一种用于制备轻骨料的固体废弃物的评价方法
阅读说明：本技术 一种用于制备轻骨料的固体废弃物的评价方法 (Evaluation method of solid waste for preparing lightweight aggregate ) 是由 马明亮 唐玉娇 李寿德 孙晓南 刘蓉 李惠娴 杨寰宇 张树伟 于 2020-12-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于制备轻骨料的固体废弃物的评价方法,该方法包括：一、对固体废弃物进行基本性能检测；二、根据固体废弃物的基本性能检测结果,选择固体废弃物制备轻骨料并进行配比设计；三、根据配比设计结果进行配料并制备固体废弃物轻骨料生料球；四、将固体废弃物轻骨料生料球进行焙烧,得到固体废弃物轻骨料样品；五、将固体废弃物轻骨料样品进行性能检测；六、根据性能检测结果对制备轻骨料的固体废弃物进行评价。本发明从固定废弃物的基本性能出发,依次经配比设计、制备固体废弃物轻骨料样品并进行性能检测,综合评价固体废弃物制备轻骨料的可行性,具有准确、高效、快捷、客观的优点,为各种固体废弃物综合利用提供有效的手段。(The invention discloses an evaluation method of solid waste for preparing lightweight aggregate, which comprises the following steps: firstly, detecting basic performance of solid waste; secondly, selecting solid waste to prepare lightweight aggregate and carrying out proportioning design according to the basic performance detection result of the solid waste; thirdly, mixing materials according to a proportioning design result and preparing solid waste lightweight aggregate raw material balls; roasting the solid waste lightweight aggregate raw material balls to obtain a solid waste lightweight aggregate sample; fifthly, carrying out performance detection on the solid waste lightweight aggregate sample; and sixthly, evaluating the solid waste for preparing the lightweight aggregate according to the performance detection result. The method starts from the basic performance of the fixed waste, sequentially carries out proportioning design, preparation of the solid waste lightweight aggregate sample and performance detection, comprehensively evaluates the feasibility of preparing the lightweight aggregate by the solid waste, has the advantages of accuracy, high efficiency, quickness and objectivity, and provides an effective means for comprehensive utilization of various solid wastes.)
