專利名稱：一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料技術(shù)、環(huán)保節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，涉及垃圾焚燒飛灰等固體廢棄物的 利用以及生產(chǎn)一種快硬型水泥基膠凝劑的技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展、人口快速增長，城市生活垃圾的排放量也在急劇增加， 成分也越來越復(fù)雜。以生活垃圾為例，1987年全國城市生活垃圾清運量才5398萬噸，到 1997年猛增到1. 2億噸，2002年我國城市垃圾已達(dá)1. 5億噸以上，并以每年8% 10%的 速度在增長，預(yù)計到2010年我國城市生活垃圾的年排放量將達(dá)到2. 1億噸。這些廢棄物對 人類生存的自然環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅——危害公眾的身心健康、傳播各種疾病、污染生 態(tài)環(huán)境、破壞農(nóng)田土質(zhì)等，已經(jīng)成為社會關(guān)注的焦點，并且成為各國政府迫切需要解決的問 題之一。目前常用垃圾處理方法主要有衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒等。但衛(wèi)生填埋和堆肥等傳 統(tǒng)方法由于種種弊端，已無法滿足城市發(fā)展的需要。而生活垃圾焚燒技術(shù)以其處理速度快、 占地面積少、減量化效果好等優(yōu)點逐漸在垃圾處理過程中扮演著越來越重要的角色。近年 來我國已有不少城市如上海、北京、珠海、廣州等地也已建成了一些垃圾焚燒廠，焚燒灰渣 的年排放量已突破45萬t。雖然城市垃圾焚燒技術(shù)可以有效的處理生活垃圾(焚燒產(chǎn)生的灰渣只占焚燒前 總重量的20 % 30 %，體積減少到原來的90 % )，但焚燒后所產(chǎn)生的飛灰(約占灰渣總 量的20%)仍對環(huán)境具有較大的危害。飛灰作為一種高比表面積物質(zhì)，它不但富集大量 的汞、錫、鉛等有毒重金屬，而且也富集了大量的二噁英類物質(zhì)，是一種同時兼具重金屬 危害性和對環(huán)境有持久危害性的雙料危險廢棄物。但同時垃圾焚燒飛灰的主要成分屬 CaO-SiO2-Al2O3(Fe2O3)體系，具有資源化利用的潛力。目前垃圾焚燒產(chǎn)生底灰的資源化利用 在美國、日本和歐洲已有幾十年歷史，但是飛灰一般是經(jīng)穩(wěn)定化處理后直接送至填埋場填 埋，其資源化利用還處于嘗試階段。因此采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施處理垃圾焚燒飛灰以達(dá)到無 害化、資源化的目的，就顯得十分重要和緊迫。另外，我國煙氣脫硫技術(shù)的主要有濕法脫硫工藝、干法脫硫和半干法脫硫等。其 中，濕法脫硫工藝的應(yīng)用比例高達(dá)85 %。但是，這種石灰石——石膏法濕法脫硫工藝產(chǎn)生的 后果就是脫硫石膏大量堆放、分解造成二次污染，對氣候、土壤、植物和人類健康帶來危害。 另外，許多化工企業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)石膏早已積弊為患。預(yù)計到2010年，脫硫石膏和化 工副產(chǎn)品石膏將超過1億噸。如何處置這些工業(yè)廢棄物，已成為各國政府迫切需要解決的 問題。本發(fā)明涉及的膠粘劑主要應(yīng)用于內(nèi)外墻瓷磚、大理石、花崗巖等裝飾材料的粘帖。 膠粘劑按照化學(xué)成分和凝結(jié)時間可分為c類-水泥基膠粘劑，D類-膏狀乳液膠粘劑，R 類_反應(yīng)型樹脂膠粘劑。其中由水硬性膠凝材料、礦物集料、有機外加劑組成的粉狀C類水 泥基膠粘劑，因其價格低廉，使用方便等因素，使其在我國建筑工程的內(nèi)外裝飾墻上得到了 廣泛的應(yīng)用。
