[发明专利]一种利用城市垃圾焚烧飞灰生产阿利尼特水泥的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泥的制备方法，尤其是涉及一种利用城市垃圾焚烧飞灰生产阿利尼特水泥的方法。

背景技术

随着城市建设的飞速发展、人口快速增长，城市生活垃圾的排放量也在急剧增加，成分也越来越复杂。以生活垃圾为例，1987年全国城市生活垃圾清运量才5398万吨，到1997年猛增到1.2亿吨，2002年我国城市垃圾已达1.5亿吨以上，并以每年8％～10％的速度在增长，预计到2010年我国城市生活垃圾的年排放量将达到2.1亿吨。这些废弃物对人类生存的自然环境构成了严重的威胁——危害公众的身心健康、传播各种疾病、污染生态环境、破坏农田土质等，已经成为社会关注的焦点，并且成为各国政府迫切需要解决的问题之一。目前常用垃圾处理方法主要有：卫生填埋、堆肥和焚烧等。但卫生填埋和堆肥等传统方法由于种种弊端，已无法满足城市发展的需要。而生活垃圾焚烧技术以其处理速度快、占地面积少、减量化效果好等优点逐渐在垃圾处理过程中扮演着越来越重要的角色。近年来我国已有不少城市如上海、北京、珠海、广州等地也已建成了一些垃圾焚烧厂，焚烧灰渣的年排放量已突破45万t。

表1灰渣中的微量有害有机物(ng/g)

注：ND-检测不到

表2灰渣中的重金属总量和最大可浸出量(mg/kg)

虽然城市垃圾焚烧技术可以有效的处理生活垃圾(焚烧产生的灰渣只占焚烧前总重量的20％～30％，体积减少到原来的90％)，但焚烧后所产生的飞灰(约占灰渣总量的20％)仍对环境具有较大的危害。飞灰作为一种高比表面积物质，它不但富集大量的汞、锡、铅等有毒重金属，而且也富集了大量的二噁英类物质(灰渣中的微量有害物见表1、灰渣中重金属最大可浸出值见表2)，是一种同时兼具重金属危害性和对环境有持久危害性的双料危险废弃物。但同时垃圾焚烧飞灰的主要成分属CaO-SiO₂-Al₂O₃(Fe₂O₃)体系，具有可再利用的潜力。目前垃圾焚烧产生灰渣的资源化利用在美国、日本和欧洲已有几十年历史，但是飞灰一般是经稳定化处理后直接送至填埋场填埋，其资源化利用还处于尝试阶段。因此采取适当的技术措施处理垃圾焚烧飞灰以达到无害化、资源化的目的，就显得十分重要和紧迫。

对焚烧飞灰的成分分析发现，其中包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等物质，与目前常用的高炉矿渣、粉煤灰等胶凝材料非常接近，可以用来烧成水泥熟料。同时从其成分分析中还可以发现含有大量的Cl和Mg，这又是合成阿利尼特(Alinite)矿物所必备的元素。阿利尼特(Alinite)是上世纪70年代，由前苏联科学家IIyukhi等用CaO、SiO₂、Al₂O₃和CaCl₂四种组分在1100℃时合成的一种矿物。最新研究表明其分子式可写成Ca₁₀Mg_1-x/2V_x/2^-[(SiO₄)_3+x(AlO₄)_1-xO₂Cl](其中0.35＜x＜0.45，V代表阳离子空位)。与传统波特兰水泥相比，以阿利尼特为主要矿物的水泥具有许多优异特性：首先是节能方面；一般认为CaCO₃分解的能耗约占水泥熟料烧成能耗的55％，而阿利尼特水泥熟料中CaO质量百分数一般为45％～55％，与硅酸盐水泥相比(其熟料中CaO质量百分数为62％～67％)可以降低CaCO₃分解的能耗。同时阿利尼特水泥烧成温度在1180℃～1200℃，比硅酸盐水泥熟料(需要在很高温度下烧成，约为1450℃)节能大约545kJ/kg。此外，阿利尼特矿物具有良好的易磨性，在粉磨工艺上可达到节能的目的。其次阿利尼特水化速度快；水化1h阿利尼特的水化程度为22％，而C₃S的为10％；水化24h，前者水化了70％，后者水化了25％；水化28d，阿利尼特几乎完全水化。再次就是阿利尼特水泥具有较高的早期强度；阿利尼特水泥是一种早强快硬水泥，有可能成为传统快硬高强水泥的替代品。此外，阿利尼特水泥因矿物以阿利尼特和贝利特为主，对混凝土外加剂有较好的适应性。