一种利用生活垃圾发电飞灰制造新型建材的方法与流程

本发明涉及建筑材料制备，具体为一种利用生活垃圾发电飞灰制造新型建材的方法。

背景技术：

1、随着城市化和工业化的快速发展，生活垃圾的产生量逐年增加。垃圾焚烧发电作为一种有效的垃圾处理方式，具有减量化、资源化和无害化的特点，能够实现垃圾处理与能源回收的双重目标。然而，垃圾焚烧过程中会产生大量的飞灰，其中含有重金属、二恶英等有害物质，对环境和人体健康构成了潜在威胁。如何安全、有效地处理和利用垃圾焚烧飞灰，已成为环境保护和资源利用领域的研究热点。

2、目前，对垃圾焚烧飞灰的处理方法主要包括稳定化/固化处理后填埋、资源化利用等。稳定化/固化处理通常采用水泥、石灰等胶凝材料，将飞灰中的重金属固定在固体基质中，然后进行安全填埋。资源化利用方面，有研究尝试将飞灰用于制备水泥、混凝土、陶瓷等建材产品，以实现飞灰的资源化和减量化。这些方法在一定程度上减少了飞灰对环境的影响，并实现了部分资源的回收利用。

3、然而，现有技术在利用垃圾焚烧飞灰制备建材的过程中，仍然存在重金属稳定化效果不理想、材料力学性能不足、环境安全性有待提高等问题。尤其是飞灰中重金属的浸出风险，限制了其在建材中的大规模应用。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用生活垃圾发电飞灰制造新型建材的方法，解决了现有技术在利用垃圾焚烧飞灰制备建材的过程中，仍然存在重金属稳定化效果不理想、材料力学性能不足、环境安全性有待提高的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种利用生活垃圾发电飞灰制造新型建材的方法，包括以下步骤：

3、步骤(1)、飞灰的处理：对生活垃圾焚烧发电产生的飞灰进行重金属稳定化处理，以降低重金属的浸出毒性；

4、步骤(2)、光催化剂的制备或选取：制备或选取具有光催化性能的材料；

5、步骤(3)、混合料的制备：将稳定化处理后的飞灰、胶凝材料、光催化剂、骨料和水混合，形成具有良好和易性的混合料；

6、步骤(4)、成型与养护：将混合料倒入模具，进行振动压实，成型建材制品；对成型后的制品进行养护，直至达到规定的性能要求。

7、优选的，所述在步骤(1)中，所述重金属稳定化处理包括：将飞灰与磷酸氢二铵和硫酸亚铁七水合物混合，磷酸氢二铵与飞灰的质量比为m1:mfa＝1:10，硫酸亚铁七水合物与飞灰的质量比为m2:mfa＝1:10；在搅拌过程中，以每分钟加入的速度逐步加入氢氧化钙直至溶液的ph值达到10±0.5；重金属离子pb2+、cd2+、cr3+与磷酸根和氢氧根发生反应，生成难溶的磷酸盐和氢氧化物，其反应方程式为：

8、

9、mn++noh-→m(oh)n↓

10、其中，mn+为重金属离子。

11、优选的，所述步骤(2)中，所述光催化剂为氮掺杂纳米二氧化钛，其制备方法包括：以钛酸四丁酯为前驱体，溶于无水乙醇中，体积比为形成前驱体溶液a；将去离子水与冰醋酸混合，体积比为形成溶液b，调节ph值至3-4；在冰浴条件下，将溶液a以滴加速度u＝1ml/min缓慢加入溶液b中，搅拌2小时，得到均匀溶胶；向溶胶中加入尿素按物质的量比n(co(nh2)2):n(ti(oc4h9)4)＝1:1添加；将凝胶干燥后，在氮气气氛下，以升温速率5℃/min升温至500℃，保温3小时，氮气流速为q＝200ml/min完成煅烧，得到氮掺杂的纳米tio2。

