[發(fā)明專利]一種基于垃圾飛灰及爐渣的快凝快硬膠凝材料及制備方法

在審

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• 申請日: 2022-12-02
• 公開（公告）號: CN116282996A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設計）人: 馬麗萍;孫銘藝;戴取秀;楊杰;殷霞;王悅;侯沛欣;胡瑤;顏香;段麗;周官赟
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C04B12/00
• 分類號: C04B12/00
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

本發(fā)明公開了一種基于垃圾飛灰及爐渣的快凝快硬膠凝材料，以垃圾飛灰和爐渣為主要原料，以電石渣與堿性藥劑做為固體堿激發(fā)劑，銅尾礦、粉煤灰為緩凝劑，制備環(huán)境友好型的快凝快硬膠凝材料；制備方法為：將垃圾飛灰、爐渣、電石渣、銅尾礦、粉煤灰等固體廢棄物分別研磨至一定的粒度后與堿性藥劑、外加劑按比例混合，依據水灰比將水與干料混合均勻后裝模，待初凝后脫模置于養(yǎng)護箱內養(yǎng)護至齡期，制得快凝快硬膠凝材料。本發(fā)明的優(yōu)點是實現(xiàn)了多種固體廢物協(xié)同利用，著重對垃圾飛灰的大量使用，工藝簡單，成本低廉，制得材料性能優(yōu)越；對提高固廢的利用效率和建設環(huán)境友好型社會產生了積極的效果。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于垃圾飛灰及爐渣的快凝快硬膠凝材料及制備方法，屬于環(huán)保技術、搶修工程技術、工業(yè)廢物資源化領域技術領域。

背景技術

現(xiàn)階段，處理方法集中為焚燒法和填埋法，填埋法受土地資源等因素的制約，填埋會占用大量的土地資源，且重金屬、二噁英等物質在酸雨等自然條件下較易浸出，從而危害土壤及水環(huán)境，潛在極大的環(huán)境風險。焚燒法雖能減少垃圾數量與體積，但焚燒過程會產生大量爐渣與垃圾飛灰。垃圾飛灰是編號為HW18的危險廢物，含有較高濃度且易于浸出的重金屬、二噁英等有毒有害物質，應按照危險廢物填埋標準進行填埋處理。垃圾飛灰屬CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-Cl體系(垃圾飛灰與爐渣中主要成分如表1所示)，該體系與傳統(tǒng)制作水泥的原料體系相同，具備火山灰潛在特性，即遇水即固，形成的試件具備強度的特性，可作為合成建筑材料的原料。一方面，在強堿性環(huán)境下，Si-O與Al-O鍵均易斷裂，斷裂后的Ca+能優(yōu)先高效的與陰離子(Cl^-、OH^-、SO4^2-)結合，加快水化反應速率，生成初級水化產物，如：C-S-H凝膠，這是該材料強度的主要來源；另一方面，為了保持漿體內部的電平衡，重金屬離子也能與陰離子結合，以氫氧化物或絡合物的形式與水化產物相互吸附沉積在材料內部，進而實現(xiàn)重金屬的固化。

由于乙炔制造產業(yè)的迅猛發(fā)展，會產生大量副產物電石渣，每消耗1t電石約產生1.2t電石渣。電石渣是一種典型的工業(yè)固廢，綜合利用率較低，主要成分是Ca(OH)₂，隨意堆放會占用大量的土地資源，且會造成土壤鹽堿化及污染地下水。因此實現(xiàn)電石渣的資源化利用是急需解決的問題。

尾礦是選礦產生的主要工業(yè)固體廢棄物，其中每年銅尾礦的產量可達3億t，尾礦堆積侵占土地資源，具有較大的環(huán)境風險。現(xiàn)階段，我國銅尾礦利用率僅為25％,尾礦利用程度不高，因此，研究銅尾礦的資源化利用已迫在眉睫。

地聚合物主要是由富含硅和鋁的自然礦物及工業(yè)廢棄物，在堿激發(fā)劑的作用下合成。已有研究表明，地聚合物中獨特的硅氧四面體和鋁氧四面體結構，能夠捕捉與穩(wěn)定重金屬離子，在常溫下便可合成，具有凝結速度快、強度高、操作簡單、能耗低等優(yōu)點，是低成本、高性能的環(huán)保型材料，在建筑行業(yè)逐漸被接受與應用。垃圾飛灰與爐渣中富含SiO₂與Al₂O₃，硅鋁堿活性較高，可作為生產地聚合物的前體物。

發(fā)明專利CN109437758A公開了一種超快硬水泥混凝土及其制備方法，以硅酸鹽、硫酸鹽水泥為主，飛灰與礦渣作為添加劑改良水泥，可促使水泥快速硬化；發(fā)明專利CN110615660A公開了一種利用垃圾焚燒飛灰制備路面快速修補材料的方法，通過在1000-1200℃下煅燒美菱礦，制得MgO對垃圾焚燒飛灰進行改性，進一步制得快速修補材料；發(fā)明專利CN113582633A公開了一種高延性快凝快硬混凝土修補材料，利用粉煤灰與石英砂制備而成；發(fā)明專利CN109942238A公開了一種快凝快硬煤矸石堿激發(fā)快速修補材料的制備方法，通過添加熟石灰做堿激發(fā)劑，明顯縮短了材料得凝結時間。

這些方法雖在一定程度上利用了固體廢物，但存在大量使用水泥做粘結劑、固廢摻量低、工藝復雜、成本高等問題，不利于固體廢物資源的推廣及使用。

發(fā)明內容