1.本發(fā)明涉及固廢資源綜合利用領(lǐng)域，具體涉及一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

2.生活垃圾焚燒產(chǎn)生大量的焚燒殘余固體廢棄物，包括垃圾焚燒爐底渣和垃圾焚燒飛灰。垃圾焚燒爐底渣是一種由硅酸鹽、金屬、氧化聚合物、未燃有機物和其他不可燃物質(zhì)組成的非均質(zhì)混合物，其產(chǎn)生量約占焚燒后廢物殘渣總量的80-90％。垃圾焚燒爐底渣屬于一般固體廢棄物，但其內(nèi)部也含有cr、pb、zn、cu等有害重金屬。垃圾焚燒飛灰主要產(chǎn)生于焚燒爐的煙氣凈化過程，集中在煙氣管道、除塵裝置和凈化裝置，產(chǎn)生量約占原生垃圾總量的2-5％。垃圾焚燒飛灰中成分十分復(fù)雜，包括重金屬鹽、硫化物、硝酸鹽/亞硝酸鹽、活性炭和二噁英等，其中對環(huán)境危害較嚴重的當屬重金屬和二噁英。垃圾焚燒飛灰中的重金屬種類主要包括cd、cr、cu、ni、pb和hg等。根據(jù)《國家危險廢物名錄(2021年版)》，垃圾焚燒飛灰仍然屬于hw18類危險廢棄物。2020年我國垃圾焚燒飛灰產(chǎn)量超1000萬噸，填埋法處置和水泥固化處置存在環(huán)境污染風(fēng)險，熔融固化法逐漸被重視。2021年出臺了gb/t 41015-2021《固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物技術(shù)要求》，垃圾焚燒飛灰等離子熔融玻璃體達到固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物的技術(shù)要求可作為建材使用，為垃圾焚燒飛灰高溫熔融技術(shù)的產(chǎn)物找到新出路。

3.隨著科技的發(fā)展,新型建筑材料也在發(fā)展變化，泡沫材料具有輕質(zhì)、高強度、保溫、節(jié)能、裝飾等優(yōu)良特性，也存在一些不足，如強度低、基體結(jié)合不夠堅固、成本高等特點，碳化泡沫地質(zhì)聚合物結(jié)合了泡沫材料和碳化材料的特點，具有低密度、高比表面積、高比強度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，能廣泛應(yīng)用于過濾、吸附、隔熱保溫領(lǐng)域中。碳化技術(shù)不僅增強材料力學(xué)性能，對co2的捕集及利用也具有重大意義。利用垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物是一種資源化、高值化、低碳環(huán)保的有效手段，同時顯著降低了泡沫材料成本。

4.中國專利cn113307554a公開了一種垃圾焚燒灰渣制備泡沫地質(zhì)聚合物的方法。將垃圾焚燒爐底渣、飛灰球磨后與堿性激發(fā)劑混合、攪拌、澆筑、養(yǎng)護、脫模后獲得多孔地質(zhì)聚合物。該發(fā)明將垃圾焚燒飛灰和垃圾焚燒爐底渣通過球磨預(yù)處理后直接與激發(fā)劑混合反應(yīng)得到地質(zhì)聚合物，未將垃圾焚燒飛灰預(yù)處理，飛灰中的二噁英、重金屬和氯鹽對環(huán)境和產(chǎn)品質(zhì)量存在潛在風(fēng)險，且利用垃圾焚燒爐底渣中的鋁作為發(fā)泡劑進行發(fā)泡，發(fā)泡過程不易控制，氣泡捕集困難，導(dǎo)致發(fā)泡不均勻，存在可操作性差的問題。

5.垃圾焚燒飛灰和垃圾焚燒爐底渣無害化處置存在著效率低、成本高、能耗高、工藝流程長、可操作性差等問題。因此，急需研發(fā)一種綠色環(huán)保、可操作性強、高附加值的無害化、高值化處理方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

6.針對現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法及其應(yīng)用，不僅解決了垃圾焚燒爐底渣和垃圾焚燒飛灰存在的處置效率低、成本高、能耗高、工藝流程長、可操作性差等問題，實現(xiàn)了“以廢治廢、變廢為寶”，同時捕集與利用co2，具有資源化和節(jié)能減排多重意義，用于制備泡沫材料，具有工藝簡單，成本低廉，可操作性強，附加值高的優(yōu)點。

