專利名稱：一種用生活垃圾焚燒飛灰與磷礦尾礦制成的燒結磚及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種燒結磚，特別涉及一種用生活垃圾焚燒飛灰與磷礦尾礦制成的燒結磚及其制備方法。
背景技術：
垃圾焚燒飛灰是垃圾焚燒過程中產生的二次污染物(下文中簡稱飛灰)，其產生率一般為2-5 %。飛灰中富集了較多的重金屬、二惡英和溶解鹽等有害物質，被許多國家列為一種危險廢物，需要經過預處理后方可進行填埋處置或再利用。目前國內對飛灰主要的安全處理處置方法有兩種，一是，先進行固化/穩定化處理再進入危險廢物填埋場填埋；二是，通過預處理滿足更苛刻的浸出指標(生活垃圾填埋場 污染控制標準(GB168892-2008))后可送衛生填埋場填埋。這兩種方法在短時間內避免了飛灰中重金屬由于浸出對環境造成的危害，但尚存在一些問題。首先，危險廢物填埋場填埋費用相當高，飛灰若均在危險廢物填埋場填埋處置，年填埋費用可達數億元；2008年后雖規定飛灰可進入衛生填埋場處置，但之前的預處理費用較高。其次，飛灰填埋占用大量土地資源，填入填埋場的飛灰固化體不能夠資源化利用；而且，飛灰填埋并不能銷毀二惡英和徹底阻斷重金屬浸出，具有造成二次污染的潛在可能性。由此，尋找更經濟合理且安全的處理處置方法或資源化方法迫在眉睫。磷礦尾礦是磷礦原礦經過磨碎、采用不同選礦技術對磷進行富集后殘留的物質，其主要成分為Si02、Ca0、Mg0、Fe203、Al203。我國開采的磷礦80%為中低品位礦，每生產I t磷精礦將產生W(P2O5)為3% 6%的磷礦尾礦約O. 44t，每年大約可產生磷礦尾礦7000kt。因此，需要為磷礦尾礦尋找資源化途徑。基于此及城市可持續發展，本課題將飛灰與磷礦尾礦用作主要原料研制燒結磚旨在對飛灰無害化處理處置的同時實現飛灰與磷礦尾礦的資源化。利用飛灰與磷礦尾礦研制燒結磚，不僅能降低燒成過程中的能耗促進低碳發展、有望改善其性能，使其具有一定的潛在市場。更重要的是，可節省大量的飛灰安全填埋處置費用和土地資源并且實現了磷礦尾礦的資源化，因此本課題具有較高的經濟意義。燒結磚焙燒過程能穩定/固化飛灰中的重金屬，且有望銷毀二惡英，實現飛灰的無害化，由此可避免飛灰在填埋過程中的潛在二次污染，具有深遠的社會意義。國內外研究現狀及發展動態
飛灰處理方式很多，目前常用的主要有固化/穩定化、酸或其它溶劑提取和高溫熱處理。其中，熱處理主要包括燒結和熔融/玻璃化，高溫熱處理一般能有效破壞飛灰中99 %以上的二惡英污染物，所得固化體中重金屬浸出毒性大大降低，是能有效實現飛灰無害化處理的一種方法。飛灰燒結處理所需溫度通常低些，它是在低于熔融溫度下通過使固體顆粒獲得擴散能量將大部分甚至全部氣孔從晶體中排除，從而變成致密且堅硬的燒結體的過程。其能耗比飛灰熔融/玻璃化處理低些，且在一定程度上減少了重金屬在高溫下的揮發；同時，其致密燒結體對重金屬起到較好固化作用，且燒結產物通常穩定性高可被資源化利用，近年來成為國內外研究的熱點。Mangialardi，將飛灰水洗后壓制成底面直徑為15 mm，高為20mm的小圓柱形坯體，然后在1，140 °C的高溫下煅燒60 min，燒結固化體的抗壓強度達到
2.8MPa。Wang等在1，100 V與1，140 1下將飛灰進行燒結處理，獲得抗壓強度分別為6_8MPa與12 MPa的燒結產物。Polettini等在飛灰中添加了碎玻璃以及一些礦石等添加劑激發飛灰的活性，在1，100-1，150 °C進行煅燒，所得飛灰燒結固化體性能可滿足混凝土粗集料的要求。Huang等將含有重金屬的污泥、采礦廢棄物與飛灰混合在1，150 1下進行煅燒，所得燒結固化體中重金屬固化率與熔融處理相比有所提高。以上燒結所得的固化體通常作為粗集料使用，價值較低，不能補償處理過程中的較高成本，尚需尋找價值更高的燒結體出路。施惠生等利用飛灰燒制阿利尼特水泥熟料，為 飛灰的資源化利用提供了新途徑，但仍須解決在高達1400°C左右的高溫下重金屬的揮發等問題。國內外尚未見其它學者將飛灰用作主要原料研制陶瓷磚的報道。

發明內容
本發明的目的之一在于為了解決上述的生活垃圾焚燒飛灰無害化與資源化以及磷礦尾礦資源化利用等技術問題而提供一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚。本發明的目的之二在于提供上述的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚的制備方法。本發明的技術方案
一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚，其原料組分按質量百分比計算，其組成及含量如下
生活垃圾焚燒飛灰20 30%
粘土25 30%
磷礦尾礦40 50%。所述的生活垃圾焚燒飛灰，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下
CaO32. 4 39. 1%
