大宗固废物资源化高效利用技术的制作方法

1.本发明属于建筑墙体材料制作技术领域，同时涉及大宗固体废弃物资源化利用技术，具体讲是提供大宗固废物资源化高效利用技术 。


背景技术：

2.随着生态文明建设的深入推进和环境保护要求的不断提高，大宗固废物资源化利用显得愈加重要。化废物为资源、变包袱为财富，是大宗固废物资源化利用的必由之路，也是生态文明建设的迫切需求。2017年我国已公布的尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣、脱硫石膏等大宗工业固废物合计24.5亿吨，较2016年增长5.7%，综合利用率为57.0%，其中大宗尾矿产生量占比最大，达到36.3%，但其综合利用率较低，仅为27.0%。与此同时，随着我国城镇建设及工业经济建设的快速发展，建筑工程在拆迁和建设过程中所产生的固体废弃物逐年大幅增加，据统计我国目前每年拆旧和新建而产生的建筑垃圾达5000~8000万吨。整体上来看，我国大宗固废物资源化利用率距离73%的目标仍有较大差距。这些大量固体废弃物在城乡周边囤积和堆放，不仅占据了大量的土地资源，而且也造成了严重的环境污染。将这些大宗固废物资源化，提高其高效利用率，对于促进城乡绿色发展转型，提高城乡生态环境质量，推进“无废城市”建设具有重要意义。
3.当前，国内外大宗固废物资源化利用分为低级利用、中级利用及高级利用三个等级。国外发达国家大宗固废物资源化利用主要集中在低级利用以及中级利用。比如在美国，现场分拣利用、一般性回填处理等低级利用占比大概为50%~60%，作为再生砂石工业固体废弃物颗粒用于建筑工程、道路工程及制备砌体材料的等约占比 40%左右。与国外发达国家相比，我国大宗固废物资源化利用率偏低，依然处在简单化、无序化的初级状态。在目前我国对大宗固废物的处理主要有两种方法，第一种方法是收集填埋，该方法一般是在环卫部门指定的地点进行长距离运输填埋，采用该方法不仅花费大量的运输费用，而且也占用大量土地，污染土地资源环境；第二种方法是综合回收利用，该方法一般是利用固体废料与多种无机化学材料，进行常温或高温反应、固化、压制成建筑墙体材料，该方法虽是目前废旧回收处理利用的较好途径，但依然存在着不足之处，主要表现在：烧结制砖成本较高，且存在着二次污染问题；免烧制砖虽不存在二次污染问题，但因面料过多使建材产品的压力强度、耐水性、隔热保温及抗冻融等指标往往达不到国家标准要求，从而限制了该方法规模化的推广和应用。目前我国对大宗固体废弃物的利用率仅在50%左右，远低于工业发达国家水平。为了提高我国对大宗固废物的利用率，研究大宗固废物资源化高效利用新技术势在必行。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对目前我国利用大宗固废物在制作建筑墙体材料技术中存在的不足之处，提出一种大宗固废物综合资源化高效利用技术。
5.本发明的目的是这样实现的：大宗固废物资源化高效利用技术，将多种不同大宗
固废物，通过多种技术工艺进行有序处理后，制作高强度建筑砌块，其技术方法为：（1）对农林有机垃圾通过细碎机进行细碎并搅拌混合，细碎成 2~5mm颗粒，将浓度为 98%的硅烷偶联剂kh570用水进行稀释为浓度为1.5~2.5%的溶液，将上述农林有机垃圾颗粒置于上述稀释好的硅烷偶联剂溶液中，搅拌20~ 30 min ，静置浸泡2～3h，经自然干燥处理得到物料a。
6.（2）对建筑垃圾通过细碎机进行细碎，并进行搅拌混合，细碎成粒径1.8cm以下的建筑垃圾颗粒，将纳米复合聚合物用水进行稀释为浓度为2.5%~3.5%的溶液，采用喷洒加搅拌的强化方式，将该溶液均匀地喷洒于建筑垃圾颗粒表面，该溶液质量用量为建筑垃圾颗粒质量的5.5%~6.5%，经过该工艺处理后的建筑垃圾颗粒堆放3~5天熟化处理后，得到物料b。
7.（3）对工业固体废弃物激发搅拌混合，通过细碎机进行细碎，细碎成粒径1.5cm以下的工业固体废弃物颗粒，将纳米复合聚合物用水进行稀释为浓度为4.5%~5.5%的溶液，采用喷洒加搅拌的强化方式，将该溶液均匀地喷洒于工业固体废弃物颗粒表面，该溶液质量用量为工业固体废弃物颗粒质量的2.5%~3.5%，经过该工艺处理后的工业固体废弃物颗粒称为物料c。