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种用于制备轻骨料的固体废弃物的评价方法。
背景技术
轻骨料是当前高性能轻混凝土及其建筑构件与制品广泛应用的材料，具有轻质高强、隔热保温、抗碱集料反应等特点。作为生产制备高强轻骨料的黏土、页岩等原料，由于其破坏环境、植被及环境保护的因素，已经不可持续。利用工业固体废弃物生产制备人造轻骨料，既可资源综合利用、变废为宝，符合国家相关产业政策，又可解决轻骨料的原料资源问题。
可用于制备轻骨料的固体废弃物如下：
(1)燃煤锅炉类废渣：粉煤灰、垃圾焚烧渣、气化渣、飞灰等；
(2)矿业尾矿渣：煤矸石、银尾矿渣、金尾矿渣、铜尾矿渣、磷灰尾矿渣、硅藻土尾矿渣、硫铁尾矿渣、铁尾矿渣等；
(3)工业废渣：赤泥、硫铁矿渣、铬渣、磷渣、锰铁渣、钢渣、鹏泥等；
(4)工程渣土：建筑开挖土、地铁开挖土、高速路开挖土等；
(5)淤泥污泥类：建筑淤泥、河道淤泥、湖泥、海泥、水库淤泥；城市污泥、印染污泥、造纸污泥、以及其他工业污泥等。
固废废弃物的化学成分、矿物组成和物理性能各不相同，往往单独一种或两种无法满足生产制备轻骨料的技术要求，必须根据其不同的成分和方法进行合理的配制，而合理配制的基础是对用于制备轻骨料的固体废弃物进行评价。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于制备轻骨料的固体废弃物的评价方法。该方法从固定废弃物的基本性能出发，依次经配比设计、制备固体废弃物轻骨料样品并进行性能检测，综合评价固体废弃物制备轻骨料的可行性，具有准确、高效、快捷、客观的优点，为各种固体废弃物综合利用提供有效的手段。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于制备轻骨料的固体废弃物的评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、对固体废弃物进行基本性能检测；所述基本性能包括化学成分和可塑性指数；
步骤二、根据步骤一中固体废弃物的基本性能检测结果，选择固体废弃物制备轻骨料并进行配比设计；
步骤三、根据步骤二中的配比设计结果进行配料并制备固体废弃物轻骨料生料球；
步骤四、将步骤三中得到的固体废弃物轻骨料生料球进行焙烧，得到固体废弃物轻骨料样品；
步骤五、将步骤四中得到的固体废弃物轻骨料样品进行性能检测；
步骤六、根据步骤五中得到的性能检测结果对步骤二中选择的制备轻骨料的固体废弃物进行评价。
本发明从固定废弃物的基本性能出发，按照轻骨料对化学成分、矿物组成和可塑性指数的要求进行配比设计，然后模拟实际生产过程进行焙烧制备固体废弃物轻骨料样品，通过对该固体废弃物轻骨料样品的性能检测结果，综合评价固体废弃物制备轻骨料的可行性，具有准确、高效、快捷、客观的优点，为各种固体废弃物综合利用提供有效的手段。
上述的一种用于制备轻骨料的固体废弃物的评价方法，其特征在于，步骤二中所述配比设计包括以下步骤：
步骤201、根据固体废弃物的基本性能检测结果，选择固体废弃物制备轻骨料并设计一系列配比组合；
步骤202、根据目标固体废弃物轻骨料的化学成分和可塑性指数要求，对步骤201中设计的一系列配比组合进行选择，或者对步骤201中设计的一系列配比组合进行选择并结合添加外加剂的方法，对配比组合进行调整，得到配比设计结果；
所述目标固体废弃物轻骨料的化学成分要求按质量百分数计为：SiO2 40％～68％，Al2O3 10％～28％，Fe2O3 5％～12％，CaO和MgO总计2％～8％，K2O和Na2O总计2％～5％，烧失量为5％～15％；所述目标固体废弃物轻骨料的可塑性指数要求为7～15；
所述外加剂为增强骨料强度的组分、发起膨胀的组分和降低焙烧温度的组分中的一种或两种以上。