SiO217. 3 24. 8%
Al2O34. 9 11. 7%
Fe2O32. 3^5. 9%
MgO2. Γ5. 5%
所述的磷礦尾礦，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下
CaO15. 8^29. 4%
SiO251. 8 68. 7%
Al2O35. 9 10. 5%
Fe2O33. 9 7. 5%
P2O53 6%
MgO2. 7 6. 5%
所述的粘土，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下SiO269. 8-73. 4%
Al2O313. 2-14. 9%
Fe2O34. 1_5· 6%
K2O2. 1-4. 2%
Na2OO. 3-0. 8%
CaOO. 7-1. 5%
MgOI. 1-1. 9% TiO2O. 6-1. 1%
MnOO. 1-0. 2%。上述的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成的燒結磚的制備方法，包括如下步驟
(1)、原料粉碎前預處理
將生活垃圾焚燒飛灰及粘土、磷礦尾礦在10 25°C的干燥室中通風干燥24 48h ；
(2)、原料的粉碎
將步驟(I)所得的經預處理后的原料進行粉碎，控制出料細度50 70%在200 250目之間；
(3)、原料的陳化
將步驟(2)所得的經粉碎后的原料在攪拌機中加水攪拌，控制每IOOkg原料的加水量為5. 5 9L，優選6. 5^8L,攪拌3 5min，之后在室溫下靜置12 24h使其陳化，陳化后再過50 100目篩，以促進原料的均化和膠團的形成；
(4)、原料的成型
將步驟(3 )經陳化過篩后的原料，在制磚成型機上進行兩次加壓后坯體成型，控制第一次壓力240 420kg/cm2,第二次壓力400 700kg/cm2 ；
(5)、還體干燥
將步驟(4)所得的成型坯體在溫度為50 100°C的干燥窯中干燥10 15h ；
(6)、燒結成磚
將步驟(5)經干燥后的坯體入熔爐進行煅燒，熔爐的燒成溫度控制在1050 1150°C，時間2. 5 3. 5h，即得一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚。上述所得的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚，其尺寸偏差達到GB5101-2003中優等燒結磚的要求；表觀質量達到了 GB5101-2003中對特等品與一等品的要求；強度等級達到MU20強度等級；吸水率最大值〈14%，并且平均飽和系數〈O. 90，最大飽和系數〈I. I，制品完全達到GB5101-2003中對抗風化能力的要求；制品完全滿足抗凍性能的要求；石灰爆裂達到一等或優等品的要求；泛霜達到優等品或一等品的要求。本發明的有益技術效果
由于隨著垃圾焚燒技術的快速發展所產生的飛灰日益增多，飛灰因含有二惡英及大量重金屬，是一種公認的危險廢物，其二惡英與重金屬是處理過程中的難點。然而，飛灰中含有較多的硅酸鹽及鋁硅酸鹽，是一種有用的材料，可資源化利用。磷礦尾礦主要成分是Si02、CaO與Al2O3可取代部分粘土制磚。用飛灰與磷礦尾礦研制燒結磚不僅實現了廢物的資源化利用，而且其煅燒過程可銷毀飛灰中的二惡英，所得成品致密的結構又能固化飛灰中的重金屬，從而達到飛灰無害化的目的。由于現有的飛灰一般經固化處理后在衛生填埋場進行填埋處置，不僅占用大片土地而且處理費極高(填埋場管理費2700元/噸)，我國每年僅飛灰處理費就高達幾十億。磷礦尾礦目前的主要處置方式也是填埋，占用了土地資源。因此，本發明的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成的燒結磚，不但節省了飛灰與磷礦尾礦的處理處置費用，而且還可作為商品帶來一定的經濟利益，具有一定的經濟效益。另外，由于飛灰填埋場處理不能銷毀二惡英，其中的重金屬也不能降解，一旦發生泄漏將對社會造成極大的危害，因此具有一定的隱患；飛灰填埋場封場后不能再利用，造成資源的大量浪費。本發明的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成的燒結磚，將飛灰制成可利用的安全產品不僅保證了可持續性發展而且也減少了對社會的潛在危害，具有一定的社會意義。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進一步闡述，但并不限制本發明。本發明的各實施例中所用的飛灰取自上海江橋生活垃圾焚燒發電廠、粘土浙江丁
家橋、磷礦尾礦取安徽六國化工公司，其主要化學成分分別如下表所示
各實施例中所用的飛灰、粘土、磷礦尾礦的主要化學成分(%)
權利要求
