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利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法

阅读：310发布：2021-03-03

IPRDB可以提供利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法。该方法是将垃圾焚烧发电厂炉渣作为混合材，与硅酸盐熟料、矿渣和石膏共同粉磨，或者分别粉磨再混合均化，制成砌筑水泥；以质量百分比计，原料的加入量为：垃圾焚烧发电厂炉渣为15%～50%，硅酸盐熟料为1%～50%，矿渣为5%～50%，石膏为4%～8%。应用该法生产的砌筑水泥的物理性能均可达到砌筑水泥GB/T3183-2003标准要求，其制品有害重金属溶出均可达到GB 3838-2002地表水的v类环境质量标准要求，而且垃圾焚烧发电厂炉渣的用量超过15%，能够较大量地处理焚烧炉渣。，下面是利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1、利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法，其特征在于，将垃圾焚烧发电厂炉渣作为混合材，与硅酸盐熟料、矿渣和石膏共同粉磨或者分别粉磨混合均化，制成砌筑水泥；以质量百分比计，各原料的加入量为：垃圾焚烧发电厂炉渣： 15％～50％

硅酸盐熟料： 1％～50％

矿渣： 5％～50％

石膏： 4％～8％。

2、根据权利要求1所述利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法，其特征在于，所述原料中还包括粉煤灰，偏高岭土或石灰石，以质量百分比计，其加入量为：粉煤灰： 0％～30％

偏高岭土： 0％～20％

石灰石： 0％～8％。

3、根据权利要求1或2所述利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法，其特征在于，所述垃圾焚烧发电厂炉渣在粉磨前还包括除臭、除铁、筛选和烘干的预处理。

4、根据权利要求3所述利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法，其特征在于，所述筛选为将未燃尽的木头、布条和塑料袋去除。

5、根据权利要求1或2所述利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法，其特征在于，所述矿渣为经烘干处理后的矿渣。

6、根据权利要求1或2所述利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法，其特征在于，所述硅酸盐水泥熟料符合JC/T853-1999标准的要求；所述矿渣为粒化高炉矿渣符合GB/T203-1994标准的要求；所述石膏符合GB/T5483-1996 标准的要求。

7、根据权利要求2所述利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法，其特征在于，所述粉煤灰符合GB/T1596-1991标准的要求；所述偏高岭土符合 GB/T2847-1996标准的要求；所述石灰石中三氧化二铝含量小于2.5％。

8、根据权利要求1或2所述利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法，其特征在于，所述垃圾焚烧发电厂炉渣、硅酸盐熟料、矿渣和石膏共同粉磨或者分别粉磨的细度为过0.08mm的筛，筛余小于10％，比表面积至少为300m2/kg。

