一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法

專利名稱：一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法
技術領域：
本發明屬于新材料技術、環保節能技術領域，涉及垃圾焚燒飛灰等固體廢棄物的 利用以及生產一種快硬型水泥基膠凝劑的技術。
背景技術：
隨著城市建設的飛速發展、人口快速增長，城市生活垃圾的排放量也在急劇增加， 成分也越來越復雜。以生活垃圾為例，1987年全國城市生活垃圾清運量才5398萬噸，到 1997年猛增到1. 2億噸，2002年我國城市垃圾已達1. 5億噸以上，并以每年8% 10%的 速度在增長，預計到2010年我國城市生活垃圾的年排放量將達到2. 1億噸。這些廢棄物對 人類生存的自然環境構成了嚴重的威脅——危害公眾的身心健康、傳播各種疾病、污染生 態環境、破壞農田土質等，已經成為社會關注的焦點，并且成為各國政府迫切需要解決的問 題之一。目前常用垃圾處理方法主要有衛生填埋、堆肥和焚燒等。但衛生填埋和堆肥等傳 統方法由于種種弊端，已無法滿足城市發展的需要。而生活垃圾焚燒技術以其處理速度快、 占地面積少、減量化效果好等優點逐漸在垃圾處理過程中扮演著越來越重要的角色。近年 來我國已有不少城市如上海、北京、珠海、廣州等地也已建成了一些垃圾焚燒廠，焚燒灰渣 的年排放量已突破45萬t。雖然城市垃圾焚燒技術可以有效的處理生活垃圾(焚燒產生的灰渣只占焚燒前 總重量的20 % 30 %，體積減少到原來的90 % )，但焚燒后所產生的飛灰(約占灰渣總 量的20%)仍對環境具有較大的危害。飛灰作為一種高比表面積物質，它不但富集大量 的汞、錫、鉛等有毒重金屬，而且也富集了大量的二噁英類物質，是一種同時兼具重金屬 危害性和對環境有持久危害性的雙料危險廢棄物。但同時垃圾焚燒飛灰的主要成分屬 CaO-SiO2-Al2O3(Fe2O3)體系，具有資源化利用的潛力。目前垃圾焚燒產生底灰的資源化利用 在美國、日本和歐洲已有幾十年歷史，但是飛灰一般是經穩定化處理后直接送至填埋場填 埋，其資源化利用還處于嘗試階段。因此采取適當的技術措施處理垃圾焚燒飛灰以達到無 害化、資源化的目的，就顯得十分重要和緊迫。另外，我國煙氣脫硫技術的主要有濕法脫硫工藝、干法脫硫和半干法脫硫等。其 中，濕法脫硫工藝的應用比例高達85 %。但是，這種石灰石——石膏法濕法脫硫工藝產生的 后果就是脫硫石膏大量堆放、分解造成二次污染，對氣候、土壤、植物和人類健康帶來危害。 另外，許多化工企業生產過程中的副產石膏早已積弊為患。預計到2010年，脫硫石膏和化 工副產品石膏將超過1億噸。如何處置這些工業廢棄物，已成為各國政府迫切需要解決的 問題。本發明涉及的膠粘劑主要應用于內外墻瓷磚、大理石、花崗巖等裝飾材料的粘帖。 膠粘劑按照化學成分和凝結時間可分為c類-水泥基膠粘劑，D類-膏狀乳液膠粘劑，R 類_反應型樹脂膠粘劑。其中由水硬性膠凝材料、礦物集料、有機外加劑組成的粉狀C類水 泥基膠粘劑，因其價格低廉，使用方便等因素，使其在我國建筑工程的內外裝飾墻上得到了 廣泛的應用。