1.一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚，其特征在于其原料組分按質量百分比計算，其組成及含量如下 生活垃圾焚燒飛灰20 30% 粘土25 30% 磷礦尾礦40 50%; 所述的生活垃圾焚燒飛灰，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 CaO32. 4 39. 1% SiO217. 3 24. 8% Al2O34. 9 11. 7% Fe2O32. 3^5. 9% MgO2. Γ5. 5% 所述的磷礦尾礦，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 CaO15. 8^29. 4% SiO251. 8 68. 7% Al2O35. 9 10. 5% Fe2O33. 9 7. 5% P2O53 6% MgO2. 7 6. 5% 所述的粘土，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 SiO269. 8-73. 4% Al2O313. 2-14. 9% Fe2O34. 1_5. 6% K2O2. 1-4. 2% Na2OO. 3-0. 8% CaOO. 7-1. 5% MgOI. 1-1. 9% TiO2O. 6-1. 1% MnOO. 1-0. 2%。
2.如權利要求I所述的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚，其特征在于其原料組分按質量百分比計算，其組成及含量如下 生活垃圾焚燒飛灰20%粘土30% 磷礦尾礦50% ； 所述的生活垃圾焚燒飛灰，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 CaO36.6% SiO224. 3% Al2O310.6% Fe2O34.9% MgO3. 7%所述的磷礦尾礦，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 CaO16.3% SiO260.4% Al2O37.6% Fe2O36.8% P2O54. 2% MgO4.6% 所述的粘土，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 SiO271.6% Al2O314. 7% Fe2O35. 2% K2O2.9% Na2O0.8% CaO0.9% MgOI. 7% TiO2I. 1% MnOO. I0Zoo
3.如權利要求I所述的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚，其特征在于其原料組分按質量百分比計算，其組成及含量如下 生活垃圾焚燒飛灰25%粘土30% 磷礦尾礦45% ； 所述的生活垃圾焚燒飛灰，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 CaO36.6% SiO224. 3% Al2O310.6% Fe2O34.9% MgO3. 7% 所述的磷礦尾礦，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 CaO16.3% SiO260.4% Al2O37.6% Fe2O36.8% P2O54. 2% MgO4.6% 所述的粘土，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 SiO271.6% Al2O314. 7% Fe2O35. 2%K2O2.9% Na2O0.8% CaO0.9% MgOI. 7% TiO2I. 1% MnOO. 1%。
4.如權利要求I所述的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚，其特征在于其原料組分按質量百分比計算，其組成及含量如下 生活垃圾焚燒飛灰30%粘土30% 磷礦尾礦40% ； 所述的生活垃圾焚燒飛灰，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 CaO36.6% SiO224. 3% Al2O310.6% Fe2O34.9% MgO3. 7% 所述的磷礦尾礦，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 CaO16.3% SiO260.4% Al2O37.6% Fe2O36.8% P2O54. 2% MgO4.6% 所述的粘土，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 SiO271.6% Al2O314. 7% Fe2O35. 2% K2O2.9% Na2O0.8% CaO0.9% MgOI. 7% TiO2I. 1% MnOO. 1%。
