一种硅铝材料协同灰渣和飞灰制备轻质低硅铝陶粒的方法与流程

1.本发明涉及灰渣、飞灰处置以及陶粒制备技术领域，特别涉及一种硅铝材料协同灰渣和飞灰制备轻质低硅铝陶粒的方法。


背景技术：

2.生活垃圾的焚烧会产生底渣以及飞灰，而由于飞灰中含有容易致癌的二噁英以及重金属，被《国家危险废物名录》(2021年版)列为危险废物hw18；底渣中重金属浸出量基本符合《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》的要求，政策上是可以被直接填埋和资源化利用的。
3.目前，生活垃圾焚烧飞灰无害化处置的主要方法有卫生填埋和资源化利用。前者主要采用重金属的固化/稳定化，后者主要对原始/预处理飞灰进行二次建材化的利用。其中，对飞灰的固化/稳定化普遍存在抗渗性差、耐酸碱性差、固化体松散及增容比高等特点，而且常温固化/稳定化手段不能够降解二噁英，因此，生活垃圾焚烧飞灰经过固化/稳定化只能作为填埋，且随时间其稳定性变差需要进一步地进行再处置。
4.在实际生产过程中，灰渣都被直接填埋。主要有以下两方面原因：一方面由于灰渣成分、产量不稳定，对焙烧的轻质陶粒的质量无法保证；另一方面灰渣的产生与硅铝质材料通常属于异位，提高了运输的综合成本。这两点使得灰渣相比于其它硅铝质材料等原料，并不具有优势，所以其往往被直接填埋掉。但直接处理灰渣需要大量的填埋场地，且填埋后随着时间推移，离子会累积富集，影响周边环境。