7.為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

8.一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法，將垃圾焚燒飛灰復(fù)配熔融助劑，經(jīng)高溫熔融后得到玻璃熔渣；再將得到的玻璃熔渣復(fù)配垃圾焚燒爐底渣經(jīng)預(yù)處理后與發(fā)泡劑、堿激發(fā)劑和穩(wěn)泡劑混合，在堿性激發(fā)劑和發(fā)泡劑作用下發(fā)生活化反應(yīng)和起泡反應(yīng)，最后經(jīng)成型、養(yǎng)護、脫模、碳化得到碳化泡沫地質(zhì)聚合物；其中，熔融過程中產(chǎn)生的煙氣通過煙氣急冷裝置速降至200℃以下，避免殘余氯化物再次合成二噁英。

9.上述垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法，包括以下步驟：

10.步驟1，將30～80wt.％垃圾焚燒飛灰、20～70wt.％熔融助劑進行復(fù)配混合，總量為100wt.％；

11.步驟2，將混合均勻的垃圾焚燒飛灰和熔融助劑進行高溫熔融，通過空氣急冷得到玻璃熔渣；其中，熔融過程中產(chǎn)生的煙氣通過煙氣急冷裝置速降至200℃以下，避免殘余氯化物再次合成二噁英；

12.步驟3，將20～80wt.％玻璃熔渣和20～80wt.％垃圾焚燒爐底渣混合得到復(fù)配物料，總量為100wt.％；

13.步驟4，將復(fù)配物料經(jīng)預(yù)處理后得到混合料，其中預(yù)處理包括干磨、篩分；

14.步驟5，將混合料與發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑和堿激發(fā)劑混合；

15.步驟6，將混合漿料注入到模具進行活化反應(yīng)和起泡反應(yīng)，反應(yīng)10～60min后密封得到成型的胚體，于溫度為20～100℃，相對濕度為60～98％rh的養(yǎng)護箱中養(yǎng)護0.5～48h；

16.步驟7，將養(yǎng)護后得到的成型坯體脫模后于碳化溫度為20～100℃，co2為濃度20％～80％，的碳化箱中碳化0.5～3h得到碳化泡沫地質(zhì)聚合物。

17.作為改進的是，步驟1中所述的熔融助劑為廢玻璃、石英砂、硼砂、或垃圾焚燒底灰中的一種或多種混合。

18.作為改進的是，步驟2中所述高溫熔融的溫度為1100～1800℃，保溫時間為5～120min。

19.作為改進的是，步驟4中所述的干磨、篩分得混合料，具體步驟如下：(1)干磨：采用干磨15～120min，球料比1:1～3:1；(2)篩分：干磨后的玻璃熔渣經(jīng)孔徑≤2mm篩子進行篩分去除粗料，得到混合料。

20.作為改進的是，步驟5中添加的堿性激發(fā)劑為氫氧化鈉和水玻璃的混合物，氫氧化鈉與水玻璃重量比為1:3～6:1，堿性激發(fā)劑加入量為混合料的10～20wt.％；發(fā)泡劑為過氧化氫，其加入量為混合料的1～10wt.％；穩(wěn)泡劑為十二烷基苯磺酸鈉和三乙醇胺混合物，十二烷基苯磺酸鈉與三乙醇胺重量比為1:1，穩(wěn)泡劑加入量為混合料的1～8wt.％。

21.上述任一種方法制備得到的碳化泡沫地質(zhì)聚合物。

22.上述方法制備的得到的碳化泡沫地質(zhì)聚合物在制備泡沫保溫材料或泡沫耐火材料上的應(yīng)用。

23.發(fā)明原理：

24.本發(fā)明將垃圾焚燒飛灰和熔融助劑高溫熔融得到的玻璃渣與垃圾焚燒爐底渣進行復(fù)配，飛灰經(jīng)高溫熔融后，二噁英徹底分解，且大部分的重金屬和氯鹽揮發(fā)，殘余的重金屬和氯鹽被固化在玻璃體中，顯著降低了垃圾焚燒飛灰的毒性。利用堿激發(fā)劑活化玻璃熔體和垃圾焚燒爐底渣，物料中sio2和al2o3與在堿激發(fā)劑發(fā)生活化反應(yīng)，形成al-o([alo4]

5-)四面體和si-o四面體([sio4]