5.如權利要求I所述的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚，其特征在于其原料組分按質量百分比計算，其組成及含量如下 生活垃圾焚燒飛灰30%粘土25% 磷礦尾礦45% ；所述的生活垃圾焚燒飛灰，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 CaO36.6% SiO224. 3% Al2O310.6% Fe2O34.9% MgO3. 7% 所述的磷礦尾礦，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 CaO16.3% SiO260.4% Al2O37.6% Fe2O36.8% P2O54. 2% MgO4.6% 所述的粘土，按質量百分比計算，其主要化學成分及含量如下 SiO271.6% Al2O314. 7% Fe2O35. 2% K2O2.9% Na2O0.8% CaO0.9% MgOI. 7% TiO2I. 1% MnOO. I0Zoo
6.如權利要求I飛任意權利要求所述的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成的燒結磚的制備方法，其特征在于包括如下步驟 (1)、原料粉碎前預處理 將生活垃圾焚燒飛灰及粘土、磷礦尾礦在10 25°C的干燥室中通風干燥24 48h ； (2)、原料的粉碎 將步驟(I)所得的經預處理后的原料進行粉碎，控制出料細度50 70%在200 250目之間； (3)、原料的陳化 將步驟(2)所得的經粉碎后的原料在攪拌機中加水攪拌，控制每IOOkg原料的加水量為5. 5 9L，攪拌3 5min，之后在室溫下靜置12 24h使其陳化，陳化后再過50 100目篩，以促進原料的均化和膠團的形成； (4)、原料的成型 將步驟(3)經陳化過篩后的原料，在制磚成型機上進行兩次加壓后坯體成型，控制第一次壓力240 420 kg/cm2,第二次壓力400 700kg/cm2 ； (5)、還體干燥 將步驟(4)所得的成型坯體在溫度為50 100°C的干燥窯中干燥10 15h ；(6)、燒結成磚 將步驟(5)經干燥后的坯體入熔爐進行煅燒，熔爐的燒成溫度控制在1050 1150°C，時間2. 5 3. 5h，即得一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚。
7.如權利要求6所述的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成的燒結磚的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的原料粉碎前預處理即將生活垃圾焚燒飛灰及粘土、磷礦尾礦在15 20°C的干燥室中通風干燥36 40h。
8.如權利要求7所述的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成的燒結磚的制備方 法，其特征在于步驟(2)所述的原料的粉碎過程中控制出料細度60 65%在200 250目之間。
9.如權利要求8所述的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成的燒結磚的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的原料的陳化過程中，控制每IOOkg原料的加水量為6. 5 8L。
10.如權利要求9所述的一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成的燒結磚的制備方法，其特征在于步驟(4)中所述的原料的成型過程控制第一次壓力240 300 kg/cm2，第二次壓力 700kg/cm2 ； 步驟(5)中所述的成型坯體在溫度為60 70°C的干燥窯中干燥15h。
全文摘要
本發明公開了一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚及其制備方法，所述的用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚，其原料組分按質量百分比計算，由20～30%的生活垃圾焚燒飛灰、25～30%的粘土和40～50％的磷礦尾礦組成，其制備方法包括原料粉碎前預處理、原料的粉碎、原料的陳化、原料的成型、坯體干燥及燒結成磚等6個步驟，最終得到一種用生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦制成燒結磚。不僅實現了生活垃圾焚燒飛灰和磷礦尾礦資源化利用問題，而且其煅燒過程可銷毀飛灰中的二惡英，所得的成品致密的結構又能固化飛灰中的重金屬，從而達到飛灰無害化的目的。
文檔編號C04B33/132GK102775130SQ20121024974
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月19日 優先權日2012年7月19日
發明者張海英 申請人:上海應用技術學院