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我國在瓷磚粘接劑的使用方面，經(jīng)歷了水泥凈漿、水泥砂漿、107膠添加劑、干粉砂 漿膠粘劑等幾個階段。使用水泥凈漿，由于水泥水化后會產(chǎn)生收縮較大使得瓷磚容易脫落， 而且瓷磚脫落沒有預(yù)見性，易造成事故。于是人們開始使用水泥砂漿，水泥砂漿雖然較純水 泥收縮小，主要是砂子的存在限制了一部分水泥產(chǎn)生的收縮，但沒有從根本上解決問題，砂 漿的柔性依然較差，瓷磚脫落的問題仍然存在。107膠作為粘接瓷磚的水泥砂漿的添加劑， 曾經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，107膠是聚乙烯醇與甲醛的縮合產(chǎn)物，其性能對水泥凈漿和水泥砂漿有 了很大改善，但隨著人們健康環(huán)保意識的提高，甲醛對人體健康有較大威脅，國家有關(guān)部門 規(guī)定禁止使用107膠。在此情況下，干粉砂漿膠粘劑開始被應(yīng)用在各種工程中，其主要由無 機膠凝材料、砂子、礦物集料、保水劑、可分散性乳膠粉等組成。干粉砂漿粘接劑中加入的有 機物使粘接劑具有較大柔性，能夠補償水泥凝結(jié)后在各種環(huán)境中產(chǎn)生的變形，其粘接強度 也較水泥凈漿和水泥砂漿高，因此，現(xiàn)在此類粘接劑被廣泛使用在各種工程中。生產(chǎn)水泥基膠粘劑所需的原料有粘接材料、集料和化學(xué)添加劑。集料大多采用石 英砂，石英砂一般經(jīng)過沖洗、干燥、篩分等預(yù)處理，以保證力度和質(zhì)量符合配方要求。粘接材 料分為無機粘接材料和有機粘接材料，無機粘接材料主要使用普通硅酸鹽水泥，對于有快 硬和其他特殊要求的粘結(jié)劑，可采用快硬性的高鋁水泥或特種水泥。有機粘接劑的加入可 以改善水泥及砂漿的特性。眾所周知，水泥砂漿是一種非常堅硬、脆性打、柔性差的脆性材 料，而建筑施工中通常需要的粘接劑要有柔性，變形性要好。通過有機粘接劑的加入可以改 善水泥砂漿的性能，常用的材料有聚乙烯醇、可再分散乳膠粉等。當(dāng)有機粘接劑與水泥混 合后，水分蒸發(fā)時，聚合物粒子通過聚結(jié)，形成一層聚合物薄膜，從而起到膠粘劑的作用，聚 合物薄膜作為有機粘接劑，將各種填料的例子膠結(jié)在一起，增強了砂漿材料的粘接強度，提 高了內(nèi)聚力，降低了彈性模量，增強了材料的彈性和抗彎強度，提高了材料的耐沖擊性和耐 候性，降低了材料的吸水性，提高了材料使用過程的保水性，并在砂漿與基層的界面處產(chǎn)生 了很強的黏附力?；瘜W(xué)添加劑的加入可以改善砂漿的施工應(yīng)用性能，常用的添加劑有保水 增稠齊IJ、表面活性劑、消泡劑、防凍齊 、觸變劑、調(diào)凝劑等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種在保證產(chǎn)品性 能的同時，能夠減輕了飛灰、脫硫石膏等由于未被利用對環(huán)境造成的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)以及處理費 用，利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型 水泥基膠粘劑的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)硫鋁酸鹽水泥的煅燒將硫鋁酸鹽生料在電爐中以20 30°C /min的升溫速度至1200 1250°C，然后保 溫1 2h制成硫鋁酸鹽熟料，將硫鋁酸鹽熟料90wt% _95wt%與無水石膏5wt% -IOwt % 混合得到硫鋁酸鹽水泥；(2)快硬型水泥基膠粘劑的制備將硫鋁酸鹽水泥40wt% -50wt%、石英砂 40wt% _50wt%、粉煤灰 5wt% -IOwt %, 羥丙基甲基纖維素醚0. 2wt% -0. 3wt%，可再分散膠粉Iwt % -2wt%，纖維0. Iwt % 0. 2襯％進(jìn)行拌合即得快硬型水泥基膠粘劑。
