一种用于垃圾焚烧底灰处理的碱激发胶凝材料制备工艺

1.本发明涉及碱激发胶凝材料制备工艺，具体是一种用于垃圾焚烧底灰处理的碱激发胶凝材料制备工艺。


背景技术：

2.我国城市生活垃圾减量化、无害化处理以焚烧与填埋为主。城市生活垃圾焚烧(城市生活垃圾焚烧)产物主要分为两类：一类是飞灰，约占总量20％。另一类是底灰，约占总量80％。底灰通常收集于燃烧锅炉底部，由不同类型大颗粒物(《45mm)组成，包括熔融渣块、玻璃、石块和小金属碎片等。底灰主要由高沸点元素组成，例如si
4
、a1
3
等，因此，底灰属于可直接回收利用的固体废弃物。
3.城市生活垃圾焚烧底灰的积存同样带来大气环境与水资源的污染，成为大量病原微生物与害虫的孳生地，潜在的危害巨大。而且城市生活垃圾焚烧底灰的填埋处理不仅浪费大量的人力与物力资源，还对地下环境造成严重的污染。城市生活垃圾焚烧底灰的填埋处理不科学也不经济。因此，城市生活垃圾焚烧底灰的多渠道、大规模安全消纳与资源化回收利用已迫在眉睫。
4.为解决上述问题，现提供一种应用城市生活垃圾焚烧底灰制作碱激发胶凝材料的工艺，可以逐步实现对水泥材料的替代，减少对水泥材料的需求，不仅可以缓解水泥生产对石灰石、黏土以及能源的过快消耗，减轻水泥生产所带来的高能耗、高污染问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一用于城市生活垃圾焚烧底灰处理的碱激发胶凝材料制备工艺，本发明制备工艺采用工业废弃物为主要原料制备碱激发材料，可以逐步实现对水泥材料的替代，减少对水泥材料的需求，不仅可以缓解水泥生产对石灰石、黏土以及能源的过快消耗，减轻水泥生产所带来的高能耗、高污染问题，而且可以变废为宝，逐步消除工业固体废弃物大量堆积所带来的种种环境污染问题，所产生的环境效益和社会效益将无法估量，通过球磨完成后的城市生活垃圾焚烧底灰的颗粒细度均优于水泥的颗粒细度；通过球磨后的城市生活垃圾焚烧底灰的比表面积远远优于球磨之前的城市生活垃圾焚烧底灰的比表面积，显著提升了城市生活垃圾焚烧底灰的反应活性，通过煅烧熔融预处理与碱陈化预处理彻底消除了底灰遇碱发泡膨胀的现象，通过矿渣粉、熟石灰粉的逐级增钙作用，通过液态硅酸钠的增硅作用，显著增强了底灰碱激发材料的力学性能。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种用于垃圾焚烧底灰处理的碱激发胶凝材料制备工艺，所述制备工艺包括如下步骤：
8.s1：城市生活垃圾焚烧底灰煅烧消泡预处理
9.将城市生活垃圾焚烧底灰颗粒在马沸炉中煅烧，煅烧温度为1050-1100℃，持续恒温煅烧10-30分钟。
10.s2：城市生活垃圾焚烧底灰破碎预处理
11.使用颚式破碎机对煅烧熔融成块体的城市生活垃圾焚烧底灰进行破碎，将城市生活垃圾焚烧底灰破碎为直径4.53-5.03mm的小块状颗粒。
12.s3：城市生活垃圾焚烧底灰球磨预处理
13.经球磨机对所述s2中城市生活垃圾焚烧底灰小块状颗粒球磨15-60分钟；
14.s4：碱激发剂溶液配制
15.将氢氧化钠和水混合，制得碱激发剂溶液，其中氢氧化钠与水的体重比为(1:15)-(1:5)。
16.s5：城市生活垃圾焚烧底灰碱陈化消泡预处理
17.将经过s2与s3处理后的底灰与s4中碱激发剂溶液混合，拌合均匀形成浆体，静置1-3小时进行碱陈化预处理，其中碱激发剂溶液与底灰的体重比为(3:1)-(1:5)。
18.s6：碱激发胶凝材料浆体制作
19.首先将矿渣粉与熟石灰粉，加入到所述s5中静置陈化后的底灰浆体中并快速搅拌，搅拌速率为260-320r/min,搅拌时长为1-2min，然后将液态硅酸钠与砂加入到所述s5中静置陈化后的底灰浆体中并快速搅拌，搅拌速率为260-320r/min，搅拌时长为0.5-1min，矿渣粉与底灰浆体的体重量比为(1:11)-(3：1)，熟石灰粉与底灰浆体的体重量比为(1:100)-(1：10)，液态硅酸钠与底灰浆体的体重量比为(1:10)-(1：3)，砂与底灰浆体的体重量比为(10:1)-(2：1)。