说明书全文

技术领域

本发明涉及水泥生产，尤其是涉及利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法。

背景技术

生活垃圾焚烧发电是目前国内外发达地区处理生活垃圾的主要途径之一。焚烧炉渣是城市生活垃圾焚烧发电厂的副产品，包括炉排上残留的焚烧残渣和从炉排间掉落的颗粒物。焚烧炉渣中含有一定量的Cd、Hg、Pd、As、Cr、Se、 Zn等重金属以及较多的碱金属离子(K+、Na+)与氯离子。如不加以处理，上述重金属在酸性条件下(如酸雨PH＝4～6)，溶出速度较快且溶出量较大，往往超出我国重金属浸出毒性GB 5085.3-1996的标准，对环境造成危害。若按现有普遍的方式作填埋处理或一般固体废弃物处置，既侵占土地资源，又因重金属的溶出，对地下水丰富的南方以及酸雨较严重的地区造成严重的二次污染。随着生活垃圾焚烧发电厂建设速度的加快，焚烧炉渣的产量也越来越大。因此，垃圾焚烧炉渣的无害化处理与综合利用是生活垃圾焚烧发电厂带来的新问题。
国际上炉渣的资源化利用途径主要有：①作为沥青混凝土的替代骨料；② 作为水泥混凝土的部分替代骨料；③作为填埋场的覆盖材料，该方法并没有缓解填埋场废水的处理压力；④作为路堤、路基的填充材料，该方法炉渣重金属溶出对地表水存在污染问题；⑤用于制作墙砖和地砖，但由于炉渣需经过预处理，成本升要，质量下降，因此未大量推广应用。
国内尚无炉渣的资源化工业应用，国内的研究报道主要有：(1)用作普通硅酸盐水泥的混和材，但其掺量仅为5％～10％，过量将存在水泥性能下降或制品重金属溶出超标等问题。(2)用于制造混凝土制品，特别是制造路缘石、草坪砖、人行道砖、砌块和隔墙板等建筑构件。。
从上述国内外对炉渣资源化利用情况来看，炉渣主要用于水泥基建筑材料的生产，大部分用于道路及工业民用建筑。这些建筑物直接暴露在地表或处于更加苛刻的环境条件下，受雨水的冲淋，随着工业污染的加剧，各地区酸雨增多，水泥建筑物中可溶的有害重金属将直接进入地表水，进入生物链，对人类健康产生很大的危害。此外，现有炉渣综合利用技术还存在下列不足：(1)用于混凝土的替代骨料时，未有炉渣中碱金属离子与氯离子对混凝土耐久性(如钢筋锈蚀、碱骨料反应等)的报道研究和解决措施；(2)掺加5％～10％的炉渣作为混合材，其掺量较少，且实验忽略了炉渣中碱、氯离子等对制品耐久性的危害；(3)大掺量用于制造地砖，其制品的重金属溶出对地表水、地下水的污染则较为令人担忧。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种环保、方便、实用的将垃圾焚烧发电厂炉渣作为混合材生产砌筑水泥的方法。其炉渣掺量达到15％以上，产品性能达到砌筑水泥GB/T 3183-2003国家标准要求，制品的重金属浸出毒性按照GB 5085.3-1996规定的方法检测达到GB 3838-2002地表水v类环境质量标准的高要求，变害为利，有效解决炉渣的二次污染问题。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
利用垃圾焚烧发电厂炉渣生产砌筑水泥的方法，该方法是将垃圾焚烧发电厂炉渣作为混合材，与硅酸盐熟料、矿渣和石膏共同粉磨或者分别粉磨混合均化，制成砌筑水泥；以质量百分比计，原料的加入量为：
垃圾焚烧发电厂炉渣：  15％～50％
硅酸盐熟料：          1％～50％
矿渣：                5％～50％
石膏：                4％～8％。
为进一步实现本发明的目的，所述原料中还包括粉煤灰，偏高岭土或石灰石，以质量百分比计，其加入量为：
粉煤灰：              0％～30％
偏高岭土：            0％～20％
石灰石：              0％～8％。
如垃圾焚烧发电厂炉渣存在臭味较大以及残余的木头、布条、铁质材料和塑料袋等，所述垃圾焚烧发电厂炉渣在粉磨前还包括除臭、除铁、筛选和烘干的预处理，该预处理的筛选为将未燃尽的木头、布条和塑料袋去除。
根据行业要求，所述硅酸盐水泥熟料要符合JC/T853-1999标准的要求；所述矿渣优选采用经烘干处理后的矿渣，为粒化高炉矿渣，符合GB/T203-1994 标准的要求；所述石膏符合GB/T5483-1996标准的要求；所述粉煤灰符合 GB/T1596-1991标准的要求；所述偏高岭土符合GB/T2847-1996标准的要求；所述石灰石中三氧化二铝含量小于2.5％。所述垃圾焚烧发电厂炉渣、硅酸盐熟料、矿渣和石膏共同粉磨或者分别粉磨的细度为过0.08mm的筛，筛余小于10 ％，比表面积至少为300m2/kg。
生产中，矿渣与垃圾焚烧炉渣先进行烘干处理，石膏、石灰石等材料先破碎处理，各种原材料分别储存入库，按照配方要求计量，然后喂入粉磨设备(球磨机、立磨或辊压磨)共同粉磨达到一定细度后，再进行均化、包装出厂；或者分别粉磨后按配方要求计量喂入均化库进行均化、包装出厂。生产工艺基本同现有水泥生产工艺。
