阅读说明：本技术 免烧砖及其制备方法 (Baking-free brick and preparation method thereof ) 是由 宋军 孔德勇 刘光聪 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种免烧砖及制备方法,所述免烧砖包括生活垃圾焚烧飞灰30-45份、碱性物质10-15份、工业废渣5-10份、水玻璃30-45份和溶剂0-25份；其中,所述工业废渣为废碳酸钙、铸件废砂、铁矿尾矿渣中的两种或三种；所述制备方法是将生活垃圾焚烧飞灰、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂经碱激发、搅拌制得制砖浆料后,将浆料排至模具中,经震荡、压制、养护后制成免烧砖。本发明工艺简单、成本低廉,本制成的免烧砖还具有良好的环境友好性和强度,可作为建筑用砖进行应用,实用性强,有效解决了当前生活垃圾焚烧飞灰处置难的问题。(The invention discloses a baking-free brick and a preparation method thereof, wherein the baking-free brick comprises 30-45 parts of domestic garbage incineration fly ash, 10-15 parts of alkaline substances, 5-10 parts of industrial waste residues, 30-45 parts of water glass and 0-25 parts of a solvent; wherein the industrial waste residue is two or three of waste calcium carbonate, casting waste sand and iron ore tailing slag; the preparation method comprises the steps of carrying out alkali excitation on the household garbage incineration fly ash, alkaline substances, industrial waste residues, water glass and a solvent, stirring to prepare brick making slurry, discharging the slurry into a mold, and carrying out vibration, pressing and curing to prepare the baking-free brick. The invention has simple process and low cost, and the prepared baking-free brick has good environmental friendliness and strength, can be applied as a building brick, has strong practicability, and effectively solves the problem of difficult disposal of the current domestic garbage incineration fly ash.)

免烧砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及环境保护和循环经济技术领域，尤其涉及利用生活垃圾焚烧飞灰和工业废渣制作的免烧砖及其制备方法。

背景技术

生活垃圾焚烧飞灰是指生活垃圾焚烧设备中烟气净化系统捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰。由于含有铅、汞、铬等重金属以及高致癌物的二噁英等物质，生活垃圾焚烧飞灰被列入我国《国家危险废物名录》废物类别HW18(废物代码772-002-18)中。虽然《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中规定生活垃圾焚烧飞灰在满足一定条件下可在填埋过程中可享有危险废物豁免管权，但其标准处置方法——水泥+化学螯合剂制作固化体后集中填埋，不仅达标稳定性较差，存在环境安全隐患；且该处置方法消耗大量的水泥和螯合剂，导致处置成本居高不下。由于填埋场选址难、填埋处置能力有限等突出原因，当前全国各地正兴建生活垃圾焚烧厂。因此，可以预计未来几年内我国生活垃圾焚烧飞灰量将呈几何形式增长。综上所述，飞灰处置难、成本高的问题急需解决。另外，当前我国垃圾焚烧厂中垃圾渗滤液浓缩液的除主要处置方式为焚烧炉回喷处理，但该处置方式会降低炉温，其后果是导致尾气二噁英等致癌物超标，严重威胁周边居民健康及环境安全。随着环境保护监察工作的完善和周边民众环保诉求的提高，浓缩液回喷将成为制约垃圾焚烧厂稳定运行的重要瓶颈。

目前将生活垃圾焚烧飞灰和工业废渣协同处置的工艺较少，或者是在处置过程中整个工艺仅侧重于建筑垃圾或市政污泥，而未跟进飞灰中污染物的固化效果，且整个协同处置的工艺比较复杂，例如还需要烘干、烧结陶瓷化等步骤，操作繁琐。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种免烧砖及其制备方法，该方法环境安全性高、经济可行性强，有效解决了当前生活垃圾焚烧飞灰处置难的问题；所制得大免烧砖具有良好的环境友好性和强度，可作为建筑用砖进行应用，实用性强。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种免烧砖，包括以下重量份的原料：

