專利名稱：：利用垃圾焚燒飛灰、脫硫石膏制備混凝土膨脹劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于新材料技術(shù)、環(huán)保
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及垃圾焚燒飛灰和脫硫石膏等固體廢棄物的利用以及生產(chǎn)混凝土膨脹劑的技術(shù)。
背景技術(shù)：
：混凝土膨脹劑是指摻入混凝土后，能使混凝土在硬化過程中因化學(xué)作用產(chǎn)生一定體積膨脹的外加劑。混凝土的裂縫防治是混凝土工程界長期以來致力解決的一大技術(shù)問題，而利用膨脹劑的收縮補償作用是目前工程中應(yīng)用最為普遍的控制混凝土裂縫的方法?；炷僚蛎泟┑挠猛臼謴V泛，主要用在補償收縮混凝土、填充用膨脹混凝土、灌漿材料和自應(yīng)力混凝土中?；炷僚蛎泟┻€常被作為防水劑的原材料，膨脹劑與減水劑、緩凝劑等復(fù)配使用可以同時滿足混，土在減水、緩凝和防水、膨脹等方面的技術(shù)要求。目前，硫鋁酸鈣類(C^^)膨脹劑是應(yīng)用非常普遍的一種膨脹劑，其產(chǎn)生膨脹能的原因是由于硫鋁酸鈣水化物(鈣礬石)的生成。1958年，美國人A.克萊因(A.Kldn)研制成功了一種硫鋁酸鹽型水泥，取名K型水泥，并取得了膨脹水泥的專利。該水泥在1963年開始用于收縮補償混凝土，并大量生產(chǎn)，在多種結(jié)構(gòu)中推廣應(yīng)用。1965年到1972年間，日本購買了美國K型膨脹水泥專利，并在此技術(shù)基礎(chǔ)上，研制成功了硫鋁酸鈣膨脹劑(CalciumSulfo-Aluminate，—簡稱CSA)。這種膨脹劑是用石灰石、礬土和石膏配制生料，經(jīng)電融燒制成的一種含有C^^、CaO和CaS04的熟料，然后將其粉磨成粉狀產(chǎn)品，這種產(chǎn)品應(yīng)用于收縮補償混凝土和自應(yīng)力混凝土，取得很大成功。我國從20世紀(jì)70年代開始進行混凝土膨脹劑的研究，中國建筑材料科學(xué)研究院研制成功了類似于日本CSA的硫鋁酸鈣膨脹劑，與日本電融法的區(qū)別是，他們采用回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法制備CSA熟料，粉磨至比表面積為(200-300)n^/kg而制成膨脹劑。我國膨脹劑雖開發(fā)較晚，但由于推廣應(yīng)用工作開展得較好，1990年銷量達到1.8萬噸。隨著摻膨脹劑的補償收縮混凝土結(jié)構(gòu)自防水、超長無縫設(shè)計和施工方法以及大體積混凝土裂滲控制三大應(yīng)用技術(shù)的推廣，膨脹劑的銷量逐年遞增，1994年達到18萬噸，1998年達到30萬噸，2003年達到60萬噸，2007年更是達到100萬噸，居世界同類產(chǎn)品之首。然而目前市售的硫鋁酸鹽膨脹劑主要是以煅燒礬土，石灰石，天然二水石膏為主要生產(chǎn)原料。由于當(dāng)前資源能源的有效利用和環(huán)境問題引起了人們的高度重視，提倡可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。由于使用的礬土、石灰石、石膏等是天然礦物，天然資源是不可再生資源，這對日益緊張的資源構(gòu)成了威脅，所以尋求天然資源的替代品是當(dāng)前建材行業(yè)發(fā)展的一個趨勢。城市垃圾焚燒飛灰中因含有總二噁英(PCDDs)和總呋喃(PCDFs)、較高浸出濃度的重金屬而屬于危險廢棄物，而同時焚燒飛灰中的主要化學(xué)成分屬CaO—Si02—Al203(Fe203)體系，所以焚燒飛灰既有污染性，又有資源利用性。2008年我國飛灰產(chǎn)量突破50萬噸，焚燒飛灰進入危險廢棄物填埋場的年處理費用將超過140億元。除了費用問題，危險廢棄物填埋場還存在一些其它問題。目前我國的生活垃圾焚燒廠的建設(shè)要遠遠超過危險廢棄物填埋場的建設(shè)步伐，每天都會產(chǎn)生大量的垃圾焚燒飛灰急需尋找合適的出路，因此如何安全有效地處置利用垃圾焚燒飛灰已成為急需解決的環(huán)境和社會問題。國內(nèi)外對焚燒飛灰的處置著重于無害化處理，如熔融固化、水泥瀝青固化等，而對其所具有的資源性卻未能得到利用。我國煙氣脫硫技術(shù)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(yīng)用比例高達85%。但是，這種石灰石—石膏法濕法脫硫工藝產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)石膏早已積弊為患。預(yù)計到2010年，脫硫石膏和化工副產(chǎn)品石膏將超過1億噸。如何處置這些工業(yè)廢棄物，已成為各國政府迫切需要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種利用垃圾焚燒飛灰、脫硫石膏制備混凝土膨脹劑的方法。