采用上述的配比设计过程既可评价利用固体废弃物生产制备超轻轻骨料，也可评价利用固体废弃物生产制备高强轻骨料，同时通过可塑性指数的高低评价后续固体废弃物生料球的制备与焙烧性能：当可塑性指数远低于目标固体废弃物轻骨料要求范围，则固体废弃物生料球制备困难，当可塑性指数远高于目标固体废弃物轻骨料要求范围，则固体废弃物生料球在生产中容易在窑内产生炸裂。
上述的一种用于制备轻骨料的固体废弃物的评价方法，其特征在于，步骤三中所述制备固体废弃物轻骨料生料球的方法包括以下步骤：
步骤301、根据步骤二中的配比设计结果进行配料并将各物料混合均匀，得到混合料；
步骤302、将步骤301中得到的混合料加水搅拌均匀，经人工或机械制成湿料球；所述湿料球的直径为8mm～12mm；
步骤303、将步骤302中制成的湿料球放置于干燥箱中，在105℃温度下干燥8h，得到干料球即固体废弃物轻骨料生料球。
该制备过程先将混合料制成湿料球，然后烘干，以模拟实际生产中湿料球在回转窑内的烘干脱水工艺，减少了固体废弃物轻骨料样品制备过程与实际生产过程的差别，提高了本发明评价方法的准确性。
上述的一种用于制备轻骨料的固体废弃物的评价方法，其特征在于，步骤四中所述焙烧包括以下步骤：
步骤401、将步骤三中得到的固体废弃物轻骨料生料球放置于高温电炉中，在400℃～600℃温度下进行预烧8min～15min，得到预烧样品；
步骤402、将步骤401得到的预烧样品放置于预先升温的电炉中，分别在1100℃～1250℃中选择不同的温度条件进行焙烧5min～15min，得到不同的固体废弃物轻骨料样品。
该焙烧过程的预烧温度和时间模拟了实际生产中固体废弃物轻骨料生料球在回转窑内的预烧结制度，焙烧温度和工艺模拟了预烧样品在回转窑内烧成阶段的焙烧制度，减少了固体废弃物轻骨料样品制备过程与实际生产过程的差别，提高了本发明评价方法的准确性。
上述的一种用于制备轻骨料的固体废弃物的评价方法，其特征在于，步骤五中所述固体废弃物轻骨料样品性能检测的指标包括表观密度/堆积密度，1h吸水率和筒压强度。
上述的一种用于制备轻骨料的固体废弃物的评价方法，其特征在于，步骤六中所述评价包括以下步骤：
步骤601、根据步骤五中得到的固体废弃物轻骨料样品性能检测结果，参照GB/T17431《轻集料及其试验方法》中的相关技术指标评价步骤一中选择的固体废弃物是否可以制备轻骨料；所述评价的技术指标详见表1；
步骤602、按照步骤601中确定的可以制备轻骨料固体废弃物，确定评价方法过程步骤三中对应的配比作为该固体废弃物制备轻骨料的配比，步骤四中对应的焙烧工艺参数作为该固体废弃物制备轻骨料的焙烧参数。
表1
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明从固定废弃物的基本性能出发，依次经配比设计、制备固体废弃物轻骨料样品并进行性能检测，综合评价固体废弃物制备轻骨料的可行性，具有准确、高效、快捷、客观的优点，为各种固体废弃物综合利用提供有效的手段。
2、本发明实现了对固体废弃物综合利用烧制人造轻骨料的评价，解决了众多固体废弃物是否适用于轻骨料的评价问题，符合资源循环利用、环境保护的产业政策和轻骨料行业可持续发展方向。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、对南方某地的印染污泥和建筑淤泥进行基本性能检测，结果如表1-1和表1-2所示；
表1-1印染污泥和建筑淤泥的化学成分和可塑性指数
表1-2印染污泥和建筑淤泥的矿物组成(单位为％)
步骤二、根据步骤一中印染污泥和建筑淤泥的基本性能检测结果，选择印染污泥和建筑淤泥制备轻骨料并进行配比设计，得到配比1：按质量百分含量计印染污泥10％，建筑淤泥90％，配比2：按质量百分含量计印染污泥20％，建筑淤泥80％，配比3：按质量百分含量计印染污泥20％，建筑淤泥50％，增强骨料强度的组分粉煤灰30％，且配比1、配比2和配比3的化学成分和塑性指数如下表1-3所示；
表1-3配比1、配比2和配比3的化学成分和塑性指数
所述目标固体废弃物轻骨料的化学成分要求按质量百分数计为：SiO2 40％～68％，Al2O3 10％～28％，Fe2O3 5％～12％，CaO和MgO总计2％～8％，K2O和Na2O总计2％～5％，烧失量为5％～15％；所述目标固体废弃物轻骨料的可塑性指数要求为7～15；
