，得到混合料。

(3)制备工艺：将混合料置于搅拌锅中，加入试验用水与naoh，先慢搅10秒然后快搅20秒。再加入液态硅酸钠并快搅30秒，最后加入试验用砂并快搅30秒即可准备成型。

2.根据权利要求1所述的一种消除mswi底灰遇碱发泡膨胀的方法—高温煅烧熔融法，其特征是：所述的mswi底灰微粉为城市生活垃圾焚烧的产物，破碎与球磨工艺使mswi底灰微粉的比表面积≥300m²/kg，粒径小于50μm的mswi底灰颗粒占总质量的90％以上；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高炉粒化矿渣为符合gb/t18046-2008标准规定的s95级粒化高炉矿渣微粉，高炉粒化矿渣经磁选除铁处理并球磨使其达到比表面积≥400m²/kg，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量90％以上。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述熟石灰是生石灰粉经充分消解、烘干后的熟石灰粉，0.08mm的方孔筛的筛余量为0。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述液态硅酸钠为模数在1.0-3.0之间、波美度在37°—41°之间的激发剂。

附图说明

图1为mswi底灰的煅烧过程示意图。图中：(a)为mswi底灰原料；(b)为熔融态mswi底灰；(c)为mswi底灰微粉。

图2为mswi底灰碱激发试件煅烧熔融消泡预处理示意图。图中：(a)为未消泡处理试件；(b)为煅烧熔融消泡试件。

有益效果：由于采用了上述方案，所述的mswi底灰碱激发试件具有以下有益效果：

1)彻底消除了mswi底灰遇碱发泡膨胀的影响

mswi底灰中残留大量的金属铝，而金属铝的外表层形成了致密的氧化铝保护膜，由于氧化铝的熔点较高(大于1000℃)，城市生活垃圾的焚烧过程(800℃)无法破坏氧化铝保护膜，所以单质铝能够在mswi底灰中稳定存在。当mswi底灰与naoh溶液相遇时，氧化铝保护膜迅速溶解，导致内部的单质铝与naoh溶液发生氧化还原反应，放出大量的氢气，这是导致mswi底灰遇碱发泡膨胀的根本原因。当mswi底灰煅烧到熔融态时，氧化铝保护膜完全破坏，内部的单质铝在高温条件下转变为氧化铝，而氧化铝与naoh溶液发生中和反应，不再生成气体，因此高温煅烧熔融法彻底消除了mswi底灰遇碱发泡膨胀的现象。

2)显著改善mswi底灰的活性

由于城市生活垃圾焚烧的不均匀与不彻底性，导致mswi底灰中仍残留大量的有机质与未燃尽物质，而有机质与未燃尽物质不具备聚合反应活性，对mswi底灰碱激发试件强度的发展带来不利影响。高温煅烧不仅彻底消除了mswi底灰中仍残留的有机质与未燃尽物质，还显著提高了mswi底灰的聚合反应活性，有利于促进mswi底灰碱激发试件强度的发展。

3)显著提升mswi底灰碱激发试件的强度

高温煅烧熔融法彻底消除了mswi底灰遇碱发泡膨胀的现象，提高了mswi底灰的聚合反应活性，使mswi底灰碱激发试件变得均匀致密，显著提高了试件的强度。由表1可以看出，未采用消泡预处理时，试件c-1养护28天的抗压强度仅为7.2mpa，而采用高温煅烧熔融法后，试件c-2养护28天的抗压强度上升到60.7mpa，比试件c-1提高了743％，因此，高温煅烧熔融法显著增强了mswi底灰碱激发试件的强度。

4)实现mswi底灰的资源化利用

高温煅烧熔融法彻底消除了mswi底灰遇碱发泡膨胀的现象，显著提高了mswi碱激发试件的强度。养护28天mswi碱激发试件的抗压强度增长到60.7mpa，超过po52.5级水泥胶砂的强度，完全适合作为结构材料在工程中应用。因此高温煅烧熔融法实现了高强度mswi底灰碱激发材料的制备，为mswi底灰的大规模安全消纳与资源化回收利用提供技术保障，消除mswi底灰大量堆积所造成的环境污染问题，缓解mswi底灰填埋处理过程中消耗的大量人力与物力资源，减少对土地资源的占用。