為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是本發(fā)明中，新型混凝土膨脹劑的生產(chǎn)包括硫鋁酸鹽熟料的煅燒和硫鋁酸鹽熟料與石膏的粉磨兩個過程。本發(fā)明中，硫鋁酸鹽熟料是采用垃圾焚燒飛灰、脫硫石膏、石灰石、鋁磯土為原料，在電爐中^203(TC/min的升溫速度至1200125(TC，然后保溫12h而成。熟料的主要礦物是C"^、C2Sft]C4AF，這通過以下的方法(配方)即可控制實現(xiàn)。硫鋁酸鹽熟料質(zhì)量應(yīng)該符合《硫鋁酸鹽水泥》(GB20472-2006)中有關(guān)規(guī)定即熟料中Al2O3%^30.0%;Si02%^10.5%,硫鋁酸鹽水泥熟料3d的抗壓強度^55MPa。這樣的質(zhì)量通過以下的方法(配方)即可控制實現(xiàn)。硫鋁酸鹽熟料的生料配方如下(質(zhì)量比)垃圾焚燒飛灰10%18%;石灰石30%40%;脫硫石膏15%25%;鋁砜土25%32%。硫鋁g鹽熟料的主要礦物組成如下(質(zhì)量比)C4^S:55%75%;C2S:15%40%;C4AF:1%3%;C12A7:1%7%。新型混凝土膨脹劑中，硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量比控制在45%55%，脫硫石膏的質(zhì)量比控制在45%55%。生產(chǎn)中，可將原料按照上述比例混合后放入球磨機中共同粉磨至比表面積大于250m2/kg，例如(300^400)m2/kg。膨脹劑的作用原理是C;45和石膏反應(yīng)生成鈣礬石(C3A《aS(V32H20)，使混凝土產(chǎn)生微膨脹。在上述比例條件下，膨脹的效果能夠得到最大程度的發(fā)揮。如果石膏摻量大于55%，有可壟會造成凝結(jié)時間過短，膨脹不足；而如果石膏摻量低于45%，可能會造成石膏不足，CV43^不能完全參與反應(yīng)，不能最大程度地生成鈣礬石，從而造成熟料的浪費。在上述比例范圍內(nèi)，一般而言，石膏摻量越大，凝結(jié)時間越短，詳細可見表4和表5。由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明綜合利用了垃圾焚燒飛灰、脫硫石膏等固體廢棄物完全替代天然石膏，部分替代石灰石、鋁礬土等不可再生礦產(chǎn)資源，在生產(chǎn)的新型混凝土膨脹劑中，廢棄物總替代率達到50%以上。在保證產(chǎn)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(huán)境造成的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)以及處理費用，具有很好的經(jīng)濟和社會效益。具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。試竺用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(xué)成分如表1所示表l原材料的化學(xué)成分/%原料CaOSi02A1203MgOS03Fe2(D3Ti02LossTotal垃圾灰39.1015.904.351.647.241.910.6126.7397.48石灰石54.900.440.081.300.030.040.0043.1499.93脫硫石膏33.382.681.760,1241.730.480.0818.9999.12鞏土0.646.1371.000.260.071.222.8916.2698.47根據(jù)設(shè)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(xué)成分如表2所示，硫鋁酸鹽熟料物理性能如表3所示。表2硫鋁酸鹽熟料的主要化學(xué)成分/%CaOSi02A1203MgOS03Fe203Ti0242.437.4630.071.2314.651.161.31表3硫鋁酸鹽熟料的主要物理性能比表面積/(m2/kg)標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量/%抗壓強度/MPaId3d7d28d35020-26.556.358.761.8將上述煅燒的硫鋁酸鹽熟料與脫硫石膏共同粉磨至比表面積至(320360)m2/kg即可制得新型膨脹劑，選取配制膨脹劑的兩個配方(質(zhì)量比)①硫鋁酸鹽熟料45%;脫硫石膏55%;②硫鋁酸鹽熟料50%;脫硫石膏50%。③硫鋁酸鹽熟料55%;脫硫石膏45%在P.042.5普通硅酸鹽水泥中摻入10%、12%的新型膨脹劑，按照《混凝土膨脹劑》(JC/T476-2001)進行檢測，結(jié)果如表4和表5所示。