8.（4）按重量百分比将15%~25%物料a、20%~30%物料b、30%~40%物料c与15%~25%胶凝剂、0.040%~.0.12%添加剂加水搅拌混合，在加水搅拌混合时，加入占总重量 8%~20%的水，经均匀搅拌，半干法压制激振成型。成型的高强度砌块在自然条件下养护，气温在 18℃ 以上时，成型的高强度砌块第一天静养，第二天少量洒水，保持高强度砌块表面不干燥为准，第四天大量洒水，将高强度砌块浇透为止，然后用塑料布覆盖养护 7~15 天，即为高强度建筑砌块产品。
9.上述农林有机垃圾包括豆类茎秸、禾本科作物秸秆、玉米芯、各种麦类的糠麸、各种水稻的谷壳和米糠以及锯木屑、树枝树叶；上述建筑垃圾按重量百分比组份为：烧结类废弃粘土制品40%~50%，废弃固体砂浆15%~30%，废弃混凝土28%~35%；上述工业固体废弃物按重量百分比组份为：铁矿尾渣25%~45%，粉煤灰5%~20%，煤矸石15%~20%，电石膏5%~15%，炉渣15%~20%，赤泥10%~15%；上述胶凝剂按重量百分比组份为：硅酸盐水泥30%~55%、碱渣15%~45%和磷尾矿砂25%~45%；上述添加剂按重量百分比组份为：高铝粉3%~5％，水玻璃2%~5％，松香酸钠8%~15％，脂肪醇聚乙烯磺酸钠9%~15％，聚丙烯酸盐8%~25％，硫酸钠7%~15％，硅酸盐12%~25％，三异丙醇胺2%~15％。
10.通过实验研究表明农林有机垃圾含有大量纤维，具有一定的憎水性，直接将其与建筑垃圾、工业固体废弃物和胶凝剂等材料结合，会导致混凝土的强度降低。因此需要对其进行改性处理，使其粘结力增强，进而提高混凝土的力学强度。用硅烷偶联剂处理可有效改善纤维基本界面的粘结性能。当农林有机垃圾颗粒掺量为15%~25%时，砌块断面结构可以形成明显的分层以及交错分布的晶体，砌块表面黏附着大量团簇状晶体结构。通过高倍数显微镜可以看到大量呈泡状的水化产物以及与农林有机垃圾颗粒接触的较为光滑的晶体层分布在砌块表面，构成了稳定的整体。从砌块微观结构来看，水化浆体与建筑垃圾、工业固体废弃物工业固体废弃物颗粒趋于一个整体，改性农林有机垃圾颗粒的掺入使砌块各部分
产生内应力，并为晶体的生长提供了大量附着点，使水化产物生长更有序，促进了晶体的发育与生长。在同样的养护条件下，使得砌块的强度得到大幅度提升。砌块的水化晶体主要为caco3、c
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a
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s，掺入改性农林有机垃圾颗粒后，经过一定时间养护后 ，水化晶体分布均匀，水化硅酸钙、硅酸铝钙的含量明显增多，促使砌块微观结构更加稳定，进而提高了砌块的力学性能。掺改性农林有机垃圾颗粒的砌块抗压强度，较未掺农林有机垃圾颗粒的砌块明显提高，在不同掺量情况下，抗压强度可以提升率24%~102%。
11.对于工业固体废弃物激发及组份组成逻辑是这样的：针对我国绝大部分铁尾矿渣化学成份中sio2、 a l2o3等元素普遍偏低的问题，通过加入一定比例的粉煤灰、电石渣等物料，提高铁尾矿渣物化性能。
12.粉煤灰是一种具有潜在活性的火山灰质微细灰。经高温燃烧收缩成球状液珠后迅速冷却而形成的玻璃体，其中含有大量可溶性的sio2 、al2o3，由于sio2、al2o3本身具有一定的活性，所以在水中不会结硬。当与氧化钙和水混合后发生火山灰反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，该物质不但能在空气中硬化而具有强度，还能在水中继续硬化而增加强度。但是由于粉煤灰颗粒表面是以致密的caｏ～sio2～al2o3系统存在，要提高粉煤灰早期化学活性，就必须通过激发剂破坏玻璃体表面光滑致密、牢固的si～ｏ～si和si～o～al网络结构。针对粉煤灰这一特性，在和铁尾矿渣原料混合搅拌之前，可以通过激发，有效地促使粉煤灰玻璃体网络解聚、瓦解，释放出内部可溶性sio2 、al2o3物质，这样当粉煤灰按照一定比例加入铁尾矿渣原料之后，可以有效的提高铁尾矿物化性能。
