專利名稱：利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水泥生產(chǎn)，尤其是涉及利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法。
背景技術(shù)：
生活垃圾焚燒發(fā)電是目前國內(nèi)外發(fā)達(dá)地區(qū)處理生活垃圾的主要途徑之一。焚燒爐渣是城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠的副產(chǎn)品，包括爐排上殘留的焚燒殘渣和從爐排間掉落的顆粒物。焚燒爐渣中含有一定量的Cd、Hg、Pd、As、Cr、Se、Zn等重金屬以及較多的堿金屬離子(K+、Na+)與氯離子。如不加以處理，上述重金屬在酸性條件下(如酸雨P(guān)H＝4～6)，溶出速度較快且溶出量較大，往往超出我國重金屬浸出毒性GB 5085.3-1996的標(biāo)準(zhǔn)，對環(huán)境造成危害。若按現(xiàn)有普遍的方式作填埋處理或一般固體廢棄物處置，既侵占土地資源，又因重金屬的溶出，對地下水豐富的南方以及酸雨較嚴(yán)重的地區(qū)造成嚴(yán)重的二次污染。隨著生活垃圾焚燒發(fā)電廠建設(shè)速度的加快，焚燒爐渣的產(chǎn)量也越來越大。因此，垃圾焚燒爐渣的無害化處理與綜合利用是生活垃圾焚燒發(fā)電廠帶來的新問題。
國際上爐渣的資源化利用途徑主要有①作為瀝青混凝土的替代骨料；②作為水泥混凝土的部分替代骨料；③作為填埋場的覆蓋材料，該方法并沒有緩解填埋場廢水的處理壓力；④作為路堤、路基的填充材料，該方法爐渣重金屬溶出對地表水存在污染問題；⑤用于制作墻磚和地磚，但由于爐渣需經(jīng)過預(yù)處理，成本升要，質(zhì)量下降，因此未大量推廣應(yīng)用。
國內(nèi)尚無爐渣的資源化工業(yè)應(yīng)用，國內(nèi)的研究報道主要有(1)用作普通硅酸鹽水泥的混和材，但其摻量僅為5％～10％，過量將存在水泥性能下降或制品重金屬溶出超標(biāo)等問題。(2)用于制造混凝土制品，特別是制造路緣石、草坪磚、人行道磚、砌塊和隔墻板等建筑構(gòu)件。。
從上述國內(nèi)外對爐渣資源化利用情況來看，爐渣主要用于水泥基建筑材料的生產(chǎn)，大部分用于道路及工業(yè)民用建筑。這些建筑物直接暴露在地表或處于更加苛刻的環(huán)境條件下，受雨水的沖淋，隨著工業(yè)污染的加劇，各地區(qū)酸雨增多，水泥建筑物中可溶的有害重金屬將直接進(jìn)入地表水，進(jìn)入生物鏈，對人類健康產(chǎn)生很大的危害。此外，現(xiàn)有爐渣綜合利用技術(shù)還存在下列不足(1)用于混凝土的替代骨料時，未有爐渣中堿金屬離子與氯離子對混凝土耐久性(如鋼筋銹蝕、堿骨料反應(yīng)等)的報道研究和解決措施；(2)摻加5％～10％的爐渣作為混合材，其摻量較少，且實(shí)驗忽略了爐渣中堿、氯離子等對制品耐久性的危害；(3)大摻量用于制造地磚，其制品的重金屬溶出對地表水、地下水的污染則較為令人擔(dān)憂。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種環(huán)保、方便、實(shí)用的將生活垃圾焚燒爐渣作為混合材生產(chǎn)砌筑水泥的方法。其爐渣摻量達(dá)到15％以上，產(chǎn)品性能達(dá)到砌筑水泥GB/T 3183-2003國家標(biāo)準(zhǔn)要求，制品的重金屬浸出毒性按照GB 5085.3-1996規(guī)定的方法檢測達(dá)到GB 3838-2002地表水v類環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的高要求，變害為利，有效解決爐渣的二次污染問題。
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法，該方法是將生活垃圾焚燒爐渣作為混合材，與硅酸鹽熟料、礦渣和石膏共同粉磨或者分別粉磨混合均化，制成砌筑水泥；以質(zhì)量百分比計，原料的加入量為生活垃圾焚燒爐渣 15％～50％硅酸鹽熟料 1％～50％礦渣 5％～50％石膏 4％～8％。