所述的硫鋁酸鹽生料的配方如下垃圾焚燒飛灰IOwt % -ISwt %、脫硫石膏 15wt% -25wt%、石灰石 30wt% -40wt%、鋁礬土 25wt% -32wt%。所述的硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量符合《硫鋁酸鹽水泥》(GB 20472-2006)中有關(guān)規(guī)定 即熟料中Al2O3彡30. 0% ；SiO2彡10. 5%，硫鋁酸鹽水泥熟料3d的抗壓強度彡55MPa。所述的硫鋁酸鹽熟料的主要礦物組成如下C4J3云55wt % -75wt % ； C2S15wt% -30wt% ； C4AF3wt% _6wt%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明綜合利用了垃圾焚燒飛灰、脫硫石膏和粉煤灰等固體廢 棄物，部分替代石灰石、鋁礬土等不可再生礦產(chǎn)資源，在保證產(chǎn)品性能的同時，能夠減輕了 飛灰、脫硫石膏等由于未被利用對環(huán)境造成的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)以及處理費用，具有很好的經(jīng)濟和 社會效益。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例1-3主要原材料有脫硫石膏、垃圾焚燒飛灰、石灰石、礬土。原料的主要化學(xué)成分如表 1所示。表1原材料的化學(xué)成分/Vt% 根據(jù)設(shè)計的礦物熟料組成進(jìn)行配料計算得垃圾灰15% ；石灰石36% ；脫硫石 膏19% ；礬土 30%。將上述比例的原料以30°C /min的升溫速度在1200°C的電爐中煅燒 1小時后取出急冷。硫鋁酸鹽熟料的化學(xué)成分如表2所示。表2硫鋁酸鹽熟料的主要化學(xué)成分1% 將上述煅燒熟料摻加5%無水石膏制成硫鋁酸鹽水泥，其物理性能如表3所示。表3硫鋁酸鹽水泥主要物理性能
5 將上述硫鋁酸鹽水泥與石英砂、羥丙基甲基纖維素醚和可再分散膠粉拌合混勻， 即可制得一種快硬型水泥基膠粘劑，選取配制膠粘劑的三個配方(質(zhì)量比)①硫鋁酸鹽水泥50% ；粉煤灰5% ；石英砂(0. 1 0. 5mm) 42. 6% ；羥丙基甲基 纖維素醚0. 3% ；可再分散膠粉2% ；纖維(0. 2 0. 4mm) :0. 1%。②硫鋁酸鹽水泥45% ；粉煤灰8% ；石英砂(0. 1 0. 5mm) 45. 1% ；羥丙基甲基 纖維素醚0. 25% ；可再分散膠粉1. 5% ；纖維(0. 2 0. 4mm) 0. 15%。③硫鋁酸鹽水泥40% ；粉煤灰10% ；石英砂(0. 1 0. 5mm) 48. 6% ；羥丙基甲 基纖維素醚0. 2% ；可再分散膠粉；纖維(0. 2 0. 4mm) :0. 2%。將上述膠粘劑，參照J(rèn)C/T 547-2005《陶瓷墻地磚膠粘劑》方法進(jìn)行檢測，結(jié)果如 表4所示。表4快硬型水泥基膠粘劑試驗結(jié)果 實施例4—種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法，該方法包括以下步驟(1)硫鋁酸鹽水泥的煅燒將硫鋁酸鹽生料垃圾焚燒飛灰18wt%、脫硫石膏、石灰石35wt%、鋁礬 土 32wt%，在電爐中以20°C /min的升溫速度至1200°C，然后保溫Ih制成硫鋁酸鹽熟料，將 硫鋁酸鹽熟料90%與無水石膏IOwt %混合得到硫鋁酸鹽水泥；硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量符合《硫鋁酸鹽水泥》(GB 20472-2006)中有關(guān)規(guī)定即熟料 中Al2O3 ^ 30.0% ；SiO2彡10. 5%，硫鋁酸鹽水泥熟料3d的抗壓強度彡55MPa。硫鋁酸鹽熟料的主要礦物組成如下C4X3云75wt%% ；C2S15wt% ;C4AF3wt%。