[发明专利]一种基于垃圾飞灰及炉渣的快凝快硬胶凝材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于垃圾飞灰及炉渣的快凝快硬胶凝材料，以垃圾飞灰和炉渣为主要原料，以电石渣与碱性药剂做为固体碱激发剂，铜尾矿、粉煤灰为缓凝剂，制备环境友好型的快凝快硬胶凝材料；制备方法为：将垃圾飞灰、炉渣、电石渣、铜尾矿、粉煤灰等固体废弃物分别研磨至一定的粒度后与碱性药剂、外加剂按比例混合，依据水灰比将水与干料混合均匀后装模，待初凝后脱模置于养护箱内养护至龄期，制得快凝快硬胶凝材料。本发明的优点是实现了多种固体废物协同利用，着重对垃圾飞灰的大量使用，工艺简单，成本低廉，制得材料性能优越；对提高固废的利用效率和建设环境友好型社会产生了积极的效果。

技术领域

本发明涉及一种基于垃圾飞灰及炉渣的快凝快硬胶凝材料及制备方法，属于环保技术、抢修工程技术、工业废物资源化领域技术领域。

背景技术

现阶段，处理方法集中为焚烧法和填埋法，填埋法受土地资源等因素的制约，填埋会占用大量的土地资源，且重金属、二噁英等物质在酸雨等自然条件下较易浸出，从而危害土壤及水环境，潜在极大的环境风险。焚烧法虽能减少垃圾数量与体积，但焚烧过程会产生大量炉渣与垃圾飞灰。垃圾飞灰是编号为HW18的危险废物，含有较高浓度且易于浸出的重金属、二噁英等有毒有害物质，应按照危险废物填埋标准进行填埋处理。垃圾飞灰属CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-Cl体系(垃圾飞灰与炉渣中主要成分如表1所示)，该体系与传统制作水泥的原料体系相同，具备火山灰潜在特性，即遇水即固，形成的试件具备强度的特性，可作为合成建筑材料的原料。一方面，在强碱性环境下，Si-O与Al-O键均易断裂，断裂后的Ca+能优先高效的与阴离子(Cl^-、OH^-、SO4^2-)结合，加快水化反应速率，生成初级水化产物，如：C-S-H凝胶，这是该材料强度的主要来源；另一方面，为了保持浆体内部的电平衡，重金属离子也能与阴离子结合，以氢氧化物或络合物的形式与水化产物相互吸附沉积在材料内部，进而实现重金属的固化。

由于乙炔制造产业的迅猛发展，会产生大量副产物电石渣，每消耗1t电石约产生1.2t电石渣。电石渣是一种典型的工业固废，综合利用率较低，主要成分是Ca(OH)₂，随意堆放会占用大量的土地资源，且会造成土壤盐碱化及污染地下水。因此实现电石渣的资源化利用是急需解决的问题。

尾矿是选矿产生的主要工业固体废弃物，其中每年铜尾矿的产量可达3亿t，尾矿堆积侵占土地资源，具有较大的环境风险。现阶段，我国铜尾矿利用率仅为25％,尾矿利用程度不高，因此，研究铜尾矿的资源化利用已迫在眉睫。

地聚合物主要是由富含硅和铝的自然矿物及工业废弃物，在碱激发剂的作用下合成。已有研究表明，地聚合物中独特的硅氧四面体和铝氧四面体结构，能够捕捉与稳定重金属离子，在常温下便可合成，具有凝结速度快、强度高、操作简单、能耗低等优点，是低成本、高性能的环保型材料，在建筑行业逐渐被接受与应用。垃圾飞灰与炉渣中富含SiO₂与Al₂O₃，硅铝碱活性较高，可作为生产地聚合物的前体物。

发明专利CN109437758A公开了一种超快硬水泥混凝土及其制备方法，以硅酸盐、硫酸盐水泥为主，飞灰与矿渣作为添加剂改良水泥，可促使水泥快速硬化；发明专利CN110615660A公开了一种利用垃圾焚烧飞灰制备路面快速修补材料的方法，通过在1000-1200℃下煅烧美菱矿，制得MgO对垃圾焚烧飞灰进行改性，进一步制得快速修补材料；发明专利CN113582633A公开了一种高延性快凝快硬混凝土修补材料，利用粉煤灰与石英砂制备而成；发明专利CN109942238A公开了一种快凝快硬煤矸石碱激发快速修补材料的制备方法，通过添加熟石灰做碱激发剂，明显缩短了材料得凝结时间。

这些方法虽在一定程度上利用了固体废物，但存在大量使用水泥做粘结剂、固废掺量低、工艺复杂、成本高等问题，不利于固体废物资源的推广及使用。

发明内容