[发明专利]一种利用垃圾焚烧飞灰制备路面快速修补材料的方法

说明书

本发明涉及一种利用垃圾焚烧飞灰制备路面快速修补材料的方法，具体为：将菱镁矿(MgCO₃)经1000‑1200℃高温分解制得MgO，比表面积在2000‑3000cm²/g；将MgO表面进行预处理，将预处理的MgO与磷酸盐、垃圾焚烧飞灰、偏高岭土、缓凝剂按比例混合，制得磷酸镁水泥基复合材料；按质量百分比计：预处理后MgO：5～25％；磷酸盐：20～40％；垃圾焚烧飞灰：10～30％；偏高岭土：10～30％；缓凝剂：4～8％；其总质量满足100％。本发明在获得优异产品性能同时，降低煅烧MgO所需温度，科学、高效处置利用垃圾焚烧飞灰等有毒有害固体废弃物，赋予其高附加值，对发展低碳经济、建设资源节约型和环境友好型社会产生积极意义。

技术领域

本发明属于环保技术、道路新材料技术领域，包括垃圾焚烧飞灰等固体废弃物的利用以及路面快速修补材料的生产技术。

背景技术

随着我国城市化进程加快以及规模的逐渐扩大，城市垃圾排放量也显著增加，近些年来已成为困扰城市发展的瓶颈问题之一。城市垃圾简单堆放不仅浪费宝贵土地资源，还会对生态环境和人类健康造成严重威胁。现阶段，我国生活垃圾无害化处理方式主要以填埋为主，堆肥和焚烧为辅。随着城市垃圾焚烧技术广泛推进，其可减容、减量的优点使得其逐渐成为处理生活垃圾的首选方法。尽管生活垃圾焚烧处理具有技术优势，但所带来的一些废弃物等可能造成的二次污染也正成为人们关注的焦点。

城市生活垃圾焚烧排放物主要为底灰和飞灰。其中底灰资源化综合利用已得到广泛支持和应用，但由于飞灰具有复杂的表面特性，从烟气中吸附或形成了高浓度的无机和有机污染物，特别是其中含有高浓度的重金属和剧毒性二恶英化合物(参见表1和表2)，以及高浓度的可溶性盐类物质，都制约了其资源化利用。另一方面，垃圾焚烧飞灰的主要成分属CaO-SiO₂-Al₂O₃(Fe₂O₃)体系，与传统混凝土用辅助性胶凝材料组分相似，具有作为建筑材料资源化利用的潜力。目前垃圾焚烧产生底灰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。在未来可预期一段时间内，我国城市垃圾焚烧飞灰的排放量仍将急速增加，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。

垃圾焚烧飞灰通常是细小尘粒，颜色从白色到灰色和黑色不等。扫描电镜下可以观察到垃圾焚烧飞灰形状多为扁平形和圆形，凝聚成团，或类似粉煤灰呈球形颗粒，也有用碎海绵、卷纸状等词语来描叙飞灰形状的。其中相当一部分垃圾焚烧飞灰为无定形，颗粒较松散，孔隙率较高，颗粒表面凹凸不平。垃圾焚烧飞灰在焚烧灰渣中大约占10％～20％(质量分数)，且2/3以上的化学物质是硅酸盐和钙，其他的化学物质包括铝、铁和钾。焚烧飞灰中的主要结晶物质是以石英(SiO₂)、氯盐(钾盐KCl、钠盐NaCl和钙盐CaCl₂)和硫酸盐(CaSO₄)形式存在，同时还存在少量的方解石(CaCO₃)。

目前，已经有很多学者进行了关于垃圾焚烧飞灰在水泥中资源化利用的研究。城市生活垃圾焚烧飞灰的化学成分与水泥相近，经过水洗预处理以后，比表面积增大，具有胶凝活性，氯离子含量降低较多，可以和工业废渣、天然矿物等合理配制成混凝土用复合掺合料，用于取代一定比例的水泥。此外，也有大量的文献证实了磷酸镁水泥具有固封重金属的作用。基于以上两点，本发明经过系统研究提出了利用垃圾焚烧飞灰制备一种路面快速修补用磷酸镁水泥基复合材料的方法。

本发明拟通过将垃圾焚烧飞灰与一种新型胶凝材料——磷酸镁进行复合，对水泥用氧化镁、磷酸盐等原材料进行优化设计，同时辅以一定量偏高岭土、缓凝剂以改善和调控产品性能，研制一种可用于路面修补用快速硬化胶凝材料。

表1灰渣中的微量有害有机物/ng/g

注：ND-检测不到