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我國在瓷磚粘接劑的使用方面，經歷了水泥凈漿、水泥砂漿、107膠添加劑、干粉砂 漿膠粘劑等幾個階段。使用水泥凈漿，由于水泥水化后會產生收縮較大使得瓷磚容易脫落， 而且瓷磚脫落沒有預見性，易造成事故。于是人們開始使用水泥砂漿，水泥砂漿雖然較純水 泥收縮小，主要是砂子的存在限制了一部分水泥產生的收縮，但沒有從根本上解決問題，砂 漿的柔性依然較差，瓷磚脫落的問題仍然存在。107膠作為粘接瓷磚的水泥砂漿的添加劑， 曾經得到廣泛應用，107膠是聚乙烯醇與甲醛的縮合產物，其性能對水泥凈漿和水泥砂漿有 了很大改善，但隨著人們健康環保意識的提高，甲醛對人體健康有較大威脅，國家有關部門 規定禁止使用107膠。在此情況下，干粉砂漿膠粘劑開始被應用在各種工程中，其主要由無 機膠凝材料、砂子、礦物集料、保水劑、可分散性乳膠粉等組成。干粉砂漿粘接劑中加入的有 機物使粘接劑具有較大柔性，能夠補償水泥凝結后在各種環境中產生的變形，其粘接強度 也較水泥凈漿和水泥砂漿高，因此，現在此類粘接劑被廣泛使用在各種工程中。生產水泥基膠粘劑所需的原料有粘接材料、集料和化學添加劑。集料大多采用石 英砂，石英砂一般經過沖洗、干燥、篩分等預處理，以保證力度和質量符合配方要求。粘接材 料分為無機粘接材料和有機粘接材料，無機粘接材料主要使用普通硅酸鹽水泥，對于有快 硬和其他特殊要求的粘結劑，可采用快硬性的高鋁水泥或特種水泥。有機粘接劑的加入可 以改善水泥及砂漿的特性。眾所周知，水泥砂漿是一種非常堅硬、脆性打、柔性差的脆性材 料，而建筑施工中通常需要的粘接劑要有柔性，變形性要好。通過有機粘接劑的加入可以改 善水泥砂漿的性能，常用的材料有聚乙烯醇、可再分散乳膠粉等。當有機粘接劑與水泥混 合后，水分蒸發時，聚合物粒子通過聚結，形成一層聚合物薄膜，從而起到膠粘劑的作用，聚 合物薄膜作為有機粘接劑，將各種填料的例子膠結在一起，增強了砂漿材料的粘接強度，提 高了內聚力，降低了彈性模量，增強了材料的彈性和抗彎強度，提高了材料的耐沖擊性和耐 候性，降低了材料的吸水性，提高了材料使用過程的保水性，并在砂漿與基層的界面處產生 了很強的黏附力。化學添加劑的加入可以改善砂漿的施工應用性能，常用的添加劑有保水 增稠齊IJ、表面活性劑、消泡劑、防凍齊 、觸變劑、調凝劑等。

發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種在保證產品性 能的同時，能夠減輕了飛灰、脫硫石膏等由于未被利用對環境造成的嚴重負擔以及處理費 用，利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型 水泥基膠粘劑的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)硫鋁酸鹽水泥的煅燒將硫鋁酸鹽生料在電爐中以20 30°C /min的升溫速度至1200 1250°C，然后保 溫1 2h制成硫鋁酸鹽熟料，將硫鋁酸鹽熟料90wt% _95wt%與無水石膏5wt% -IOwt % 混合得到硫鋁酸鹽水泥；(2)快硬型水泥基膠粘劑的制備將硫鋁酸鹽水泥40wt% -50wt%、石英砂 40wt% _50wt%、粉煤灰 5wt% -IOwt %, 羥丙基甲基纖維素醚0. 2wt% -0. 3wt%，可再分散膠粉Iwt % -2wt%，纖維0. Iwt % 0. 2襯％進行拌合即得快硬型水泥基膠粘劑。
