一种城市生活垃圾焚烧底灰自发泡轻质材料与制备方法

1.本发明涉及一种城市生活垃圾焚烧底灰自发泡轻质材料与制备方法。


背景技术：

2.城市生活垃圾焚烧后的产物主要分为飞灰与底灰，底灰占总量的80％，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，包括熔融渣块、玻璃、石块和小金属碎片等，底灰的化学成分主要由高沸点元素组成。底灰不属于危险废弃物，在中国属于可直接回收利用的固体废弃物。由于底灰的填埋消纳速率赶不上产生速率，导致底灰不断积存，占用土地资源的现象越发严重，底灰的积存同样带来大气环境与水资源的污染，成为大量病原微生物与害虫的孳生地，潜在的危害巨大。因此底灰的填埋处理不科学也不经济，底灰的多渠道、大规模资源化安全消纳已迫在眉睫。
3.由于底灰遇碱产生严重的发泡膨胀现象，掺入水泥基材料不仅导致材料需水性的显著提升，还将引起材料的严重变形并造成力学性能的骤降，因此底灰的特殊性质导致其与水泥基材料不兼容，限制了其作为矿物掺合料在水泥基材料中使用。本发明充分利用底灰密度低的性能优势，并借助其遇碱发泡膨胀的特性，制备一种底灰轻质材料，以实现对底灰的大规模安全消纳与资源化回收利用。


技术实现要素：

4.一种城市生活垃圾焚烧底灰自发泡轻质材料与制备方法，包括：混和工艺、发泡膨胀工艺、制备工艺，具体方法如下：
5.(1)原料组成及其质量百分比如下：底灰自发泡轻质材料由胶凝材料与激发剂组成，其中胶凝材料占总质量的65％，激发剂占总质量的35％。胶凝材料由底灰、矿渣与熟石灰粉组成，底灰占胶凝材料的50％
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80％，矿渣占胶凝材料的45％
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15％，熟石灰占胶凝材料的5％。激发剂由氢氧化钠、液态硅酸钠与水组成，氢氧化钠占激发剂总质量的6％
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8％，液态硅酸钠占激发剂总质量的16％
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48％，水占激发剂总质量的78％
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44％。
6.(2)制备工艺：首先按照原料组成及其质量百分比将氢氧化钠溶解到水中并静置冷却，然后将底灰、矿渣与熟石灰粉混合均匀，加入氢氧化钠溶液与液态硅酸钠，快速搅拌30s后浇筑至600mm
×
200mm
×
200mm的模具中。
7.(3)发泡与凝结固泡过程：底灰遇碱立刻发生发泡膨胀现象，造成材料的剧烈膨胀，从而达到显著降低材料密度的目的，发泡膨胀过程如图1所示。利用液态硅酸钠遇活性钙(矿渣、底灰与熟石灰中含有)迅速凝结的特性，将底灰遇碱产生的大量气泡密封在材料中，从而进一步降低材料的密度，达到轻质效果。
8.上述底灰为城市生活垃圾焚烧的产物，该底灰经过破碎机破碎，颗粒粒径小于2mm。
9.有益效果：
10.1)显著降低轻质材料的制备成本
11.传统水泥轻质材料的制备不仅需要消耗大量的硅酸盐水泥，同时还要通过掺入发泡剂发泡、掺入减水剂与速凝剂调节性能，这显著提高了传统水泥轻质材料的制备成本。然而，底灰轻质材料的制备以城市生活垃圾焚烧底灰为主要原材料，消除了对硅酸盐水泥的消耗。同时通过底灰遇碱自发泡膨胀特性达到轻质目的，而且不需要掺入减水剂与速凝剂进行性能调控，从而显著降低了底灰轻质材料的制备成本。
12.2)实现变废为宝、环境保护
13.由于底灰是城市生活垃圾焚烧后的产物，目前对底灰的处理方式主要是填埋或堆弃。然而，底灰的填埋处理不仅需要消耗大量的人力与物力资源，还占用大量土地资源，造成环境污染。因此，以底灰为主要原料制备底灰轻质材料，实现底灰轻质材料在工程中的大规模应用，可以达到变废为宝，实现底灰的大规模安全消纳与资源化回收利用，同时达到环境保护的目的。
14.3)优良的力学性能与隔热性能
15.底灰遇碱发泡膨胀机理是通过底灰中残留的金属铝及其金属氧化物遇强碱发生氧化还原反应，生成氢气而导致材料的膨胀。由于底灰遇碱产生的气泡能够均匀分布在轻质材料中，这使得底灰轻质材料具有比传统水泥轻质材料更优的力学性能与隔热保温性能。
附图说明
16.图1是发泡膨胀示意图
具体实施方式
17.实施例1：一种城市生活垃圾焚烧底灰自发泡轻质材料与制备方法，包括：混和工艺、发泡膨胀工艺、制备工艺，具体方法如下：
18.(1)胶凝材料的总质量为10000g，其中底灰8000g，矿渣1500g，熟石灰粉500g。激发剂总质量5500g，其中氢氧化钠330g，水4290g，液态硅酸钠880g。
19.(2)制备工艺：首先将氢氧化钠溶解到水中，然后将底灰、矿渣与熟石灰混合均匀，加入氢氧化钠溶液，慢速搅拌15s，再加入液态硅酸钠并快速搅拌30s后浇筑至600mm
×
200 mm
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200mm的模具中，在自然条件下进行静置膨胀，自然养护7天后方可拆模，拆模后继续养护7天方可使用。
20.由相关实验测得轻质材料性能如表1所示，可以看出，底灰轻质材料的干密度与导热系数均优于水泥轻质材料，而抗压强度明显优于水泥轻质材料。
21.表1轻质材料性能对比
22.