所生产的砌筑水泥，SO3含量小于4％，性能达到GB/T 3183-2003砌筑水泥国家标准要求；制品的重金属溶出按照GB 5085.3-1996规定的方法检测达到 GB 3838-2002地表水v类环境质量标准要求。适当增大粉磨的比表面积或调整矿渣、或偏高岭土、或熟料掺量，可生产更高强度等级的砌筑水泥。
本发明的原理：利用炉渣中较大量的Na+、K+、Cl-等离子激活火山灰质材料(如矿渣、偏高岭土等)的活性，使混合材产生胶凝性能，并与熟料矿物的水化产物共同将有害重金属固化，使生产的砌筑水泥性能到国家标准要求；还使所生产的砌筑水泥制品的重金属浸出毒性按照GB 5085.3-1996规定的方法检测达到GB 3838-2002地表水v类环境质量标准要求。
本发明相对于现有技术，具有如下优点：
(1)利用焚烧炉渣生产砌筑水泥，垃圾焚烧发电厂炉渣的加入量超过15 ％(重量比)，能够较大量地利用焚烧炉渣，同时利用了炉渣中碱金属离子、氯离子等有害组分，激发了矿渣等火山灰质材料的活性，增强了对重金属的固化效果；确保垃圾焚烧炉渣中的有害重金属成分在综合利用过程中被彻底地无害化处理，保证利用焚烧垃圾炉渣生产的砌筑水泥在使用过程中不会造成二次污染。
(2)较大量地利用垃圾焚烧炉渣生产砌筑水泥，化害为利，可大幅度减少对垃圾焚烧炉渣处理费用的支出，缓解环卫部门的经济压力(对炉渣的处理一般采取填埋方式，填埋炉渣的费用需47.4元/吨，处理炉渣给政府环卫部门带来了巨大的经济压力)。
(3)利用垃圾焚烧炉渣生产砌筑水泥时无需改变现有水泥生产工艺，可在原水泥生产工艺线的基础上做局部完善即可，生产成本低，应用本发明的方法生产的砌筑水泥的物理性能均可达到砌筑水泥GB/T 3183-2003标准要求，其制品重金属溶出均可达到GB 3838-2002地表水的v类环境质量标准要求，市场前景较好。
(4)本发明能使垃圾焚烧炉渣实现综合利用，在一定程度上降低了填埋场的压力，减少了土地资源的浪费，具有现实意义，同时，也符合国家产业政策和可持续发展的要求，达到循环经济的目的。
(5)该发明还可减少水泥工业对天然优质资源的消耗(砌筑水泥约占目前建筑水泥市场用量的30％左右)，有利于水泥行业的可持续发展。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1
选用上海市江桥垃圾焚烧发电厂的炉渣，广州市珠江水泥有限公司生产的硅酸盐水泥熟料，广东省韶关钢铁厂出产的粒化高炉矿渣及天然二水石膏，珠江电厂的干排III级粉煤灰，以及偏高岭土。上述材料分别单独粉磨，控制炉渣的比表面积为350m2/kg，熟料的比表面积370m2/kg，矿渣的比表面积400m2/kg，石膏比表面积390m2/kg，粉煤灰比表面积310m2/kg，偏高岭土比表面积390 m2/kg。按表1中比例搭配混合(混和后0.08mm筛余为1％～3％)，所制得砌筑水泥的物理性能如表2所示，制品重金属浸出情况如表7所示。
表1、1～5#砌筑水泥的配方(％)
  样品编号     炉渣     矿渣     熟料     石膏     粉煤灰     偏高岭     土   1     33     30     30     7     0     0   2     33     40     20     7     0     0   3     33     50     10     7     0     0   4     33     30     20     7     10     0   5     33     30     20     7     0     10
表2、1～5#砌筑水泥样品的物理性能
  样品编号     SO3     (％)     抗折强度     (MPa)     抗压强度     (MPa)     安定     性         凝结时间(h:m)     保水率     (％)     7d     28d     7d     28d   初凝   终凝   1     3.5     3.9     5.2     14.4     24.6     合格   4:55   6:10     91   2     3.4     3.8     5.3     14.6     23.2     合格   6:10   7:25     88   3     3.2     3.0     5.0     12.0     22.5     合格   7:50   10:25     86   4     3.3     3.6     4.9     14.0     23.6     合格   6:15   7:20     87   5     3.3     3.8     5.5     15.0     26.8     合格   5:45   7:05     96
由表1、表2、表7可见，当垃圾焚烧炉渣的掺量为33％时，按照本发明所提供的配方和产品参数控制，所制得的砌筑水泥性能可达到GB/T 3183-2003标准22.5强度等级的要求，重金属溶出均可达到GB 3838-2002地表水的v类环境质量标准要求。
实施例2