所述的硫鋁酸鹽生料的配方如下垃圾焚燒飛灰IOwt % -ISwt %、脫硫石膏 15wt% -25wt%、石灰石 30wt% -40wt%、鋁礬土 25wt% -32wt%。所述的硫鋁酸鹽熟料的質量符合《硫鋁酸鹽水泥》(GB 20472-2006)中有關規定 即熟料中Al2O3彡30. 0% ；SiO2彡10. 5%，硫鋁酸鹽水泥熟料3d的抗壓強度彡55MPa。所述的硫鋁酸鹽熟料的主要礦物組成如下C4J3云55wt % -75wt % ； C2S15wt% -30wt% ； C4AF3wt% _6wt%。與現有技術相比，本發明綜合利用了垃圾焚燒飛灰、脫硫石膏和粉煤灰等固體廢 棄物，部分替代石灰石、鋁礬土等不可再生礦產資源，在保證產品性能的同時，能夠減輕了 飛灰、脫硫石膏等由于未被利用對環境造成的嚴重負擔以及處理費用，具有很好的經濟和 社會效益。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例1-3主要原材料有脫硫石膏、垃圾焚燒飛灰、石灰石、礬土。原料的主要化學成分如表 1所示。表1原材料的化學成分/Vt% 根據設計的礦物熟料組成進行配料計算得垃圾灰15% ；石灰石36% ；脫硫石 膏19% ；礬土 30%。將上述比例的原料以30°C /min的升溫速度在1200°C的電爐中煅燒 1小時后取出急冷。硫鋁酸鹽熟料的化學成分如表2所示。表2硫鋁酸鹽熟料的主要化學成分1% 將上述煅燒熟料摻加5%無水石膏制成硫鋁酸鹽水泥，其物理性能如表3所示。表3硫鋁酸鹽水泥主要物理性能
5 將上述硫鋁酸鹽水泥與石英砂、羥丙基甲基纖維素醚和可再分散膠粉拌合混勻， 即可制得一種快硬型水泥基膠粘劑，選取配制膠粘劑的三個配方(質量比)①硫鋁酸鹽水泥50% ；粉煤灰5% ；石英砂(0. 1 0. 5mm) 42. 6% ；羥丙基甲基 纖維素醚0. 3% ；可再分散膠粉2% ；纖維(0. 2 0. 4mm) :0. 1%。②硫鋁酸鹽水泥45% ；粉煤灰8% ；石英砂(0. 1 0. 5mm) 45. 1% ；羥丙基甲基 纖維素醚0. 25% ；可再分散膠粉1. 5% ；纖維(0. 2 0. 4mm) 0. 15%。③硫鋁酸鹽水泥40% ；粉煤灰10% ；石英砂(0. 1 0. 5mm) 48. 6% ；羥丙基甲 基纖維素醚0. 2% ；可再分散膠粉；纖維(0. 2 0. 4mm) :0. 2%。將上述膠粘劑，參照JC/T 547-2005《陶瓷墻地磚膠粘劑》方法進行檢測，結果如 表4所示。表4快硬型水泥基膠粘劑試驗結果 實施例4—種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法，該方法包括以下步驟(1)硫鋁酸鹽水泥的煅燒將硫鋁酸鹽生料垃圾焚燒飛灰18wt%、脫硫石膏、石灰石35wt%、鋁礬 土 32wt%，在電爐中以20°C /min的升溫速度至1200°C，然后保溫Ih制成硫鋁酸鹽熟料，將 硫鋁酸鹽熟料90%與無水石膏IOwt %混合得到硫鋁酸鹽水泥；硫鋁酸鹽熟料的質量符合《硫鋁酸鹽水泥》(GB 20472-2006)中有關規定即熟料 中Al2O3 ^ 30.0% ；SiO2彡10. 5%，硫鋁酸鹽水泥熟料3d的抗壓強度彡55MPa。硫鋁酸鹽熟料的主要礦物組成如下C4X3云75wt%% ；C2S15wt% ;C4AF3wt%。(2)快硬型水泥基膠粘劑的制備將硫鋁酸鹽水泥49. 6wt %、石英砂40wt % %、粉煤灰8wt %，羥丙基甲基纖維素醚 0. 25wt%，可再分散膠粉2wt%，纖維0. 15襯％進行拌合即得快硬型水泥基膠粘劑。