為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述原料中還包括粉煤灰，偏高嶺土或石灰石，以質(zhì)量百分比計，其加入量為粉煤灰 0％～30％偏高嶺土 0％～20％石灰石 0％～8％。
如生活垃圾焚燒爐渣存在臭味較大以及殘余的木頭、布條、鐵質(zhì)材料和塑料袋等，所述生活垃圾焚燒爐渣在粉磨前還包括除臭、除鐵、篩選和烘干的預(yù)處理，該預(yù)處理的篩選為將未燃盡的木頭、布條和塑料袋去除。
根據(jù)行業(yè)要求，所述硅酸鹽水泥熟料要符合JC/T853-1999標(biāo)準(zhǔn)的要求；所述礦渣優(yōu)選采用經(jīng)烘干處理后的礦渣，為?；郀t礦渣，符合GB/T203-1994標(biāo)準(zhǔn)的要求；所述石膏符合GB/T5483-1996標(biāo)準(zhǔn)的要求；所述粉煤灰符合GB/T1596-1991標(biāo)準(zhǔn)的要求；所述偏高嶺土符合GB/T2847-1996標(biāo)準(zhǔn)的要求；所述石灰石中三氧化二鋁含量小于2.5％。所述生活垃圾焚燒爐渣、硅酸鹽熟料、礦渣和石膏共同粉磨或者分別粉磨的細(xì)度為過0.08mm的篩，篩余小于10％，比表面積至少為300m2/kg。
生產(chǎn)中，礦渣與垃圾焚燒爐渣先進(jìn)行烘干處理，石膏、石灰石等材料先破碎處理，各種原材料分別儲存入庫，按照配方要求計量，然后喂入粉磨設(shè)備(球磨機(jī)、立磨或輥壓磨)共同粉磨達(dá)到一定細(xì)度后，再進(jìn)行均化、包裝出廠；或者分別粉磨后按配方要求計量喂入均化庫進(jìn)行均化、包裝出廠。生產(chǎn)工藝基本同現(xiàn)有水泥生產(chǎn)工藝。
所生產(chǎn)的砌筑水泥，SO3含量小于4％，性能達(dá)到GB/T 3183-2003砌筑水泥國家標(biāo)準(zhǔn)要求；制品的重金屬溶出按照GB 5085.3-1996規(guī)定的方法檢測達(dá)到GB 3838-2002地表水v類環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。適當(dāng)增大粉磨的比表面積或調(diào)整礦渣、或偏高嶺土、或熟料摻量，可生產(chǎn)更高強(qiáng)度等級的砌筑水泥。
本發(fā)明的原理利用爐渣中較大量的Na+、K+、Cl-等離子激活火山灰質(zhì)材料(如礦渣、偏高嶺土等)的活性，使混合材產(chǎn)生膠凝性能，并與熟料礦物的水化產(chǎn)物共同將有害重金屬固化，使生產(chǎn)的砌筑水泥性能到國家標(biāo)準(zhǔn)要求；還使所生產(chǎn)的砌筑水泥制品的重金屬浸出毒性按照GB 5085.3-1996規(guī)定的方法檢測達(dá)到GB 3838-2002地表水v類環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)利用焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥，生活垃圾焚燒爐渣的加入量超過15％(重量比)，能夠較大量地利用焚燒爐渣，同時利用了爐渣中堿金屬離子、氯離子等有害組分，激發(fā)了礦渣等火山灰質(zhì)材料的活性，增強(qiáng)了對重金屬的固化效果；確保垃圾焚燒爐渣中的有害重金屬成分在綜合利用過程中被徹底地?zé)o害化處理，保證利用焚燒垃圾爐渣生產(chǎn)的砌筑水泥在使用過程中不會造成二次污染。
(2)較大量地利用垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥，化害為利，可大幅度減少對垃圾焚燒爐渣處理費(fèi)用的支出，緩解環(huán)衛(wèi)部門的經(jīng)濟(jì)壓力(對爐渣的處理一般采取填埋方式，填埋爐渣的費(fèi)用需47.4元/噸，處理爐渣給政府環(huán)衛(wèi)部門帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)壓力)。
