一种利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法及所制备的铸石材料

本发明涉及一种熔融玻璃态渣制备铸石的方法，属于固废焚烧残余物熔融玻璃态渣资源化利用及环保工程。

背景技术：

1、固废焚烧残余物产量高、危害大，填埋处置面临土地资源短缺、重金属溶出等问题。熔融玻璃化可形成稳定的玻璃态渣，是焚烧残余物无害化、资源化最有效的方法之一。近年来，对于固废焚烧残余物熔融玻璃态渣的资源化应用逐渐受到国内外学者关注。

2、但现有的铸石建筑材料的制备方法还不理想，还不能更好地实现废弃物的综合利用，成本较高，此外现有的铸石建筑材料的化学稳定性有待提高，才能更好地满足工程建设的需要。

技术实现思路

1、为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法及所制备的铸石材料，提供一种铸石建筑材料，实现综合利用焚烧残余物熔融玻璃态渣资源化。本发明基于熔融玻璃态渣稳定性高、重金属浸出风险较小、可用作土工建材等优点，结合铸石作为建筑材料应用前景广阔的优势，聚焦固废焚烧残余物熔融玻璃态渣资源化，根据熔融玻璃态渣具有制备铸石的组分基础的特点，采用“余硅指数法”进行组分配伍计算，利用熔融玻璃态渣经高温处理制备铸石建筑材料，探索熔融玻璃态渣建材资源化的可行性，拓宽其应用场景。

2、为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法，制备方法的步骤如下：

4、以污泥焚烧残余物熔融玻璃态渣作为原料，以二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁、二氧化钛为辅料，采用“余硅-过冷却法”进行原料组分配伍计算，经过原料配伍后得到基础玻璃粉末，然后采用一步法，在马弗炉中制备铸石材料。

5、优选地，本发明所述利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法，包括如下步骤：

6、步骤一、原料预处理和测试：

7、将污泥焚烧残余物熔融玻璃态渣于不低于105℃下烘干至恒重后，放入矿石粉碎球磨机中破碎，研磨，过200目筛网，然后对过筛后的熔融玻璃态渣粉末使用x射线荧光光谱仪进行化学组分测试；

8、步骤二、原料配伍：

9、根据在所述步骤一中进行测试得到化学成分测试结果，按照铸石化学组分范围、余硅指数计算式、铸石组分制约关系的约束条件，设计配伍表格；然后根据配伍表格，计算所需附加料种类及其质量，根据配伍计算，称量所需质量的熔融玻璃态渣原料和辅料，混合均匀后即为实验所采用的基础玻璃粉末；

10、步骤三、制备铸石材料：

11、将基础玻璃粉末放入马弗炉中，采用一步法，在热处理温度下对基础玻璃进行热处理，制备铸石材料。

12、优选地，在所述步骤二中，按照质量百分比计算，所述铸石化学组分范围如下：

13、sio2：46-52％，tio2：0-3％，cao：7-13％，mgo：3-14％，fe2o3+feo：2-19％，na2o+k2o：2-4％，al2o3：13-19％。

14、优选地，在所述步骤二中，所述余硅指数计算式如下：

15、铸石的化学成分理论上按照式(1-1)计算，当取平均值为90，即为式(1-2)：

16、(sio2+tio2)-[(cao+mgo+feo+2fe2o3)+4(na2o+k2o)]＝75-110(1-1)

17、(sio2+tio2)-[(cao+mgo+feo+2fe2o3)+4(na2o+k2o)]＝90(1-2)

18、在原料组成上按照质量百分比计算，要确保辉石首先结晶，硅富余4.5-6.5％。

19、优选地，在所述步骤二中，按照质量百分比计算，所述铸石组分制约关系如下：

20、a)al2o3的含量为15％±0.5％；

21、b)cao的分子数大于al2o3分子数，且小于mgo、feo与2fe2o3的分子数总和；

22、c)fe、mg起相似作用；

23、d)碱性氧化物主要为na2o和k2o，且以na2o为主。

24、优选地，在所述步骤二中，所述基础玻璃粉末的制备方法，包括如下步骤：

25、根据配伍计算结果，称量所需质量的熔融玻璃态渣原料和辅料，于不高于105℃下烘干至恒重后，混合均匀即为所需的基础玻璃粉末。

26、优选地，在所述步骤三中，所述一步法，包括如下步骤：

27、(1)对配伍基础玻璃粉末进行同步热测试，根据测试结果，确定制备铸石所需的热处理温度；

28、(2)根据所测得热处理温度，设定同一晶化和核化温度，即在同一温度下核化和晶化。

29、优选地，在所述步骤三中，对基础玻璃进行热处理的过程如下：

30、a.将称量的配伍基础玻璃粉末置于刚玉坩埚中，在马弗炉中以不低于5℃/min的速度升温至1300-1400℃，熔融2-3h，得到熔融物；

31、b.然后将熔融物以不低于5℃/min的速度降温至热处理温度，保温结晶3-4h；然后随炉冷却，得到晶相为辉石相的铸石材料制品。

32、一种铸石材料，利用本发明所述利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法制备而成。

33、优选地，本发明所述铸石材料的微观形貌主要呈现羽状交织结构，树枝状的辉石枝晶间隙之间，有球粒状结构出现或分布，为辉石的微观形貌。

34、本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

35、1.本发明通过一步熔融法制备铸石建筑材料，方法简单易行，重点在于对固体废物焚烧残余物熔融玻璃态渣的资源化利用；

36、2.本发明铸石材料具有良好的机械性能；

37、3.本发明铸石材料高于铸石建筑行业标准的要求，具有良好的化学稳定性，使用安全可靠，规模化生产成本低。

技术特征：

1.一种利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法，其特征在于，制备方法的步骤如下：

2.根据权利要求1所述利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法，其特征在于：在所述步骤二中，按照质量百分比计算，所述铸石化学组分范围如下：

4.根据权利要求2所述利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法，其特征在于：在所述步骤二中，所述余硅指数计算式如下：

5.根据权利要求2所述利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法，其特征在于：在所述步骤二中，按照质量百分比计算，所述铸石组分制约关系如下：

6.根据权利要求2所述利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法，其特征在于：在所述步骤二中，所述基础玻璃粉末的制备方法，包括如下步骤：

7.根据权利要求2所述利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法，其特征在于：在所述步骤三中，所述一步法，包括如下步骤：

8.根据权利要求2所述利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法，其特征在于：在所述步骤三中，对基础玻璃进行热处理的过程如下：

9.一种铸石材料，其特征在于：利用权利要求1所述利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法制备而成。

10.根据权利要求9所述铸石材料，其特征在于：其微观形貌主要呈现羽状交织结构，树枝状的辉石枝晶间隙之间，有球粒状结构出现或分布，为辉石的微观形貌。

技术总结
本发明公开了一种利用熔融玻璃态渣制备铸石材料的方法及所制备的铸石材料，属于固废焚烧残余物熔融玻璃态渣资源化利用及环保工程技术领域，本发明涉及综合利用污泥焚烧残余物熔融玻璃态渣中富含的金属氧化物采用一步熔融法制备建筑材料铸石。本发明利用污泥焚烧残余物熔融玻璃态渣中富含的金属氧化物制得以辉石为主晶相的铸石产物，机械及理化性能良好，化学稳定性优异，Cr、Mn、Ni、Cu和Zn的浸出浓度均符合地下水Ш类水质标准，浸出风险较小，成本低。

技术研发人员：陈丹,孟媛,盛文雨,刘宇,杨浩中,钱光人
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13