技术特征：
1.一种城市生活垃圾焚烧底灰自发泡轻质材料，其特征在于，包括胶凝材料和激发剂，所述胶凝材料占总质量的65％，所述激发剂占总质量的35％；所述胶凝材料由底灰、矿渣与熟石灰粉组成，底灰占胶凝材料的50％
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80％，矿渣占胶凝材料的15％
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45％，其余为熟石灰；激发剂由氢氧化钠、液态硅酸钠与水组成，氢氧化钠占激发剂总质量的6％
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8％，液态硅酸钠占激发剂总质量的16％
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48％，其余成分为水。2.一种城市生活垃圾焚烧底灰自发泡轻质材料的制备方法，其特征在于，s1:首先按照原料组成及其质量百分比将氢氧化钠溶解到水中并静置冷却，然后将底灰、矿渣与熟石灰粉混合均匀，加入氢氧化钠溶液与液态硅酸钠，快速搅拌30s后浇筑至600mm
×
200mm
×
200mm的模具中；s2:发泡与凝结固泡过程，底灰遇碱立刻发生发泡膨胀现象，造成材料的剧烈膨胀，从而达到显著降低材料密度的目的，利用液态硅酸钠遇活性钙(矿渣、底灰与熟石灰中含有)迅速凝结的特性，将底灰遇碱产生的大量气泡密封在材料中，从而进一步降低材料的密度，达到轻质效果。3.根据权利要求1或2所述的一种城市生活垃圾焚烧底灰自发泡轻质材料及其制备方法，其特征在于：所述底灰为城市生活垃圾焚烧的产物，底灰经过破碎机破碎，颗粒粒径小于2mm。

技术总结
一种城市生活垃圾焚烧底灰自发泡轻质材料与制备方法，该方法首先将底灰、矿渣微粉与熟石灰粉混合均匀，然后加入氢氧化钠与液态硅酸钠，利用底灰遇碱发泡膨胀的特性使材料体积发生膨胀，从而实现材料轻质的目的，同时通过液态硅酸钠实现底灰轻质材料的速凝，确保底灰遇碱产生的气泡能够密封在材料内，底灰轻质材料的制备不需发泡剂发泡，同时不需掺入减水剂与速凝剂，具有制备成本低，力学性能与耐久性优良的特点，同时底灰轻质材料的使用既可消除底灰大量堆积所造成的环境污染，又可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。度消耗。


技术研发人员：黄国栋 李永煜 崔毅 张瑞洁 王琪
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2021.08.26
技术公布日：2021/11/14