(3)利用垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥時無需改變現(xiàn)有水泥生產(chǎn)工藝，可在原水泥生產(chǎn)工藝線的基礎(chǔ)上做局部完善即可，生產(chǎn)成本低，應(yīng)用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的砌筑水泥的物理性能均可達(dá)到砌筑水泥GB/T 3183-2003標(biāo)準(zhǔn)要求，其制品重金屬溶出均可達(dá)到GB 3838-2002地表水的v類環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，市場前景較好。
(4)本發(fā)明能使垃圾焚燒爐渣實(shí)現(xiàn)綜合利用，在一定程度上降低了填埋場的壓力，減少了土地資源的浪費(fèi)，具有現(xiàn)實(shí)意義，同時，也符合國家產(chǎn)業(yè)政策和可持續(xù)發(fā)展的要求，達(dá)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。
(5)該發(fā)明還可減少水泥工業(yè)對天然優(yōu)質(zhì)資源的消耗(砌筑水泥約占目前建筑水泥市場用量的30％左右)，有利于水泥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
實(shí)施例1選用上海市江橋垃圾焚燒發(fā)電廠的爐渣，廣州市珠江水泥有限公司生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料，廣東省韶關(guān)鋼鐵廠出產(chǎn)的?；郀t礦渣及天然二水石膏，珠江電廠的干排III級粉煤灰，以及偏高嶺土。上述材料分別單獨(dú)粉磨，控制爐渣的比表面積為350m2/kg，熟料的比表面積370m2/kg，礦渣的比表面積400m2/kg，石膏比表面積390m2/kg，粉煤灰比表面積310m2/kg，偏高嶺土比表面積390m2/kg。按表1中比例搭配混合(混和后0.08mm篩余為1％～3％)，所制得砌筑水泥的物理性能如表2所示，制品重金屬浸出情況如表7所示。
表1、1～5#砌筑水泥的配方(％)
表2、1～5#砌筑水泥樣品的物理性能
由表1、表2、表7可見，當(dāng)垃圾焚燒爐渣的摻量為33％時，按照本發(fā)明所提供的配方和產(chǎn)品參數(shù)控制，所制得的砌筑水泥性能可達(dá)到GB/T 3183-2003標(biāo)準(zhǔn)22.5強(qiáng)度等級的要求，重金屬溶出均可達(dá)到GB 3838-2002地表水的v類環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。
實(shí)施例2選用上海江橋垃圾焚燒發(fā)電廠的爐渣，廣東省亨達(dá)利水泥廠生產(chǎn)的硅酸鹽熟料，廣西省柳州鋼鐵廠的?；郀t礦渣，天然石膏，廣州市黃圃電廠的II級粉煤灰，偏高嶺土，按照表3的配方共同粉磨，得到比表面積320～330m2/kg(0.08mm篩余為4％～6％)的砌筑水泥。其物理性能如表4所示，部分樣品重金屬浸出毒性如表7所示。
表3、6～10#樣品的配方(％)
表4、6～10#砌筑水泥樣品的物理性能
部分樣品的重金屬溶出情況見表7。從表3～表4、表7可以看到，當(dāng)垃圾焚燒爐渣摻量達(dá)到45％～50％時，水泥性能均能符合GB/T 3183-2003砌筑水泥12.5Mpa或以上的等級要求，重金屬溶出均可達(dá)到GB 3838-2002地表水v類環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。
實(shí)施例3選用廣州市李坑垃圾焚燒發(fā)電廠的爐渣，廣東省塔牌集團(tuán)新型干法窯生產(chǎn)的硅酸鹽熟料，湖南韶鋒鋼鐵廠的粒化高爐礦渣，湖南天然石膏，廣州市黃圃電廠III級粉煤灰，廣東省英德產(chǎn)石灰石，按照表5的配方共同粉磨至比表面積350～360m2/kg(0.08mm篩余控制在2％～3％)。所制備的砌筑水泥物理性能如表6所示，部分樣品重金屬浸出毒性如表7所示。
表5、11～15#樣品配方(％)