生活垃圾焚烧飞灰30-45份、碱性物质10-15份、工业废渣5-10份、水玻璃30-45份和溶剂0-25份；

其中，所述工业废渣为废碳酸钙、铸件废砂、铁矿尾矿渣中的两种或三种。

在一个实施例中，所述生活垃圾焚烧飞灰中还混合有残渣，所述残渣为粉煤灰和/或焚烧灰渣。

在一个实施例中，所述残渣为粉煤灰和焚烧灰渣的混合物，所述生活垃圾焚烧飞灰、粉煤灰和焚烧灰渣的重量比依次为8-10：0-3：0-2。

在一个实施例中，所述碱性物质为废氢氧化钠、废碱渣、废碱液和赤泥中的一种或几种。

在一个实施例中，所述碱性物质包括重量比依次为5-15：0-1：0-10：0-3的废氢氧化钠、废碱渣、废碱液和赤泥。

在一个实施例中，工业废渣包括重量比依次为3-5：1-2：0-1的废碳酸钙、铸件废砂和铁矿尾矿渣。

在一个实施例中，所述水玻璃为3.1-3.4mol/L的硅酸钠溶液。

在一个实施例中，所述溶剂为清水、和/或垃圾渗滤液、和/或垃圾渗滤液浓缩液。在条件允许的情况下可以尽可能的采用垃圾渗滤液或垃圾渗滤液浓缩液，如此能从一定程度上解决放弃浓缩液回喷后垃圾焚烧厂的浓缩液处置问题。

一种制备上述免烧砖的方法，包括以下步骤：

将所述水玻璃在所述碱性物质的作用下进行碱激发，得混合物A；

将所述生活垃圾焚烧飞灰和所述工业废渣在所述溶剂中进行溶解混合，得混合物B；

将所述混合物A和所述混合物B进行混合，得制砖浆料；

将所述制砖浆料压制成型并进行养护，即可制成免烧砖。

在一个实施例中，在所述压制成型前，先将所述制砖浆料置入模具中震动3-5分钟，以震动除泡并增加密实度，然后再压制成型后，并在20-70℃的温度下养护3-7天，即可。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)首先，本发明的免烧砖主要由生活垃圾焚烧飞灰、水玻璃、工业废渣和碱性物质等组成，其中，生活垃圾焚烧飞灰中的硅、铝等元素能与碱性物质和水玻璃产生化学反应，形成具有三维立体网状结构的无机聚合物(地聚合物)，该地聚合物凭借其网状结构能稳定固化环境污染风险较大的重金属等污染物，从而保证了本申请免烧砖的环境友好性；同时，该网状结构晶体的聚合物具有极高的强度，其寿命也远胜硅酸盐水泥固化体；

其次，相对于现有技术中采用填埋的方式来处置生活垃圾焚烧飞灰所存在库容有限、新建填埋场选址困难，处置经济成本过高、污染物固化效率不稳定等的缺点来说，一方面，本发明以生态文明建设为出发点，利用地聚合物反应原理，以生活垃圾焚烧飞灰为主要原料制作用于建筑材料的免烧砖，实现了飞灰的综合利用，极大程度上节约了垃圾填埋场的库容，从循环经济的角度解决了多种危险废物和大宗固体废物的综合利用问题；

另一方面，本发明中的碱性物质可以由废氢氧化钠、废碱渣、废碱液及赤泥等废碱性物质为地聚合物反应提供必备的碱性环境，间接节省了该类物质的处置资源。而本申请工业废渣中的少量废碳酸钙可以显著提升免烧砖的强度；铸件废砂和铁矿尾矿渣不仅可以起到无机分散剂的作用，还能作为免烧砖的骨架增加其强度；这些大宗固体废物的应用很大程度上缓解了这些大宗固体废物的处置难题，实现了循环经济，并降低飞灰的处置成本。

(2)本申请的方法利用地聚合物反应原理制砖，操作简单、条件要求少，可适用于大多数地区，适用性广，且相比于由其他技术制成的免烧砖来说，强度更好且原料成本更加低廉，可推广性强。由该方法所制得的产品寿命远超硅酸盐水泥建材寿命；由本申请的方法制得的免烧砖强度高，常温养护14天以后抗压强度可达9-14MPa；高温养护的免烧砖抗压强度可达15-20Mpa，而且免烧砖的三维网状结构可稳定的固化飞灰及其他原料中的污染物，在自然条件下免烧砖内的污染物极少析出，环境友好性强，大大缓解了填埋场的库容压力，实现了循环经济。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

需要说明的是，在下述实施例中所用到的水玻璃均为3.1-3.4mol/L的市售硅酸钠溶液；如未进行特别说明，下述实施例中所述的1份均代指1g。

实施例1

本实施例为综合利用生活垃圾焚烧残渣制作人行道铺设用砖。

一种利用生活垃圾焚烧飞灰和工业废渣制作免烧砖工艺，该工艺包括以下步骤：

(1)将生活垃圾焚烧飞灰、碱性物质、工业废渣、水玻璃和溶剂分别置于各自上料系统中；

所述碱性物质包括废碱渣、PH>12的废碱液和赤泥，其重量份数比为1:7:2；所述工业废渣为废碳酸钙和铸件废砂，其重量份数比为3:1；所述溶剂为垃圾渗滤液浓缩液；

所述生活垃圾焚烧飞灰、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂的质量百分比分别为生活垃圾焚烧飞灰、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂总质量的40％、15％、7％、30％和8％；将碱性物质和水玻璃在碱激发系统进行混合、搅拌，在常温常压下进行碱激发，得混合物A；碱激发系统中设有温度监控模块以提示系统安全状况。