20.s7：碱激发胶凝材料试件
21.将碱激发胶凝材料浆体注入模具中振动成型，在常温条件下养护至脱模，得到碱激发胶凝材料试件。
22.s8：将碱激发胶凝材料试件进行蒸养，蒸养温度为40-60℃，蒸养时间为5-15h。
23.本发明的有益效果：
24.1、发明制备工艺采用工业废弃物为主要原料制备碱激发材料，可以逐步实现对水泥材料的替代，减少对水泥材料的需求，不仅可以缓解水泥生产对石灰石、黏土以及能源的过快消耗，减轻水泥生产所带来的高能耗、高污染问题，而且可以变废为宝，逐步消除工业固体废弃物大量堆积所带来的种种环境污染问题，所产生的环境效益和社会效益将无法估量；
25.2、本发明通过对底灰进行煅烧熔融预处理与碱陈化预处理，彻底消除了底灰遇碱发泡膨胀的缺陷，实现了高强度底灰碱激发材料的制备，显著拓宽了底灰碱激发材料的适用范围；
26.3、本发明通过矿渣粉与熟石灰粉的逐级增钙作用，液态硅酸钠的增硅作用，充分发挥了多源工业固体废弃物之间的兼容耦合与协同增强作用，显著提升底灰的聚合反应活性，从而完善了高强度与优良施工性能的底灰碱激发材料的制备工艺。
具体实施方式
27.下面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。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它实施例，都属于本发明保护的范
围。
28.实施例1
29.一种用于垃圾处理的碱激发胶凝材料制备工艺，制备工艺包括如下步骤：
30.s1：城市生活垃圾焚烧底灰煅烧消泡预处理
31.将城市生活垃圾焚烧底灰颗粒在马沸炉中煅烧，煅烧温度为1050℃，持续恒温煅烧10分钟。
32.s2：城市生活垃圾焚烧底灰破碎预处理
33.使用颚式破碎机破碎对城市生活垃圾焚烧底灰进行破碎，将城市生活垃圾焚烧底灰破碎为直径小于4.75mm的块状颗粒。
34.s3：城市生活垃圾焚烧底灰球磨预处理
35.经过球磨机对所述s2中城市生活垃圾焚烧底灰块状颗粒球磨30分钟；
36.s4：碱激发剂溶液配制
37.将氢氧化钠和水混合，制得碱激发剂溶液，其中氢氧化钠与水的体重比为1:15。
38.s5：城市生活垃圾焚烧底灰碱陈化消泡预处理
39.将经过s2与s3处理后的底灰与s4中碱激发剂溶液混合，拌合均匀形成浆体，静置1小时进行碱陈化预处理，其中碱激发剂溶液与底灰的体重比为3:1。
40.s6：碱激发胶凝材料浆体制作
41.首先将矿渣粉与熟石灰粉，加入到s5中静置陈化后的底灰浆体中并快速搅拌，搅拌速率为260r/min,搅拌时长为1min，然后将液态硅酸钠与砂加入到所述s5中静置陈化后的底灰浆体中并快速搅拌，搅拌速率为260r/min，搅拌时长为0.5min，矿渣粉与底灰浆体的体重量比为1:11，熟石灰粉与底灰浆体的体重量比为1:10，液态硅酸钠与底灰浆体的体重量比为1:10，砂与底灰浆体的体重量比为2：1。
42.s7：碱激发胶凝材料试件
43.将碱激发胶凝材料浆体注入模具中振动成型，在常温条件下养护至脱模，得到碱激发胶凝材料试件。
44.s8：将碱激发胶凝材料试件进行蒸养，蒸养温度为40℃，蒸养时间为5h。
45.实施例2
46.一种用于垃圾处理的碱激发胶凝材料制备工艺，制备工艺包括如下步骤：
47.s1：城市生活垃圾焚烧底灰煅烧消泡预处理
48.将城市生活垃圾焚烧底灰颗粒在马沸炉中煅烧，煅烧温度为1030℃，持续恒温煅烧15分钟。
49.s2：城市生活垃圾焚烧底灰破碎预处理
50.使用颚式破碎机破碎对城市生活垃圾焚烧底灰进行破碎，将城市生活垃圾焚烧底灰破碎为直径小于4.75mm的块状颗粒。
51.s3：城市生活垃圾焚烧底灰球磨预处理