表6、11～15#砌筑水泥樣品的物理性能
表7、1～6及10、14、15#樣品重金屬溶出情況(μg/L)
由表5～表6、表7可見，當(dāng)垃圾焚燒爐渣摻量在15％～40％時，調(diào)整其它材料的比例，樣品性能仍可達(dá)到GB/T 3183-2003砌筑水泥12.5Mpa或以上的等級要求，重金屬溶出均可達(dá)到GB 3838-2002地表水v類環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。
權(quán)利要求
1.利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法，其特征在于，將生活垃圾焚燒爐渣作為混合材，與硅酸鹽熟料、礦渣和石膏共同粉磨或者分別粉磨混合均化，制成砌筑水泥；以質(zhì)量百分比計，各原料的加入量為生活垃圾焚燒爐渣 15％～50％硅酸鹽熟料1％～50％礦渣 5％～50％石膏 4％～8％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法，其特征在于，所述原料中還包括粉煤灰，偏高嶺土或石灰石，以質(zhì)量百分比計，其加入量為粉煤灰 0％～30％偏高嶺土 0％～20％石灰石 0％～8％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法，其特征在于，所述生活垃圾焚燒爐渣在粉磨前還包括除臭、除鐵、篩選和烘干的預(yù)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法，其特征在于，所述篩選為將未燃盡的木頭、布條和塑料袋去除。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法，其特征在于，所述礦渣為經(jīng)烘干處理后的礦渣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法，其特征在于，所述硅酸鹽水泥熟料符合JC/T853-1999標(biāo)準(zhǔn)的要求；所述礦渣為?；郀t礦渣符合GB/T203-1994標(biāo)準(zhǔn)的要求；所述石膏符合GB/T5483-1996標(biāo)準(zhǔn)的要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法，其特征在于，所述粉煤灰符合GB/T1596-1991標(biāo)準(zhǔn)的要求；所述偏高嶺土符合GB/T2847-1996標(biāo)準(zhǔn)的要求；所述石灰石中三氧化二鋁含量小于2.5％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法，其特征在于，所述生活垃圾焚燒爐渣、硅酸鹽熟料、礦渣和石膏共同粉磨或者分別粉磨的細(xì)度為過0.08mm的篩，篩余小于10％，比表面積至少為300m2/kg。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用生活垃圾焚燒爐渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法。該方法是將生活垃圾焚燒爐渣作為混合材，與硅酸鹽熟料、礦渣和石膏共同粉磨，或者分別粉磨再混合均化，制成砌筑水泥；以質(zhì)量百分比計，原料的加入量為生活垃圾焚燒爐渣為15％～50％，硅酸鹽熟料為1％～50％，礦渣為5％～50％，石膏為4％～8％。應(yīng)用該法生產(chǎn)的砌筑水泥的物理性能均可達(dá)到砌筑水泥GB/T 3183－2003標(biāo)準(zhǔn)要求，其制品有害重金屬溶出均可達(dá)到GB 3838－2002地表水的v類環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，而且生活垃圾焚燒爐渣的用量超過15％，能夠較大量地處理焚燒爐渣。
文檔編號C04B7/36GK1792942SQ20051012066
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者吳笑梅, 樊粵明, 陳東河 申請人:華南理工大學(xué)