(2)完成碱激发后，将生活垃圾焚烧飞灰、工业废渣和溶剂分别按上述比例于混合系统中充分回合搅拌3分钟得混合物B；

(3)将混合物A和混合物B进行混合形成均匀的制砖浆料后，将浆料倾倒至建材砖造模模具中，震动3分钟，以去除砖块内的气泡、增加密实度，单元模具内部尺寸为200mm×100mm×50mm，并压制成型，在20℃条件下养护3天，即可形成人行道铺设用砖。

实施例2

本实施例为综合利用飞灰制作建筑用砖。

一种利用生活垃圾焚烧飞灰和工业废渣制作免烧砖工艺，该工艺包括以下步骤：

(1)生活垃圾焚烧飞灰、碱性物质、工业废渣、水玻璃和溶剂分别置于各自上料系统中；

所述碱性物质包括废氢氧化钠和研磨后的赤泥，其重量份数比为7:3；所述工业废渣为废碳酸钙和铁矿尾矿渣，其重量份数比为5:1；所述溶剂为清水、垃圾渗滤液和垃圾渗滤液浓缩液，其重量份数比为80:5:3；

所述生活垃圾焚烧飞灰、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂的质量百分比分别为生活垃圾焚烧飞灰、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂总质量的45％、10％、5％、30％和10％；

将碱性物质和水玻璃在碱激发系统进行混合、搅拌，在常温常压下进行碱激发，得混合物A，碱激发系统中设有温度监控模块以提示系统安全状况。

(2)完成碱激发后，将生活垃圾焚烧飞灰、工业废渣和溶剂分别按上述比例于混合系统中充分回合搅拌5分钟，得混合物B；

(3)将混合物A和混合物B进行混合形成均匀的制砖浆料后，将浆料倾倒至建材砖造模模具中，震动5分钟，以去除砖块内的气泡、增加密实度，单元模具内部尺寸为290mm×190mm×90mm，并压制成型。在70摄氏度养护12小时，随后在50℃条件下养护7天，即形成免烧砖建筑用砖。

实施例3

一种利用生活垃圾焚烧飞灰和工业废渣制作免烧砖工艺，该工艺包括以下步骤：

(1)将生活垃圾焚烧飞灰与残渣的混合物、碱性物质、工业废渣、水玻璃和溶剂分别置于各自上料系统中；所述生活垃圾焚烧残渣为粉煤灰和焚烧灰渣，生活垃圾飞灰、粉煤灰和焚烧灰渣的重量份数比为8:3:2；所述废碱性物质包括废氢氧化钠和PH>12的废碱液，其重量份数比为15:10；所述工业废渣为废碳酸钙、铸件废砂和铁矿尾矿渣，其重量份数比为4:2:1；所述溶剂为垃圾渗滤液浓缩液；

所述生活垃圾焚烧飞灰与残渣的混合物、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂的质量百分比分别为生活垃圾焚烧飞灰与残渣的混合物、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂总质量的42％、10％、8％、35％和5％。

将碱性物质和水玻璃在碱激发系统进行混合、搅拌，得混合物A；碱激发系统中设有温度监控模块以提示系统安全状况。

(2)完成碱激发后，将生活垃圾焚烧飞灰与残渣的混合物、工业废渣和溶剂分别按上述比例于混合系统中充分回合搅拌4分钟，得混合物B；

(3)将混合物A和混合物B进行混合形成均匀的制砖浆料后，将浆料倾倒至建材砖造模模具中，震动5分钟，以去除砖块内的气泡、增加密实度，单元模具内部尺寸为290mm×190mm×90mm，并压制成型。在70摄氏度养护8小时，随后在60℃条件下养护7天，即可制成免烧砖。

实施例4

本实施例为综合利用飞灰制作人行道铺设用砖。

一种利用生活垃圾焚烧飞灰和工业废渣制作免烧砖工艺，该工艺包括以下步骤：

(1)将生活垃圾焚烧飞灰与残渣的混合物、碱性物质、工业废渣、水玻璃和溶剂分别置于各自上料系统中；所述残渣为焚烧灰渣，生活垃圾焚烧飞灰与焚烧灰渣的重量份数比为4：1；所述废碱性物质包括废碱液、废碱渣和赤泥，其重量份数比为5：1：3；所述工业废渣为废碳酸钙和铸件废砂，其重量份数比为3:1；所述溶剂为清水；