13.电石渣中一般含有氧化钙55%以上，此外，氧化镁、三氧化二铝、三氧化二铁、二氧化硅元素也占用一定的比例。通过大量的试验研究表明，在粉煤灰加入一定量的电石渣，可以有效提高激发粉煤灰活性。由于粉煤灰的化学成分呈弱酸性，在碱性环境中其活性最容易被激发，在oh－的作用下，粉煤灰颗粒表面的si～ｏ和al～o键断裂，si～ｏ～al网络聚合体的聚合度降低，而且oh－浓度越大，对si～ｏ和al～ｏ键的破坏作用越强。na＋和k＋等阳离了对提高玻璃体的反应活性也有一定的作用，它们是硅酸盐玻璃网络的改性剂，促使网络解聚。碱性激发剂中，多数激发效果显著。 na２siｏ3激发效果比naoh等强碱好。na２siｏ3水解能够使液相的oh
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增多，因此na２siｏ3激发本质是强碱激发。同时，它水解生成的硅胶与ca2 反应生成c
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h凝胶，加速粉煤灰与电石渣中ca (oh)2的反应。由于na２siｏ3的双重作用，使其激发效果优于naoh等强碱。nacl对粉煤灰火山灰反应影响较小。nacl激发作用主要是通过形成naoh.增加玻璃结构解体能力来实现。na2 so4掺入粉煤灰一电石渣系统之后，形成粉煤灰～电石渣～硫酸盐系统，可以看作是激发粉煤灰活性最为基本的系统。caｏ或ca(oh)２是激发粉煤灰活性的必要条件，而硫酸盐则是激发粉煤灰活性的充分条件。掺入硫酸盐之后，激发粉煤灰～电石渣生成类似于硅酸盐水泥的水化产物。na2 so4可与体系中的ca(ｏh)２反应生成naoh，增加了体系的碱性，因此na2 so4的激发实际上是强碱和硫酸盐的重激发，所以激发效果良好。经过对粉煤灰电石渣不同配比进行活性激发试验数据对比分析研究，粉煤灰、电石渣掺入铁尾矿渣的比例根据铁尾矿化学成分含量确定，一般为5～35％。
14.将纳米复合聚合物的溶液，喷洒于工业固体废弃物颗粒表面的逻辑是这样的：采用喷洒加搅拌的强化方式，将强化液均匀地喷洒于工业固体废弃物颗粒表面的同时不断搅拌，以保证纳米材料均匀分布于工业固体废弃物颗粒表面。在强化均匀喷洒后，将工业固体
废弃物颗粒静置2~5天，保证多余的水分蒸发，并且有利于强化液中的聚合物成膜。这种强化方式相比较于浸溃强化法，不会出现强化液堆积在工业固体废弃物颗粒表面的状态，且操作筒单，可以大规模应用于生产中。用纳米复合聚合物容液对工业固体废弃物颗粒进行表面强化处理，主要是利用纳米粒子具有颗粒小、渗透性强的特点，能够有效填充工业固体废弃物颗粒表面孔隙，同时也利用聚合物的成膜性及黏结性，可以对工业固体废弃物颗粒表面的微细裂缝和孔隙进行进一步的填充，以改善工业固体废弃物颗粒的基本性能。
15.实验研究表明，未强化工业固体废弃物颗粒的表面疏松多孔，且附着有大量的水泥水化产物。而经纳米复合聚合物浆液强化后的工业固体废弃物颗粒表面的孔隙明显减少，在强化处理后工业固体废弃物颗粒的表面有一层聚合物薄膜层，纳米颗粒在工业固体废弃物颗粒表面微细裂缝具有良好的填充效应，明显减少了工业固体废弃物颗粒表面孔隙，有效地改善了工业固体废弃物颗粒的表面状态，从而提高了工业固体废弃物颗粒的基本性能，可以显著提高早期水泥水化速度，会影响水化产物形态和内部结构，抗压强度提高8％~18%，抗折强度提高６％~15%，干燥收缩量下降了约2.５％~20%，吸水率下降为１.８％~3.2%。
16.该发明具有一定的实用性，具体体现在该发明能够制造或者使用，并且能够产生以下积极有益的效果：（1）本发明可以有效消纳农林有机垃圾、建筑垃圾和工业固体废弃物等大宗固废物，实现了变废为宝和高效价值转化的目标。