技术实现要素：

5.本发明解决了相关技术中的问题，提出一种硅铝材料协同灰渣和飞灰制备轻质低硅铝陶粒的方法，以灰渣和飞灰为主要原料，再掺入硅铝质材料，分析其成分后进行配料混合，再通过造粒、干燥，在回转窑中焙烧成轻质陶粒，其中，配料过程采用动态配置，并确定相关约束条件，能在控制混合粉料各成分比例的同时兼具控制焙烧时的粘度。
6.为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种硅铝材料协同灰渣和飞灰制备轻质低硅铝陶粒的方法，步骤如下：
7.s1、对天然硅铝质材料进行初级破碎，并进行xrf定量分析，获得本批天然硅铝质材料中sio2、al2o3、cao、mgo、k2o、na2o、fe2o3的含量；
8.s2、收集生活垃圾焚烧后的灰渣和飞灰，对焚烧后得到的灰渣、飞灰筛分、化验；
9.s3、研磨：将天然硅铝质材料以及焚烧后的灰渣、飞灰进行研磨；
10.s4、配料计算：
11.s41、检查wps软件是否安装了“规划求解”宏；
12.s42、根据s1、s2中的化验结果，分别输入焚烧后的灰渣、飞灰以及天然硅铝质材料的成分比例；
13.s43、指标表格输入：将指标的计算公式输入到wps的表格中，采用三个指标控制混
合粉料的比例，分别是sio2、al2o3和助熔物的含量，其中，助熔物的含量w
助熔物
＝w
fe2o3
+w
cao
+w
mgo
+w
k2o
+w
na2o
，w表示相应成分的含量；
14.s44、规划求解最优配比：
15.s441、确定目标函数：设置目标值为焚烧后的灰渣、飞灰质量之和的最大值；
16.s442、确定自变量：在“更改可变单元格”中输入各原料的配料占比；
17.s443、确定约束条件：
18.(1)38％≤w
sio2
≤62％，
19.(2)8％≤w
al2o3
≤25％，
20.(3)25％≤w
助熔物
≤35％，
21.(4)混合粉料熔融的粘度12000pa
·
s》η》2000pa
·
s；
22.计算如下：η＝t
×
e-0.2812b-11.8229+1000b/t
[0023][0024]
b0＝13.8+39.9355β-44.049β2[0025]
b1＝30.481-117.1505β+129.9978β2[0026]
b2＝-40.9429+234.0486β-300.04β2[0027]
b3＝60.7619-153.9276β+211.1616β2[0028][0029][0030]
(5)焚烧后的灰渣、飞灰以及天然硅铝质材料的配料占比加和为1；
[0031]
s444、运行规划求解，获得各自变量的配料占比；
[0032]
s5、将步骤s4中配置好的混合粉料中加入水，在成球盘上进行造粒，造粒后的颗粒在烘箱中干燥，作为生料球；
[0033]
s6、将s5所制备的生料球焙烧得到轻质陶粒。
[0034]
作为优选方案，步骤s1中，天然硅铝质材料选用凝灰岩或者凝灰熔岩中的一种或者两种；天然硅铝质材料初级破碎成颗粒尺寸在5mm以下的碎石状颗粒。
[0035]
作为优选方案，步骤s2中，采用岩相分析、xrf定量分析或红外光谱分析法，获得灰渣以及飞灰中各成分比。
[0036]
作为优选方案，步骤s3中，将天然硅铝质材料以及灰渣、飞灰研磨至150目～250目。
[0037]
作为优选方案，步骤s5中，混合粉料质量：水质量＝1:(0.3～0.4)；干燥的温度为105℃，干燥的时间为6h。
[0038]
作为优选方案，步骤s6中，焙烧温度为1050-1150℃，焙烧时间为10～20min。
[0039]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0040]
(1)硅铝质材料选用在我国分布广泛、价格低廉的凝灰岩或者凝灰熔岩，并与本属于固体废弃物的灰渣、危险废物飞灰焙烧成轻质陶粒，既能高效地固化处理飞灰，又能够对飞灰和底渣进行资源化利用，并能够显著降低生产陶粒的成本；
[0041]
(2)通过动态配置的方法，在硅铝含量及助熔物含量满足一定要求，可以获得各材料的最优配料占比，并能在控制混合粉料各成分比例的同时兼具控制焙烧时的粘度，最终达到最好的处置效果，同时能够降低陶粒的烧制成本，获得低硅铝型轻质陶粒。
[0042]
(3)利用wps软件中的规划求解功能，按照最优化的数学理论，实现配置同时满足w
sio2
介于38％-62％，w
al2o3
介于8％-25％和w
助熔物
介于25％-35％之间的混合粉料，各原料占比的加和为1，且助熔物的含量较高，得到的陶粒品质更好。
附图说明
[0043]
图1是本发明的制备方法流程图。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0046]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0047]
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0048]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和
[0072][0073][0073][0074]
(5)焚烧后的灰渣、飞灰以及天然硅铝质材料的配料占比加和为1，即表格中的m2+m3+m4＝1；
[0075]
s444、运行规划求解，获得各自变量的配料占比；
[0076]
s5、将步骤s4中配置好的混合粉料中加入水，在成球盘上进行造粒，造粒后的颗粒在烘箱中干燥，作为生料球；
[0077]
s6、将s5所制备的生料球焙烧得到轻质陶粒。
[0078]
在一个实施例中，步骤s1中，天然硅铝质材料选用凝灰岩或者凝灰熔岩中的一种或者两种。
[0079]
在一个实施例中，步骤s2中，采用岩相分析、xrf定量分析或红外光谱分析法，获得灰渣以及飞灰中各成分比。
[0080]
在一个实施例中，步骤s5中，混合粉料质量：水质量＝1:(0.3～0.4)；干燥的温度为105℃，干燥的时间为6h。
[0081]
在一个实施例中，步骤s6中，焙烧温度为1050-1150℃，焙烧时间为10～20min。
[0082]
表1配料计算说明表格
[0083][0084]
需要说明的是，即使不借助wps软件，而是用其它软件实现保证上述指标的配置方法都应该在本专利的保护范围内。
[0085]
以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。