表4摻量為10%時新型膨脹劑的物理性能混凝土膨脹劑性能指標(biāo)新型膨脹劑性能項目指標(biāo)值配方①配方②配方③化學(xué)成分氧化鎂％s5.01.021.171.22含水率％s30.420.410.38總堿量％s0.750.480.510.53氯離子％s0.050.030.040.04物理性能細度比表面積r^/kg22503503283280.08mm篩篩余%5123.223.803.801.25mm篩篩余0.50.230,310.31凝結(jié)時間初凝min2451:311:452:05終凝h$102:332:513:06限制膨脹率水中7d20.0250.0380.0370,03828d^0.10.0920.0770.092空氣中21d2-0.020,0370.0340.037抗壓強度MPa7d2534.237.537.528d4550.353,853.8抗折強度MPa7d4.56.77.27.228d6.58.18.88.85表5摻量為12%時新型膨脹劑的物理性倉|混凝土膨脹劑性能指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本發(fā)明中的新型膨脹劑在摻量為10%和12%的時候，可以完全滿足《混凝土膨脹劑》(JC/T476-2001)標(biāo)準(zhǔn)的各項指標(biāo)要求，達到抗?jié)B防裂的目的。上述的對實施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1、一種混凝土膨脹劑的制備方法，其特征在于包括以下兩個步驟(1)采用垃圾焚燒飛灰、脫硫石膏、石灰石、鋁礬土為原料，在電爐中以升溫、保溫得到硫鋁酸鹽熟料；(2)將上述硫鋁酸鹽熟料與脫硫石膏共同粉磨制得混凝土膨脹劑。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土膨脹劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中是將原料在電爐中以2030'C/min的升溫速度至12001250°C，然后保溫l2h得到硫鋁酸鹽熟料；步驟(2)中是將硫鋁酸鹽熟料與脫硫石膏共同粉磨至比表面積大于250m々kg。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土膨脹劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中硫鋁酸鹽熟料的生料配方如下(質(zhì)量比)垃圾焚燒飛灰10%18%;石灰石30%40%;脫硫石膏；15%25%;鋁礬土25%32%;步驟(2)中硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量比控制在45%55%,脫硫石膏的質(zhì)量比控制在45%55%，將原料按照上述比例混合后共同粉磨。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土膨脹劑的制備方法，其特征在于通過步驟(1)所得到的硫鋁酸鹽熟料質(zhì)量要求為其中質(zhì)量比Al2O3%^30.0%;Si02%^10.5%，硫鋁酸鹽水泥熟料3d的抗壓強度S55MPa。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土膨脹劑的制備方法，其特征在于通過步驟(1)所得到硫鋁酸鹽熟料的主要礦物組成如下(質(zhì)量比)-55%75%;C2S:15%40%:C4AF:1%3%;C12A7:1%7%。6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的混凝土膨脹劑的制備方法，其特征在于步驟(2)中是將原料按照所述比例混合后放入球磨機中共同粉磨至比表面積300400m2/kg。全文摘要一種利用垃圾焚燒飛灰、脫硫石膏制備混凝土膨脹劑的方法包括以下兩個步驟(1)采用垃圾焚燒飛灰、脫硫石膏、石灰石、鋁礬土為原料，在電爐中以升溫、保溫得到硫鋁酸鹽熟料；(2)將上述硫鋁酸鹽熟料與脫硫石膏共同粉磨制得混凝土膨脹劑。步驟(1)中是將原料在電爐中以20～30℃/min的升溫速度至1200～1250℃，然后保溫1～2h得到硫鋁酸鹽熟料；步驟(2)中是將硫鋁酸鹽熟料與脫硫石膏共同粉磨至比表面積大于250m²/kg。綜合利用垃圾焚燒飛灰、脫硫石膏等固體廢棄物完全替代天然石膏，部分替代石灰石、鋁礬土等不可再生礦產(chǎn)資源；在保證產(chǎn)品性能的同時，能夠減輕飛灰、脫硫石膏等由于未被利用對環(huán)境造成的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)以及處理費用，具有很好的經(jīng)濟和社會效益。文檔編號C04B22/14GK101508533SQ200910048409公開日2009年8月19日申請日期2009年3月27日優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日發(fā)明者余永樂,峰原,凱吳,施惠生,愷鄧,韓道寧申請人:同濟大學(xué)