4-)的無定形到半結(jié)晶態(tài)的硅鋁酸鹽聚合物，h2o2在堿激發(fā)劑的作用下玻璃熔渣的發(fā)泡過程大致可以分為氣泡核形成、氣泡長大、氣泡穩(wěn)定和固化3個階段，h2o2在堿激發(fā)劑的作用下分解為水和氧氣，泡效果明顯，發(fā)泡時間短，常溫發(fā)泡成型，可操作性強易于控制。物料中mgo和f-cao等嚴重影響產(chǎn)品的安定性，經(jīng)碳化后mgo和f-cao等與co2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，消除了制備的產(chǎn)品后期安定性的潛在風(fēng)險。

[0025]

有益效果：

[0026]

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法及其應(yīng)用，工藝簡單、成本低、無污染，可操作性強，易于工業(yè)化，具有如下優(yōu)勢：

[0027]

(1)堿激發(fā)技術(shù)因高堿用量而可能導(dǎo)致的材料耐久性問題和環(huán)境風(fēng)險，碳化技術(shù)因原材料膠凝性不足及碳化效率低而需額外添加水泥、石灰等膠凝組分，本發(fā)明利用堿激發(fā)與碳化協(xié)同作用制備材料，可彌補堿激發(fā)與碳化單獨使用時的不足；

[0028]

(2)堿激發(fā)效應(yīng)促進垃圾焚燒爐底渣和垃圾焚燒飛灰熔融玻璃熔渣活性激發(fā)，并額外提供可發(fā)生碳化的反應(yīng)物，進而提升碳化效率、優(yōu)化碳化制品性能；碳化提升基體密實程度，改善制品性能；利用堿激發(fā)與碳化協(xié)同作用制備墻材材料，不僅實現(xiàn)了圾焚燒爐底渣和垃圾焚燒飛灰熔融玻璃熔渣資源化利用，也實現(xiàn)了co2捕集與利用，具有資源化和節(jié)能減排多重意義；

[0029]

(3)本發(fā)明利用固廢中足夠的sio2和al2o3，無需復(fù)配其他固廢，降低了成分調(diào)配工藝難度，sio2和al2o3與堿激發(fā)劑發(fā)生活化反應(yīng)，形成al-o([alo4]

5-)四面體和si-o四面體([sio4]

4-)的無定形到半結(jié)晶態(tài)的硅鋁酸鹽聚合物；h2o2在堿激發(fā)劑的作用下玻璃熔渣的發(fā)泡過程大致可以分為氣泡核形成、氣泡長大、氣泡穩(wěn)定和固化3個階段，h2o2在堿激發(fā)劑的作用下分解為水和氧氣，泡效果明顯，發(fā)泡時間短，常溫發(fā)泡成型，可操作性強；

[0030]

(4)游離的mgo和cao等嚴重影響產(chǎn)品的安定性，經(jīng)碳化后mgo和cao等與co2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸礦物相，不僅消除了產(chǎn)品后期安定性的潛在風(fēng)險，也捕集與利用了co2；

[0031]

(5)垃圾焚燒飛灰中的二噁英經(jīng)等離子高溫熔融后分解成小分子氯化物，通過煙氣急冷裝置迅速降至200℃以下，避免二噁英重新合成；

[0032]

(6)本發(fā)明制備的碳化泡沫地質(zhì)聚合物，導(dǎo)熱系數(shù)(25℃)為0.20-0.45w/(m

·

k)；密度為410-700kg/m3；平均強度為7.5-15.0mpa，防火等級為a級，具有隔熱、防火、吸聲、防潮、輕質(zhì)、高強等優(yōu)越的性能，是一種新型環(huán)保材料。

附圖說明

[0033]

圖1為本發(fā)明實施例中一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)

聚合物方法工藝流程示意圖。

具體實施方式

[0034]

下面的實施例可使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。

[0035]

碳化：碳化是指co2溶解于孔溶液中而形成的碳酸氫根離子與氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物間的化學(xué)反應(yīng)，最終產(chǎn)物主要為各種晶型的碳酸鈣晶體，碳化是一種有效的永久固碳方法。

[0036]

實施例1

[0037]