选用上海江桥垃圾焚烧发电厂的炉渣，广东省亨达利水泥厂生产的硅酸盐熟料，广西省柳州钢铁厂的粒化高炉矿渣，天然石膏，广州市黄圃电厂的II级粉煤灰，偏高岭土，按照表3的配方共同粉磨，得到比表面积320～330m2/kg (0.08mm筛余为4％～6％)的砌筑水泥。其物理性能如表4所示，部分样品重金属浸出毒性如表7所示。
表3、6～10#样品的配方(％)
  样品号     炉渣     矿渣     熟料     石膏     粉煤灰   偏高岭土   6     40     5     50     5     0   0   7     45     35     15     5     0   0   8     45     50     1     4     0   0   9     50     25     15     5     5   0   10     45     15     15     5     0   20
表4、6～10#砌筑水泥样品的物理性能
  样品编   号     SO3     (％)     抗折强度     (MPa)     抗压强度     (MPa)     安定     性   凝结时间   (h:m)     保水率     (％)     7d     28d     7d     28d   初凝   终凝   6     3.0     3.1     4.0     11.2     18.7     合格   8:42   11:10     87   7     2.9     3.4     5.3     13.0     23.2     合格   9:40   11:35     81   8     2.7     2.1     3.8     9.5     15.5     合格   10:08   11:50     82   9     2.8     3.1     5.0     12.3     18.3     合格   9:25   11:40     85   10     2.8     3.5     5.3     13.2     23.5     合格   7:40   10:30     89
部分样品的重金属溶出情况见表7。从表3～表4、表7可以看到，当垃圾焚烧炉渣掺量达到45％～50％时，水泥性能均能符合GB/T 3183-2003砌筑水泥12.5Mpa或以上的等级要求，重金属溶出均可达到GB 3838-2002地表水v类环境质量标准要求。
实施例3
选用广州市李坑垃圾焚烧发电厂的炉渣，广东省塔牌集团新型干法窑生产的硅酸盐熟料，湖南韶锋钢铁厂的粒化高炉矿渣，湖南天然石膏，广州市黄圃电厂III级粉煤灰，广东省英德产石灰石，按照表5的配方共同粉磨至比表面积 350～360m2/kg(0.08mm筛余控制在2％～3％)。所制备的砌筑水泥物理性能如表6所示，部分样品重金属浸出毒性如表7所示。
表5、11～15#样品配方(％)
  样品编号     炉渣     矿渣     熟料     石膏     粉煤灰     石灰石   11     40     27     27     6     0     0   12     20     44     22     6     0     8   13     40     44     10     6     0     0   14     40     24     24     6     0     6   15     15     30     20     5     30     0
表6、11～15#砌筑水泥样品的物理性能
  样品编号   SO3   (％)   抗折强度   (MPa)   抗压强度   (MPa)   安定   性   凝结时间   (h:m)     保水率     (％)   7d   28d   7d   28d   初凝   终凝   11   ＜4％   3.5   5.0   12.4   22.6   合格   9:05   11:15     87   12   ＜4％   3.6   5.2   13.6   29.0   合格   8:15   10:35     85   13   ＜4％   3.0   4.8   11.2   20.5   合格   9:40   11:35     82   14   ＜4％   3.4   4.9   14.3   22.2   合格   8:48   10:50     87   15   ＜4％   3.7   5.4   11.9   23.5   合格   9:23   11:26     89
表7、1～6及10、14、15#样品重金属溶出情况(μg/L)

由表5～表6、表7可见，当垃圾焚烧炉渣掺量在15％～40％时，调整其它材料的比例，样品性能仍可达到GB/T 3183-2003砌筑水泥12.5Mpa或以上的等级要求，重金属溶出均可达到GB 3838-2002地表水v类环境质量标准要求。

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