17.（2）本发明将浓度为 98%的硅烷偶联剂kh570用水进行稀释为浓度为1.5~2.5%的溶液，将上述农林有机垃圾颗粒置于上述稀释好的硅烷偶联剂溶液中进行处理，可以使砌块微观结构更加稳定，大幅提高了砌块的力学性能。在不同掺量情况下，抗压强度可以提升24%~102%。
18.（3）本发明通过对不同工业固体废弃物进行激发及组合，可以有效的大幅提高工业固体废弃物物化性能，从而大幅提高了大宗固废整体利用效率。
19.（4）本发明用纳米复合聚合物容液对工业固体废弃物颗粒进行表面强化处理，有效地改善了工业固体废弃物颗粒的表面状态，通过充分发挥多种固废材料之间及其与所述胶凝剂、添加剂之间的协同作用，使其制作的砌块产品具有优异的抗压、抗裂、耐水和耐磨性能。抗压强度可以提高8％~18%，抗折强度可以提高６％~15%，干燥收缩量下降了约2.５％~20%，吸水率下降为１.８％~3.2%。
具体实施方式
20.制作高强度建筑砌块，其技术方法为：1、按质量百分比对由10%绿豆茎秸、35%玉米秸秆、20%玉米芯、15%水稻谷壳和20%杨树枝树叶，通过细碎机进行细碎并搅拌混合，细碎成 3.5~4.5mm颗粒，将浓度为 98%的硅烷偶联剂kh570用水进行稀释为浓度为2.5%的溶液，将上述农林有机垃圾颗粒置于上述稀释好的硅烷偶联剂溶液中，搅拌25min ，静置浸泡3h，经自然干燥处理得到物料a。
21.2、按重量百分比取组份为：烧结类废弃粘土制品40%、废弃固体砂浆30%和废弃混凝土30%的建筑垃圾。
22.对上述建筑垃圾通过细碎机进行细碎，细碎成粒径1.8cm以下的建筑垃圾颗粒，并进行搅拌混合。将纳米复合聚合物用水进行稀释为浓度为3%的溶液，采用喷洒加搅拌的强化方式，将该溶液均匀地喷洒于建筑垃圾颗粒表面，该溶液质量用量为建筑垃圾颗粒质量的6%，经过该工艺处理后的建筑垃圾颗粒堆放5天熟化处理后，得到物料b。
23.3、按重量百分比取组份为：铁矿尾渣45%，粉煤灰10%，煤矸石10%，电石膏10%，炉渣15%，赤泥10%。通过细碎机进行细碎，细碎成粒径1.5cm以下的颗粒，首先铁矿尾渣和粉煤灰进行活性激发，然后将上述各组份进行搅拌混合，形成工业固体废弃物颗粒。将纳米复合聚合物用水进行稀释为浓度为5%的溶液，采用喷洒加搅拌的强化方式，将该溶液均匀地喷洒于工业固体废弃物颗粒表面，该溶液质量用量为工业固体废弃物颗粒质量的3%，经过该工艺处理后的工业固体废弃物颗粒称为物料c。
24.4、按重量百分比将20%物料a、25%物料b、35%物料c与20%胶凝剂、0.08%添加剂加水搅拌混合，在加水搅拌混合时，加入占总重量 15%的水，经均匀搅拌，半干法压制激振成型；成型的高强度砌块在自然条件下养护，气温在 26℃ 以上时，成型的高强度砌块第一天静养，第二天少量洒水，保持高强度砌块表面不干燥为准，第四天大量洒水，将高强度砌块浇透为止，然后用塑料布覆盖养护 9天，即为高强度建筑砌块产品。
25.上述胶凝剂按重量百分比组份为：硅酸盐水泥45%、碱渣20%和磷尾矿砂35%；上述添加剂按重量百分比组份为：高铝粉3％，水玻璃5％，松香酸钠10％，脂肪醇聚乙烯磺酸钠15％，聚丙烯酸盐25％，硫酸钠12％，硅酸盐20％，三异丙醇胺10％。通过上述技术工艺生产的砌块不仅强度较高，也能够有效预防砌块裂缝的出现和扩展，从而提高砌块的抗裂性能。这是因为通过改性处理的农林有机垃圾颗粒，与预处理的建筑垃圾颗粒和工业固体废弃物颗粒具有良好的亲和性，具有高断裂强度和优良的耐化学性。通过对农林有机垃圾颗粒，建筑垃圾颗粒和工业固体废弃物颗粒进行一定的技术工艺处理，增加了表面粗糙度，提高了表面能，从而增强了各原料之间的粘合性。
26.水泥作为传统的胶凝材料，在砌块的制备过程中，主要起到胶结其它物料和产生一定机械强度的作用。水泥虽然胶结性能非常好，但价格较高，该发明将同样具有胶凝性能的碱渣和磷尾矿砂用来部分替代水泥，用于砌块的制备，这样既可降低生产成本又可治理环境污染。
27.在上述说明中，虽然列举了本发明较佳实施例进行了说明，但众所周知，不应由该实施例反而限制了本发明的权利保护范围，亦即，任何熟悉该发明创新点的工程技术科学研究人员，若应用本发明主要之特征，进行若干细节的变动，皆仍应属于本发明的专利保护范围。