12、优选的，所述步骤(2)中，氮掺杂的机理为：尿素在高温下分解产生氨气nh3氨气中的氮原子取代tio2晶格中的氧原子，形成tio2-xnx；带隙能的降低由公式描述，其中为纯tio2的带隙能，δe为掺杂引起的带隙能降低量，增强了对可见光的响应。

13、优选的，所述步骤(3)中，所述混合料的配合比为：稳定化飞灰：占胶凝材料总质量的30％；水泥：占65％；氮掺杂纳米tio2：占5％；水胶比＝0.35；加入减水剂，占胶凝材料总质量的1％。

14、优选的，所述步骤(3)中，为防止纳米tio2团聚，采用超声分散法将氮掺杂纳米tio2分散于减水剂溶液中，超声频率为f＝20khz时间为30分钟，形成稳定的纳米悬浮液；将纳米悬浮液与其他原料一起加入搅拌机中，搅拌速度为500rpm，搅拌时间为10分钟，确保混合料的均匀性。

15、优选的，所述步骤(4)中，所述成型方法为真空振动成型：将模具置于真空环境中，真空度为p＝-0.08mpa；以振动频率50hz振动2分钟，提高试件的密实度和表面质量。

16、优选的，所述步骤(4)中，在养护过程中，初始养护后进行蒸汽养护：升温阶段：以升温速率10℃/h升温至80℃；恒温阶段：在80℃下保温8小时；降温阶段：以降温速率10℃/h降温至室温；蒸汽养护加速了水泥和飞灰的水化反应，提高了材料的早期强度。

17、优选的，所述步骤(4)中，所制得的新型建材具有光催化性能，其测试方法包括：将尺寸为50mm×50mm×10mm的试件浸入初始浓度为c0＝10mg/l的亚甲基蓝溶液v＝200mg/l中；使用300w氙灯照射，光强为i＝100mw/cm2，距离为10cm；每隔30分钟取样，测定溶液的吸光度at，计算降解率η；

18、

19、其中，a0为初始吸光度；

20、在3小时内，降解率η不低于80％。

21、优选的，所述步骤(4)中，所制得的新型建材的力学性能测试包括：使用压力试验机对立方体试件进行抗压强度测试；加载速度为v＝0.5mpa/s；抗压强度fc的计算公式为：

22、

23、其中，f为破坏荷载，a为受压面积(100mm×100mm)；

24、28天龄期的抗压强度fc不低于50mpa。

25、本发明提供了一种利用生活垃圾发电飞灰制造新型建材的方法。具备以下有益效果：

26、1、本发明通过将生活垃圾焚烧发电产生的飞灰经过重金属稳定化处理后，成功应用于新型建材的生产，实现了对飞灰的资源化利用。通过将原本有害的废弃物转化为有用的建筑材料，不仅减少了飞灰的填埋量，降低了对土壤和地下水的污染风险，还节约了填埋场地资源，符合环境保护和可持续发展的要求。

27、2、本发明通过添加磷酸氢二铵和硫酸亚铁等化学试剂，对飞灰中的重金属离子进行稳定化处理，生成难溶的磷酸盐和氢氧化物，使重金属以稳定形式固定在建材中。重金属浸出测试结果显示，建材中重金属离子的浸出浓度低于国家标准限值，大大降低了重金属对环境和人体健康的潜在危害，提升了建材的环境安全性。

28、3、本发明在建材的制备过程中，合理设计了飞灰、水泥和光催化剂的配合比，并采用了超声分散和真空振动成型等技术，确保了材料的均匀性和密实度。试验结果显示，所制备的建材抗压强度达到52mpa，满足建筑材料的力学性能要求。材料的高强度和耐久性确保了其在工程应用中的安全性和可靠性。

29、4、本发明实现了废弃物的减量化、资源化和无害化处理，符合循环经济的发展理念。通过将工业废弃物转化为高附加值产品，促进了资源的循环利用，减少了对环境的负荷。该技术的推广有助于增强全社会的环保意识，推动绿色建筑和环保产业的发展，具有重要的社会效益。