所述生活垃圾焚烧飞灰与残渣的混合物、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂的质量百分比分别为生活垃圾焚烧飞灰与残渣的混合物、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂总质量的42％、12％、10％、30％和6％；

将碱性物质和水玻璃在碱激发系统进行混合、搅拌，在常温常压下进行碱激发，得混合物A；碱激发系统中设有温度监控模块以提示系统安全状况。

(2)完成碱激发后，将生活垃圾焚烧飞灰与残渣的混合物、工业废渣和溶剂分别按上述比例于混合系统中充分回合搅拌5分钟，得混合物B；

(3)将混合物A和混合物B进行混合形成均匀的制砖浆料后，将浆料倾倒至建材砖造模模具中，单元模具内部尺寸为200mm×100mm×50mm，震动5分钟，以去除砖块内的气泡、增加密实度，并压制成型。在20℃条件下养护7天，即可制成人行道铺设用砖。

实施例5

一种利用生活垃圾焚烧飞灰和工业废渣制作免烧砖工艺，该工艺包括以下步骤：

(1)将生活垃圾焚烧飞灰、碱性物质、工业废渣、水玻璃分别置于各自上料系统中；所述碱性物质包括废氢氧化钠、废碱渣、废碱液和研磨后的赤泥，其重量份数比为9:1:8:2；所述工业废渣为废碳酸钙、铸件废砂和铁矿尾矿渣，其重量份数比为3:2:1；该实施例不添加溶剂；

所述生活垃圾焚烧飞灰、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂的质量百分比分别为生活垃圾焚烧飞灰、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂总质量的30％、15％、10％、45％和0％；

将碱性物质和水玻璃在碱激发系统进行混合、搅拌，在常温常压下进行碱激发，得混合物A，碱激发系统中设有温度监控模块以提示系统安全状况。

(2)完成碱激发后，将生活垃圾焚烧飞灰、工业废渣和溶剂分别按上述比例于混合系统中充分回合搅拌5分钟，得混合物B。

(3)将混合物A和混合物B进行混合形成均匀的制砖浆料后，将浆料倾倒至建材砖造模模具中，震动5分钟，单元模具内部尺寸为290mm×190mm×90mm，并压制成型。在70摄氏度养护12小时，随后在50℃条件下养护7天，即形成建材用砖。

实施例6

一种利用生活垃圾焚烧飞灰和工业废渣制作免烧砖工艺，该工艺包括以下步骤：

(1)将生活垃圾焚烧飞灰、碱性物质、工业废渣、水玻璃分别置于各自上料系统中；所述碱性物质包括废氢氧化钠和研磨后的赤泥，其重量份数比为5:1；所述工业废渣为废碳酸钙和铸件废砂，其重量份数比为3:2；溶剂为清水和垃圾渗滤液，其重量份数比为60:4；

所述生活垃圾焚烧残渣、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂的质量百分比分别为生活垃圾焚烧残渣、碱性物质、工业废渣、水玻璃及溶剂总质量的30％、10％、5％、30％和25％。

将碱性物质和水玻璃在碱激发系统进行混合、搅拌，在常温常压下进行碱激发，得混合物A，碱激发系统中设有温度监控模块以提示系统安全状况。

(2)完成碱激发后，将生活垃圾焚烧飞灰、工业废渣和溶剂分别按上述比例于混合系统中充分回合搅拌5分钟，得混合物B；

(3)将混合物A和混合物B进行混合形成均匀的制砖浆料后，将浆料倾倒至建材砖造模模具中，震动5分钟，单元模具内部尺寸为290mm×190mm×190mm，并压制成型。在70摄氏度养护12小时，随后在50℃条件下养护7天，即形成免烧砖。

下面分别将实施例1-6制得的免烧砖进行固化性能检测，检测数据如表1所示：

表1：飞灰固化体性能测试表

由表1可以看出，本发明实施例1-6所制得的免烧砖在养护21天后的抗压强度最小为9.1Mpa，最大为18.0Mpa，抗压强度较高；而重金属浸出量均较低，铅的浸出浓度≦0.08mg/L；汞的浸出浓度≦0.002mg/L；铬的浸出浓度≦0.2mg/L；锌的浸出浓度≦88mg/L；砷的浸出仅在实施例1中检测出，为0.1mg/L，其余实施例中均未检出，二噁英的含量最大仅为1.3μg/kg，可见，由本申请制得的免烧砖环境友好，自然条件下污染物极少从该免烧砖中析出。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。