步骤三、根据步骤二中的配比1、配比2和配比3，分别进行配料并制备得到固体废弃物轻骨料生料球1、固体废弃物轻骨料生料球2和固体废弃物轻骨料生料球3；所述制备的方法包括以下步骤：
步骤301、根据步骤二中的配比1、配比2和配比3进行配料并将各物料混合均匀，分别得到混合料1、混合料2和混合料3；
步骤302、将步骤301中得到的混合料1、混合料2和混合料3分别加水搅拌均匀，经人工制成湿料球1、湿料球2和湿料球3；所述水的质量均为对应混合料质量的20％，湿料球1、湿料球2和湿料球3的直径为8mm～12mm；
步骤303、将步骤302中制成的湿料球1、湿料球2和湿料球3分别放置于干燥箱中在105℃温度下干燥8h，得到干料球即固体废弃物轻骨料生料球1、固体废弃物轻骨料生料球2和固体废弃物轻骨料生料球3；
步骤四、将步骤三中得到的固体废弃物轻骨料生料球1、固体废弃物轻骨料生料球2和固体废弃物轻骨料生料球3分别进行烧制，得到固体废弃物轻骨料样品1、固体废弃物轻骨料样品2和固体废弃物轻骨料样品3；所述烧制包括以下步骤：
步骤401、将步骤三中得到的固体废弃物轻骨料生料球1放置于高温电炉中，在400℃温度下预烧15min，得到预烧样品1；将固体废弃物轻骨料生料球2放置于高温电炉中，在500℃温度下预烧10min，得到预烧样品2；将固体废弃物轻骨料生料球3放置于高温电炉中，在600℃温度下预烧8min，得到预烧样品3；
步骤402、将步骤401得到的预烧样品1、预烧样品2和预烧样品3分别放置于预先升温至1100℃、1130℃、1150℃、1180℃、1200℃、1230℃和1250℃的电炉中进行焙烧，其中1100℃、1130℃、1150℃、1180℃下的焙烧时间均为10min，1200℃下的焙烧时间为8min，1230℃和1250℃下的焙烧时间均为5min，得到不同温度下烧制而得的固体废弃物轻骨料样品1(共计7个)、固体废弃物轻骨料样品2(共计7个)和固体废弃物轻骨料样品3(共计7个)；
步骤五、对步骤四中的焙烧过程进行观测，确定各样品的烧成温度即生料球体积从开始膨胀时的温度至焙烧过程中体积又重新开始缩小时的温度区间为1120℃～1200℃，然后将步骤四中得到的烧成温度范围下烧制而得的固体废弃物轻骨料样品1、固体废弃物轻骨料样品2和固体废弃物轻骨料样品3分别进行性能检测，并分别计算检测结果的平均值作为性能检测结果，如下表1-4所示；
表1-4性能检测结果
配比编号
配比1
配比2
配比3
烧成温度范围(℃)
1120～1200
1100～1180
1100～1180
平均表观密度(kg/m<sup>3</sup>)
727
775
196
平均堆积密度(kg/m<sup>3</sup>)
400
426
658
平均1h吸水率(％)
4.76
5.91
5.62
筒压强度(MPa)
1.42
1.60
5.12
步骤六、根据步骤五中得到的性能检测结果对步骤二中选择的制备轻骨料的固体废弃物进行评价；所述评价包括以下步骤：
步骤601、根据步骤五中得到的不同温度下烧制而得的固体废弃物轻骨料样品1、固体废弃物轻骨料样品2和固体废弃物轻骨料样品3的性能检测结果，参照GB/T17431《轻集料及其试验方法》中相关技术指标评价为步骤一中选择的印染污泥和建筑淤泥均可制备超轻轻骨料；当掺加30％质量百分含量的增强外加剂粉煤灰时，可以制备高强轻骨料；
步骤602、按照步骤601中确定的可以制备轻骨料的印染污泥和建筑淤泥，确定评价方法过程步骤三中对应的配比1、配比2和配比3作为该固体废弃物制备轻骨料的配比，步骤四中对应的焙烧工艺参数作为该固体废弃物制备轻骨料的烧结参数。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、对某地的粉煤灰和工程渣土进行基本性能检测，结果如表2-1和表2-2所示；
表2-1粉煤灰和工程渣土的化学成分和塑性指数
表2-2粉煤灰和工程渣土的矿物组成(单位为％)