5)显著的环境效益和社会效益

采用mswi底灰为主要原料制备mswi底灰碱激发试件，可以逐步实现对水泥材料的替代，减少对水泥材料的需求，不仅可以缓解水泥生产对石灰石、黏土与能源的过快消耗，减轻水泥生产所带来的高污染问题，而且可以变废为宝，逐步消除mswi底灰填埋所带来的种种环境污染问题，所产生的环境效益和社会效益将无法估量。

优点：本发明通过高温煅烧熔融法，彻底消除了mswi底灰遇碱发泡膨胀对碱激发试件的影响，改善了mswi底灰的聚合反应活性，显著提升了mswi底灰碱激发试件的强度，实现了mswi底灰作为碱激发材料在建筑材料中的应用。同时该胶凝材料可以大量替代水泥而应用于混凝土拌合料的制作，能够减缓水泥制造对石灰石与黏土资源的过快消耗，变废为宝，逐步消除生产水泥所带来的种种环境污染问题，实现mswi底灰的资源化利用、具有显著的环境效益和社会效益。

具体实施方式：

实施例1：一种消除mswi底灰遇碱发泡膨胀的方法—高温煅烧熔融法，其特征是：原料组成及配合比如表1所示，碱激发试件的制备过程包括：高温煅烧工艺、混料工艺与制备工艺，具体方法如下：

(1)高温煅烧工艺：首先将mswi底灰原料置于高温煅烧炉内，在1100℃条件下持续恒温煅烧30分钟。然后将熔融态的mswi底灰块体取出，置于室温环境中迅速冷却。最后经过破碎与球磨工艺，制成mswi底灰微粉。

(2)混料工艺：将mswi底灰微粉、高炉粒化矿渣微粉与熟石灰粉进行称量配料，然后放入混料机中混合均匀，得到混合料。

(3)制备工艺：按表1配合比将混合料置于搅拌锅中，加入试验用水与naoh，先慢搅10秒然后快搅20秒。再加入液态硅酸钠并快搅30秒，最后加入试验用砂并快搅30秒即可准备成型。

2.根据权利要求1所述的一种消除mswi底灰遇碱发泡膨胀的方法—高温煅烧熔融法，其特征是：所述的mswi底灰微粉为城市生活垃圾焚烧的产物，破碎与球磨工艺使mswi底灰微粉的比表面积≥300m²/kg，粒径小于50μm的mswi底灰颗粒占总质量的90％以上；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高炉粒化矿渣为符合gb/t18046-2008标准规定的s95级粒化高炉矿渣微粉，高炉粒化矿渣经磁选除铁处理并球磨使其达到比表面积≥400m²/kg，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量90％以上。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述熟石灰是生石灰粉经充分消解、烘干后的熟石灰粉，0.08mm的方孔筛的筛余量为0。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述液态硅酸钠为模数为2.75、波美度为37°的激发剂。

由表1所示，在保持配合比、制备工艺以及养护方式不变的前提下，未进行消泡预处理的试件c-1抗压强度极低，养护3天达到2.1mpa，养护28天仅上升到7.2mpa。而经过高温煅烧熔融法消泡处理试件c-2的抗压强度显著提升，养护3天达到39.4mpa，养护28天上升到60.7mpa。可以看出，mswi底灰遇碱发泡膨胀导致试件产生严重缺陷，阻碍了试件强度的发展。高温煅烧熔融法彻底消除了mswi底灰遇碱发泡膨胀的影响，确保试件强度的持续增长，充分发挥出mswi底灰碱激发试件的高强度性能。当养护28天，mswi底灰碱激发试件抗压强度甚至超过po52.5级水泥胶砂的强度，完全适合作为结构材料在工程中应用。

由图2所示，未进行消泡预处理的试件c-1发泡膨胀明显(如图a示)，试件表面及内部密布大量大小与形状各异的气泡，导致试件c-1变成酥松多孔的“海绵体”状，造成试件的抗压强度明显不足。通过高温煅烧熔融法消泡处理后，试件c-2的结构明显改善。如图(b)所示，试件c-2表面平整光滑，结构均匀致密，试件表明不再出现大量的气泡。因此高温煅烧熔融法彻底消除了mswi底灰遇碱发泡膨胀的影响，显著提升了试件的强度，实现了mswi底灰作为碱激发材料的原材料在工程中应用。

表1试验配合比与抗压强度g