本發(fā)明涉及一種垃圾焚燒飛灰降毒處理技術，具體涉及一種垃圾焚燒飛灰水熱活化制備膠凝材料的方法，以及使用所述膠凝材料制備路基建材的方法，屬于生活垃圾資源化處理。

背景技術：

1、生活垃圾焚燒飛灰是由生活垃圾焚燒發(fā)電廠高溫焚燒煙氣捕集得到的粉狀細顆粒固體廢物，因其含有大量重金屬、二噁英和氯鹽，屬于危險廢物hw?18。截止2023年，我國已建成的垃圾焚燒廠已達964家，處置能力達103.5萬噸/天。按照3％飛灰產(chǎn)生量計算，約產(chǎn)生飛灰1100萬噸/年。

2、目前，我國垃圾焚燒飛灰處理處置方式仍然以固化穩(wěn)定化處理后進行安全填埋為主。然而，隨著國家無廢城市建設穩(wěn)步推進，以及《生活垃圾焚燒飛灰污染控制技術規(guī)范》(hj?1134-2020)的實施，水泥窯協(xié)同處置、高溫燒結陶粒、高溫熔融制備玻璃體等處理處置技術逐漸成為市場主流。

3、然而，上述技術在實施過程中仍然存在一些不足。如水泥窯協(xié)同處置對飛灰入窯氯含量要求嚴格，需進行充分的水洗除鹽脫氯處理。而水洗后大量高濃度含鹽廢水處理需要采用高耗能的mvr分鹽技術，且分出的鉀鈉鹽市場前景欠佳。高溫燒結陶粒和高溫熔融過程中陶粒微孔道構造、玻璃相熔點調(diào)控、重金屬晶格束縛固化、重金屬氯促揮發(fā)分離、高富集重金屬二次濃縮灰處理、燒結/熔融產(chǎn)物的污染物風險控制及資源化應用均是目前相關技術應用的難點。

4、現(xiàn)有技術中，如中國發(fā)明專利cn116425508b(一種利用垃圾焚燒飛灰和鋁灰制備高強度磚的方法及其產(chǎn)品)，使用含有鋁灰的原料，以及通過電解獲得凝膠，可以實現(xiàn)飛灰的資源化利用。但鋁灰電解過程產(chǎn)生大量氨氣，雖可以采用磷酸溶液反應吸收，但增加了設備投資、運行成本，且易發(fā)生泄露導致重大危害；其次，單質(zhì)鋁與空氣或水接觸時易發(fā)生劇烈爆燃放熱反應，鋁灰中雖然大部分鋁以氮化鋁形式存在，但不可避免存在未反應完全的單質(zhì)鋁被包裹在鋁灰顆粒內(nèi)部，在電解過程中，表層氮化鋁被反應分解后，鋁灰顆粒內(nèi)部可能存在的單質(zhì)鋁直接與水溶液接觸，可能發(fā)生劇烈反應，存在安全隱患。最后，鋁灰電解過程能耗較高，且需要采用大量價格昂貴的離子交換膜，使得該類工藝運行能耗成本高且輔材消耗大，并不適合大規(guī)模工業(yè)應用。

5、因此，本領域亟需開發(fā)一種成本更低、環(huán)境更友好和能耗低的垃圾焚燒飛灰資源化處理技術。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有飛灰資源化處理技術中普遍存在的對飛灰中多種污染物解毒不足、工藝復雜、成本高昂等問題，本技術提出一種利用垃圾焚燒飛灰制備膠凝材料的方法，以及為了大批量消納固廢基膠凝材料，充分激活材料的膠凝特性制備高性能路基產(chǎn)品，本發(fā)明還提出了一種使用所述制得的膠凝材料制備路基建材的方法。通過利用水熱高溫解毒、水熱膠凝礦物相前驅體合成、高溫活化制備膠凝材料，具有工藝簡單、成本低、產(chǎn)物解毒效果好的特點。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、本發(fā)明第一方面，提供了一種垃圾焚燒飛灰水熱活化制備膠凝材料的方法，包括以下步驟：

4、以質(zhì)量百分比計，將50-80％飛灰、20-48％輔料、0-2％添加劑在水熱釜中混合，水熱釜中水添加量為固體物料總質(zhì)量的2.5-3倍，充分攪拌均勻后，在140-200℃溫度下水熱反應1-4小時，冷卻后進行固液分離得到固體產(chǎn)物以及高氯低鈣廢水，其中所述固體產(chǎn)物為膠凝特性材料前驅體；

5、在所述固液分離后，將其中固體經(jīng)1-3次粉碎漂洗后，進行造粒處理，優(yōu)選顆粒尺寸為10-15mm；

6、將所述顆粒置于窯爐中，于600-900℃條件下高溫活化20-60min，燒結產(chǎn)物經(jīng)冷卻破碎后得到膠凝材料。

7、通過采用上述方法，飛灰在高溫高壓水熱過程中，可溶性重金屬和氯鹽充分釋放至水熱溶液中，實現(xiàn)污染物從飛灰固相中分離。同時，在高溫高壓水熱條件下，飛灰與輔料經(jīng)組分配伍后，可生成具有膠凝特性的礦物相前驅體，并使得鈣被有效固定在固相中，抑制鈣向水體中的溶解釋放。通過對水熱后固液分離的固體物料進行多級漂洗確保固體物料中重金屬和氯鹽的充分去除。在高溫活化過程中，具有膠凝特性的礦物相前驅體通過脫水、縮合等反應，生成具有較強膠凝特性的礦物相材料。經(jīng)破碎磨粉后，可作為路基建材使用。