實施例5一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法，該方法包括以下步驟(1)硫鋁酸鹽水泥的煅燒將硫鋁酸鹽生料垃圾焚燒飛灰IOwt %%、脫硫石膏25wt%、石灰石40wt%、鋁礬 土 25wt % %，在電爐中以30°C /min的升溫速度至1250°C，然后保溫2h制成硫鋁酸鹽熟料， 將硫鋁酸鹽熟料95%與無水石膏5襯％混合得到硫鋁酸鹽水泥；硫鋁酸鹽熟料的質量符合《硫鋁酸鹽水泥》(GB 20472-2006)中有關規定即熟料 中Al2O3 ^ 30.0% ；SiO2彡10. 5%，硫鋁酸鹽水泥熟料3d的抗壓強度彡55MPa。硫鋁酸鹽
熟料的主要礦物組成如下-.C4A3S 55wt% ;C2S30wt% ;C4AF6wt%。(2)快硬型水泥基膠粘劑的制備將硫鋁酸鹽水泥40wt %、石英砂50wt %、粉煤灰8. 6wt %，羥丙基甲基纖維素醚 0. 3wt%，可再分散膠粉，纖維0. 1襯％%進行拌合即得快硬型水泥基膠粘劑。
權利要求
一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)硫鋁酸鹽水泥的煅燒將硫鋁酸鹽生料在電爐中以20～30℃/min的升溫速度至1200～1250℃，然后保溫1～2h制成硫鋁酸鹽熟料，將硫鋁酸鹽熟料90wt％ 95wt％與無水石膏5wt％ 10wt％混合得到硫鋁酸鹽水泥；(2)快硬型水泥基膠粘劑的制備將硫鋁酸鹽水泥40wt％ 50wt％、石英砂40wt％ 50wt％、粉煤灰5wt％ 10wt％，羥丙基甲基纖維素醚0.2wt％ 0.3wt％，可再分散膠粉1wt％ 2wt％，纖維0.1wt％～0.2wt％進行拌合即得快硬型水泥基膠粘劑。
2.根據權利要求1所述的一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法， 其特征在于，所述的硫鋁酸鹽生料的配方如下垃圾焚燒飛灰10wt% -18wt%、脫硫石膏 15wt% -25wt%、石灰石 30wt% -40wt%、鋁礬土 25wt% -32wt%。
3.根據權利要求1所述的一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法，其 特征在于，所述的硫鋁酸鹽熟料的質量符合《硫鋁酸鹽水泥》(GB20472-2006)標準，即熟料 中Al2O3彡30. 0% ；SiO2彡10. 5%，硫鋁酸鹽水泥熟料3d的抗壓強度彡55MPa。
全文摘要
本發明涉及一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法，該方法包括以下步驟(1)硫鋁酸鹽水泥的煅燒將硫鋁酸鹽生料在電爐中以20～30℃/min的升溫速度至1200～1250℃，然后保溫1～2h制成硫鋁酸鹽熟料，將硫鋁酸鹽熟料與無水石膏混合得到硫鋁酸鹽水泥；(2)快硬型水泥基膠粘劑的制備將硫鋁酸鹽水泥、石英砂、粉煤灰，羥丙基甲基纖維素醚，可再分散膠粉，纖維進行拌合即得快硬型水泥基膠粘劑。與現有技術相比，本發明在保證產品性能的同時，能夠減輕了飛灰、脫硫石膏等由于未被利用對環境造成的嚴重負擔以及處理費用。
文檔編號C09J1/00GK101921548SQ20091005285
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月10日 優先權日2009年6月10日
發明者原峰, 吳凱, 施惠生, 鄧愷 申請人:同濟大學