52.经过球磨机对所述s2中城市生活垃圾焚烧底灰块状颗粒球磨30分钟；
53.s4：碱激发剂溶液配制
54.将氢氧化钠和水混合，制得碱激发剂溶液，其中氢氧化钠与水的体重比为1:10。
55.s5：城市生活垃圾焚烧底灰碱陈化消泡预处理
56.将经过s2与s3处理后的底灰与s4中碱激发剂溶液混合，拌合均匀形成浆体，静置2小时进行碱陈化预处理，，其中碱激发剂溶液与底灰的体重比为1：1。
57.s6：碱激发胶凝材料浆体制作
58.首先将矿渣粉与熟石灰粉，加入到所述s5中静置陈化后的底灰浆体中并快速搅拌，搅拌速率为300r/min,搅拌时长为1.5min，然后将液态硅酸钠与砂加入到所述s5中静置陈化后的底灰浆体中并快速搅拌，搅拌速率为300r/min，搅拌时长为0.8min，矿渣粉与底灰浆体的体重量比为2:1，熟石灰粉与底灰浆体的体重量比为1:50，液态硅酸钠与底灰浆体的体重量比为1：5，砂与底灰浆体的体重量比为5：1。
59.s7：碱激发胶凝材料试件
60.将碱激发胶凝材料浆体注入模具中振动成型，在常温条件下养护至脱模，得到碱激发胶凝材料试件。
61.s8：将碱激发胶凝材料试件进行蒸养，蒸养温度为50℃，蒸养时间为10h。
62.实施例3
63.一种用于垃圾处理的碱激发胶凝材料制备工艺，制备工艺包括如下步骤：
64.s1：城市生活垃圾焚烧底灰煅烧消泡预处理
65.将城市生活垃圾焚烧底灰颗粒在马沸炉中煅烧，煅烧温度为1100℃，持续恒温煅烧30分钟。
66.s2：城市生活垃圾焚烧底灰破碎预处理
67.使用颚式破碎机破碎对城市生活垃圾焚烧底灰进行破碎，将城市生活垃圾焚烧底灰破碎为直径小于5.03mm的块状颗粒。
68.s3：城市生活垃圾焚烧底灰球磨预处理
69.经过球磨机对所述s2中城市生活垃圾焚烧底灰块状颗粒球磨60分钟；
70.s4：碱激发剂溶液配制
71.将氢氧化钠和水混合，制得碱激发剂溶液，其中氢氧化钠与水的体重比为1:5。
72.s5：城市生活垃圾焚烧底灰碱陈化消泡预处理
73.将经过s2与s3处理后的底灰与s4中碱激发剂溶液混合，拌合均匀形成浆体，静置3小时进行碱陈化预处理，，其中碱激发剂溶液与底灰的体重比为1:5。
74.s6：碱激发胶凝材料浆体制作
75.首先将矿渣粉与熟石灰粉，加入到所述s5中静置陈化后的底灰浆体中并快速搅拌，搅拌速率为320r/min,搅拌时长为2min，然后将液态硅酸钠与砂加入到所述s5中静置陈化后的底灰浆体中并快速搅拌，搅拌速率为320r/min，搅拌时长为1min，矿渣粉与底灰浆体的体重量比为3:1，熟石灰粉与底灰浆体的体重量比为1:100，液态硅酸钠与底灰浆体的体重量比为1：3，砂与底灰浆体的体重量比为10：1。
76.s7：碱激发胶凝材料试件
77.将碱激发胶凝材料浆体注入模具中振动成型，在常温条件下养护至脱模，得到碱激发胶凝材料试件。
78.s8：将碱激发胶凝材料试件进行蒸养，蒸养温度为60℃，蒸养时间为15h。
79.在实施例1-实施例3中，根据实验测试，记录结果如下：
[0080][0081]
根据上述实施例的记录结果可以看出，实施例1-3中，实施例1中抗压强度与抗折强度明显高于水泥对照组，而且碱激发材料的抗折与抗压强度比能够达到1/5，远高于水泥对照组的抗折与抗压强度比1/8，这说明碱激发材料具有更加优良的抗折性能，同时碱激发材料具有明显早强的特性。实施例2中碱激发材料的抗压强度与抗折强度虽然明显降低，但这是在低激发剂与矿物添加剂条件下制备，可以显著降低碱激发材料的制备成本。实施例3中碱激发材料的抗压强度与抗折强度介于实施例1与2之间，这说明碱激发材料的力学性能可以通过改变配合比来调整强度性能。
[0082]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0083]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。