8、優(yōu)選的，所述輔料為含有硅和鋁成分的材料，包括但不限于天然礦物/礦石、土壤，各類工業(yè)固體副產(chǎn)物/固體廢物，如鋁灰、粉煤灰等。輔料中，硅和鋁的質(zhì)量比沒有嚴格要求，僅要求硅的質(zhì)量高于鋁即可，有助于在水洗過程中優(yōu)先生成以硅酸鹽為主的礦物相，同時形成硅鋁酸鹽和鋁酸鹽，從而優(yōu)化礦物轉化過程，提高對飛灰中有害成分的穩(wěn)定化效果，并利于資源化利用。

9、優(yōu)選的，所述添加劑為反應促進激發(fā)劑，包括但不限于堿、鈣鹽、鐵鹽、鋁鹽等，如石灰。例如，加入石灰既可以提供生成硅酸鈣系列礦物相所需鈣，又可以調(diào)節(jié)堿性；若加入鐵鹽、鋁鹽，可以引導在體系中形成硅酸鹽、鋁酸鹽等礦物相。

10、本發(fā)明第二方面，提供了一種利用所述膠凝材料制備路基建材的方法，包括以下步驟：

11、按照質(zhì)量百分比計，將70-90％所述膠凝材料、0-10％活性激發(fā)材料、5-10％脫水劑、5-10％添加劑，摻入固體質(zhì)量15-40％的水調(diào)漿注模制備路基磚半成品，或通過5-30mpa高壓成型后置于蒸壓釜內(nèi)120-250℃蒸壓反應1-10小時制備蒸壓磚半成品，優(yōu)選5-20mpa、140-220℃蒸壓反應2-6小時制備蒸壓磚半成品；路基磚半成品或蒸壓磚半成品經(jīng)0-40℃以及相對濕度70-100％條件下養(yǎng)護1-10天后得到路基磚成品或蒸壓磚成品。

12、優(yōu)選的，所述活性激發(fā)材料主要為含硅或含鋁材料，包括但不限于粉煤灰、氧化硅、硅粉、沙、鋁灰、鋁礬土、水泥等。所述活性激發(fā)材料添加的目的是，在制備成品路基建材時，這些材料水化產(chǎn)生膠凝性能的速度較快，提供路基材料的早期強度。

13、優(yōu)選的，所述脫水劑為石灰等。所述脫水劑的主要作用是在加水混合制漿的時候，可以吸收/鎖住游離水，通常利用石灰的易吸水特性，使得漿體加快干化速度，前移初凝時間。

14、優(yōu)選的，所述添加劑為石膏等。所述石膏添加劑的加入，有助于與其他組分產(chǎn)生協(xié)同效果，增加制漿后混合物的黏稠性，同時也有助于提高剛成型路基材料的早期強度。

15、本技術具有以下有益效果：

16、本技術實現(xiàn)了垃圾焚燒飛灰水熱過程重金屬及氯鹽的高效溶解去除和二噁英的高效分解去除。在水熱解毒過程中，利用通過配伍引入的硅鋁質(zhì)成分生成膠凝特性礦物相前驅體。通過高溫活化，將膠凝特性礦物相前驅體活化，激發(fā)膠凝特性，實現(xiàn)垃圾焚燒飛灰制備膠凝材料的可行技術方案。

17、在水熱高溫高壓過程中，利用氯鹽溶解度提升及擴散效應，促進飛灰中氯鹽由固相溶解至液相中。同時，水熱高溫高壓環(huán)境下，飛灰中鈣與輔料中硅鋁組分發(fā)生反應生成鈣硅鋁體系礦物相。在中溫活化得到的膠凝材料制備路基建材過程中，石灰在水化過程中快速吸收漿料中的自由水，促進膠凝水化產(chǎn)物生成，并減少路基建材的初凝時間；石膏與水反應生成二水硫酸鈣晶體，提升材料的初凝強度。此外，石灰和石膏的復合作用不僅通過化學反應促進了水化產(chǎn)物的生成，還通過優(yōu)化漿料的顆粒分布和微觀結構，進一步增強了漿體的黏稠性和穩(wěn)定性。最終，這種協(xié)同作用大幅降低了材料中重金屬和氯的浸出量，使制備的路基材料在滿足高性能需求的同時，具備優(yōu)異的環(huán)保性能。

18、本技術實現(xiàn)了垃圾焚燒飛灰中氯鹽的充分溶出分離，同時通過飛灰中鈣與輔料中硅鋁組分生成鈣硅鋁體系礦物相從而抑制飛灰中鈣溶解至液相中，大幅減少飛灰除鹽廢水的處理成本。