步骤二、根据步骤一中粉煤灰和工程渣土的基本性能检测结果，选择粉煤灰和工程渣土制备轻骨料并进行配比设计，得到配比1：按质量百分含量计粉煤灰67.2％，工程渣土28.8％，发气膨胀组分Fe2O3 4％；配比2：按质量百分含量计粉煤灰56％，工程渣土37％，发气膨胀的组分Fe2O3 5％，降低焙烧温度组分CaCO3 2％，且配比1、配比2的化学成分和塑性指数如表2-3所示；
表2-3配比1和配比2的化学成分和塑性指数
所述目标固体废弃物轻骨料的化学成分要求按质量百分数计为：SiO2 40％～68％，Al2O3 10％～28％，Fe2O3 5％～12％，CaO和MgO总计2％～8％，K2O和Na2O总计2％～5％，烧失量为5％～15％；所述目标固体废弃物轻骨料的可塑性指数要求为7～15；
步骤三、根据步骤二中的配比1和配比2分别进行配料并制备，得到固体废弃物轻骨料生料球1和固体废弃物轻骨料生料球2；所述制备的方法包括以下步骤：
步骤301、根据步骤二中的配比1和配比2进行配料并将各物料混合均匀，分别得到混合料1和混合料2；
步骤302、将步骤301中得到的混合料1和混合料2分别加水搅拌均匀，经人工或机械制成湿料球1和湿料球2；所述水的质量均为混合料质量的18％～20％，湿料球1和湿料球2的直径为8mm～12mm；
步骤303、将步骤302中制成的湿料球1和湿料球2分别放置于干燥箱中，在105℃温度下干燥8h，得到干料球即固体废弃物轻骨料生料球1和固体废弃物轻骨料生料球2；
步骤四、将步骤三中得到的固体废弃物轻骨料生料球1和固体废弃物轻骨料生料球2分别进行烧制，得到固体废弃物轻骨料样品1和固体废弃物轻骨料样品2，所述烧制包括以下步骤：
步骤401、将步骤三中得到的固体废弃物轻骨料生料球1放置于高温电炉中在500℃温度下预烧10min，得到预烧样品1；将固体废弃物轻骨料生料球1放置于高温电炉中在400℃温度下预烧15min，得到预烧样品2；
步骤402、将步骤401得到的预烧样品1和预烧样品2分别放置于预先升温至1100℃、1130℃、1150℃、1180℃、1200℃、1230℃和1250℃的电炉中进行焙烧，其中1100℃、1130℃、1150℃、1180℃下的焙烧时间均为10min，1200℃、1230℃和1250℃下的焙烧时间均为8min，得到不同温度下烧制而得的固体废弃物轻骨料样品1(共计7个)、固体废弃物轻骨料样品2(共计7个)和固体废弃物轻骨料样品3(共计7个)；
步骤五、将步骤四中得到的不同温度下烧制而得的固体废弃物轻骨料样品1和固体废弃物轻骨料样品2分别进行性能检测，结果如下表2-4所示；
步骤五、对步骤四中的焙烧过程进行观测，确定各样品的烧成温度即生料球体积从开始膨胀时的温度至焙烧过程中体积又重新开始缩小时的温度区间为1180℃～1230℃，然后将步骤四中得到的烧成温度范围下烧制而得的固体废弃物轻骨料样品1和固体废弃物轻骨料样品2分别进行性能检测，并分别计算检测结果的平均值作为性能检测结果，如下表2-4所示；
表2-4性能检测结果
配比编号
配比1
配比2
烧成温度范围(℃)
1180～1230
1180～1230
平均表观密度(kg/m<sup>3</sup>)
1593
1566
平均堆积密度(kg/m<sup>3</sup>)
876
861
平均1h吸水率(％)
7.9
7.8
筒压强度(MPa)
8.4
8.6
步骤六、根据步骤五中得到的性能检测结果对步骤二中选择的制备轻骨料的固体废弃物进行评价；所述评价包括以下步骤：
步骤601、根据步骤五中得到的不同温度下烧制而得的固体废弃物轻骨料样品1和固体废弃物轻骨料样品2的性能检测结果，参照GB/T17431《轻集料及其试验方法》中相关技术指标评价为步骤一中选择的粉煤灰和工程渣土均可制备高强轻骨料；
步骤602、按照步骤601中确定的可以制备轻骨料的粉煤灰和工程渣土，确定评价方法过程步骤三中对应的配比1和配比2作为该固体废弃物制备轻骨料的配比，步骤四中对应的焙烧工艺参数作为该固体废弃物制备轻骨料的烧结参数。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
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