[发明专利]一种固废基超细特种复合胶凝材料的制备方法及胶凝材料

说明书

本发明公开了一种固废基超细特种复合胶凝材料的制备方法及胶凝材料，主要以大宗固废为原料，采用颗粒级配多级超细定向调节，界面调控改性工艺，制备高性能固废基超细特种复合胶凝材料。其配合比为40～100份的超细多元固废基混合料,0～60份固废基碱调和剂和额外1～5份的碱活化剂，其中，超细多元固废混合料包括矿渣、粉煤灰、钢渣、建筑垃圾、污泥焚烧灰、生活垃圾焚烧炉渣和磷石膏等固废材料中的2种或多种；固废基碱调和剂为赤泥、电石渣等碱性固体废弃物中的1种或多种；碱活化剂为碱金属氧化物、水玻璃中的1种或多种，本发明解决了大宗固废综合利用问题，缓解了水泥制造工业高能耗高碳排放造成的环境影响。

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化利用技术领域，特别涉及一种固废基超细特种复合胶凝材料的制备方法及胶凝材料。

背景技术

据统计，水泥工业消耗了约5％的自然资源，使用了工业总能源总量的12％～15％，排放的二氧化碳约占总量的6％。自然资源的衰竭，高能耗高碳排放的环境影响严重制约了水泥工业的发展。基于此，采用大宗固废替换水泥制备高性能胶凝材料具有较好的经济环境效益。

矿渣、粉煤灰、污泥焚烧灰、生活垃圾焚烧炉渣、钢渣、磷石膏、赤泥和电石渣是常见的工业固体废弃物，矿渣、钢渣是提炼钢铁过程中产生的副产物，每生产一吨钢铁，会有0.3吨的矿渣和0.2吨的钢渣产生，据统计中国每年会生产2.4亿吨矿渣和超过一亿吨的钢渣；粉煤灰是火电厂排放的最主要的固体废弃物之一，是燃煤电厂经捕尘装置从烟气中收集而得到的细灰，近年来随着资源消耗量的增加，粉煤灰产量呈逐年上升趋势，2019年我国工业粉煤灰年产量约5.4×108吨，综合利用率为74.7％，但是总量巨大，已成为中国最大单一固体污染源；污水处理厂每天都会处理大量的污水从而会有大量的污泥产生，如果对污泥进行填埋处置不仅侵占宝贵的土地资源，而且破坏生态环境。目前，污泥焚烧处理工艺能最大程度实现无害化、减量化、能量回收等，成为我国污泥处理的主流技术之一。生活垃圾焚烧炉渣是垃圾焚烧生活垃圾的产物，由不燃物和少部分为燃烧的物质组成，如碎玻璃、碎瓷片和一些金属物质等，产量巨大，其体积是进场时的20％左右。赤泥是生产氧化铝产生的副产物，磷石膏是湿法制备磷酸工艺而产生的工业副产物。每生产一吨氧化铝将会产生1～2吨的赤泥，到2015年我国的堆存量已经达到了4亿吨；每生产1吨磷酸产生4.5～5.5吨磷石膏，现在我国每年有超7000万吨磷石膏产生，现在磷石膏的总量已经超过6亿吨。电石渣是电石水解得到乙炔的次生产物，主要成分与石灰非常相似，每1吨电石渣水解后可产生约10吨固体含量约为12％的电石渣浆，按此计算我国每年产生的电石渣高达4300万吨。这几种固体废物的产量大，且主要以堆存的方式为主，占用大量的土地资源，赤泥、磷石膏、矿渣、粉煤灰的颗粒细小，容易随风飘到空气中对环境造成污染，这些固体废弃物长期堆存里边的一些有害物质会随着雨水渗入到地下，对周围环境造成影响并影响地下水，对人类身体健康造成伤害。这些大宗固体废弃物难以处理，制约着城市的低碳发展，因此资源化利用这些固废迫在眉睫。

因此，本发明利用大宗固体废弃物(矿渣、粉煤灰、污泥焚烧灰、生活垃圾焚烧炉渣、钢渣、磷石膏、赤泥和电石渣)潜在的火山灰质活性，基于固废协同利用原理，开发了固废基超细特种复合胶凝材料，用于部分代替或者全部代替水泥，不仅可以提高固体废弃物的利用率，减少堆存问题，而且可以减少环境污染，减轻工业废弃物造成的环境负担，有利于建筑工业绿色可持续发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种固废基超细特种复合胶凝材料及其制备方法，主要以大宗固废为原料，采用颗粒级配多级超细定向调节，界面调控改性工艺，制备高性能固废基超细特种复合胶凝材料。主要原理是利用钢渣、矿渣以及粉煤灰等潜在火山灰活性，协同处理建筑垃圾、污泥焚烧灰、生活垃圾焚烧炉渣和磷石膏等固体废弃物，利用赤泥和电石渣的强碱性作为固废碱性调和剂，降低碱激发剂用量，通过多级破碎粉磨，界面改性激发活性，促进水化反应时胶凝材料中Al酸盐和Si酸盐离子溶出，从而生成更多的水化产物，提高强度和耐久性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：