(2)快硬型水泥基膠粘劑的制備將硫鋁酸鹽水泥49. 6wt %、石英砂40wt % %、粉煤灰8wt %，羥丙基甲基纖維素醚 0. 25wt%，可再分散膠粉2wt%，纖維0. 15襯％進(jìn)行拌合即得快硬型水泥基膠粘劑。實施例5一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法，該方法包括以下步驟(1)硫鋁酸鹽水泥的煅燒將硫鋁酸鹽生料垃圾焚燒飛灰IOwt %%、脫硫石膏25wt%、石灰石40wt%、鋁礬 土 25wt % %，在電爐中以30°C /min的升溫速度至1250°C，然后保溫2h制成硫鋁酸鹽熟料， 將硫鋁酸鹽熟料95%與無水石膏5襯％混合得到硫鋁酸鹽水泥；硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量符合《硫鋁酸鹽水泥》(GB 20472-2006)中有關(guān)規(guī)定即熟料 中Al2O3 ^ 30.0% ；SiO2彡10. 5%，硫鋁酸鹽水泥熟料3d的抗壓強度彡55MPa。硫鋁酸鹽
熟料的主要礦物組成如下-.C4A3S 55wt% ;C2S30wt% ;C4AF6wt%。(2)快硬型水泥基膠粘劑的制備將硫鋁酸鹽水泥40wt %、石英砂50wt %、粉煤灰8. 6wt %，羥丙基甲基纖維素醚 0. 3wt%，可再分散膠粉，纖維0. 1襯％%進(jìn)行拌合即得快硬型水泥基膠粘劑。
權(quán)利要求
一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)硫鋁酸鹽水泥的煅燒將硫鋁酸鹽生料在電爐中以20～30℃/min的升溫速度至1200～1250℃，然后保溫1～2h制成硫鋁酸鹽熟料，將硫鋁酸鹽熟料90wt％ 95wt％與無水石膏5wt％ 10wt％混合得到硫鋁酸鹽水泥；(2)快硬型水泥基膠粘劑的制備將硫鋁酸鹽水泥40wt％ 50wt％、石英砂40wt％ 50wt％、粉煤灰5wt％ 10wt％，羥丙基甲基纖維素醚0.2wt％ 0.3wt％，可再分散膠粉1wt％ 2wt％，纖維0.1wt％～0.2wt％進(jìn)行拌合即得快硬型水泥基膠粘劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法， 其特征在于，所述的硫鋁酸鹽生料的配方如下垃圾焚燒飛灰10wt% -18wt%、脫硫石膏 15wt% -25wt%、石灰石 30wt% -40wt%、鋁礬土 25wt% -32wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法，其 特征在于，所述的硫鋁酸鹽熟料的質(zhì)量符合《硫鋁酸鹽水泥》(GB20472-2006)標(biāo)準(zhǔn)，即熟料 中Al2O3彡30. 0% ；SiO2彡10. 5%，硫鋁酸鹽水泥熟料3d的抗壓強度彡55MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用垃圾焚燒飛灰制備快硬型水泥基膠粘劑的方法，該方法包括以下步驟(1)硫鋁酸鹽水泥的煅燒將硫鋁酸鹽生料在電爐中以20～30℃/min的升溫速度至1200～1250℃，然后保溫1～2h制成硫鋁酸鹽熟料，將硫鋁酸鹽熟料與無水石膏混合得到硫鋁酸鹽水泥；(2)快硬型水泥基膠粘劑的制備將硫鋁酸鹽水泥、石英砂、粉煤灰，羥丙基甲基纖維素醚，可再分散膠粉，纖維進(jìn)行拌合即得快硬型水泥基膠粘劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在保證產(chǎn)品性能的同時，能夠減輕了飛灰、脫硫石膏等由于未被利用對環(huán)境造成的嚴(yán)重負(fù)擔(dān)以及處理費用。
文檔編號C09J1/00GK101921548SQ20091005285
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者原峰, 吳凱, 施惠生, 鄧愷 申請人:同濟大學(xué)