將30wt.％垃圾焚燒飛灰和70wt.％廢玻璃混合后于1100℃的高溫爐中熔融120min后，通過空氣急冷得到玻璃熔渣，熔融過程中產(chǎn)生的煙氣通過煙氣急冷裝置速降至200℃以下。將20wt.％玻璃熔渣與80wt.％垃圾焚燒爐底渣混合后用球磨機干磨15min，球料比2:1，干磨后的玻璃熔渣經(jīng)孔徑2mm篩子進行篩分去除粗料，得到混合料。外加1wt.％h2o2，10wt.％堿性激發(fā)劑和1wt.％穩(wěn)泡劑，堿性激發(fā)劑為氫氧化鈉與水玻璃比為1:2的混合物，穩(wěn)泡劑為十二烷基苯磺酸鈉與三乙醇胺為1:1的混合物。上述物料混合均勻得到漿料，注入到模具進行活化反應(yīng)和起泡反應(yīng)10min后，密封于溫度20℃、相對濕度為98％rh的養(yǎng)護箱中養(yǎng)護24h，脫模后得到的胚體于溫度為60℃，co2濃度為20％的碳化箱中碳化3h得到碳化泡沫地質(zhì)聚合物。

[0038]

按照按《復(fù)合保溫磚和復(fù)合保溫砌塊》(gbt 29060-2012)對實施例制備的碳化泡沫地質(zhì)聚合物進行性能測試，測試數(shù)據(jù)如下：導(dǎo)熱系數(shù)(25℃)為0.20w/(m

·

k)；密度為410kg/m3；平均強度為14mpa，防火等級為a級。

[0039]

按照實施例1的制備方法，進行不同參數(shù)下碳化泡沫地質(zhì)聚合物的制備，具體制備參數(shù)如下表1所示。

[0040]

表1本發(fā)明制備方法的不同參數(shù)組合

[0041][0042]

注：為了表述清晰，特將實施例1的參數(shù)填入表格。

[0043]

對表1中不同參數(shù)下制備的碳化泡沫地質(zhì)聚合物進行性能測試，測試方法參照實

施例1的進行，所得性能數(shù)據(jù)如表2所示。

[0044]

表2不同參數(shù)下制備的碳化泡沫地質(zhì)聚合物的性能表

[0045]

實施例導(dǎo)熱系數(shù)(25℃)w/(m

·

k)密度，kg/m3平均抗壓強度，mpa防火等級10.241014a級20.3850012a級30.443010a級40.424458a級50.444607.5a級60.284758.3a級70.34909.1a級80.345059.9a級90.3652010.7a級100.3853515a級110.455012.3a級120.4256513.1a級130.4558013.9a級140.2859514.7a級150.36109.9a級160.3262510.7a級170.3464011.5a級180.3665512.3a級190.386708a級200.46857.5a級210.427008.3a級220.444909.1a級230.285059.9a級240.352010.7a級250.453511.5a級260.4255012.3a級270.4456513.1a級280.2858013.9a級

[0046]

綜上所述，本發(fā)明實現(xiàn)了“以廢治廢、變廢為寶”，同時捕集與利用co2，使co2永久封存，具有資源化和節(jié)能減排多重意義，用于制備泡沫材料，具有工藝簡單，成本低廉，可操作性強，附加值高的優(yōu)點，解決了垃圾焚燒爐底渣和垃圾焚燒飛灰資源化綠色協(xié)同處置問題。技術(shù)特征：

1.一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法，其特征在于，將垃圾焚燒飛灰復(fù)配熔融助劑，經(jīng)高溫熔融后得到玻璃熔渣；再將得到的玻璃熔渣復(fù)配垃圾焚燒爐底渣經(jīng)預(yù)處理后與發(fā)泡劑、堿激發(fā)劑和穩(wěn)泡劑混合，在堿性激發(fā)劑和發(fā)泡劑作用下發(fā)生活化反應(yīng)和起泡反應(yīng)，最后經(jīng)成型、養(yǎng)護、脫模、碳化得到碳化泡沫地質(zhì)聚合物；其中，熔融過程中產(chǎn)生的煙氣通過煙氣急冷裝置速降至200℃以下，避免殘余氯化物再次合成二噁英。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，將30~80wt.%垃圾焚燒飛灰和20~70wt.%熔融助劑混合，總量為100wt.%；步驟2，將混合均勻的垃圾焚燒飛灰和熔融助劑進行高溫熔融，通過空氣急冷得到玻璃熔渣；其中，熔融過程中產(chǎn)生的煙氣通過煙氣急冷裝置速降至200℃以下，避免殘余氯化物再次合成二噁英；步驟3，將20~80wt.%玻璃熔渣和20~80wt.%垃圾焚燒爐底渣混合得到復(fù)配物料，總量為100wt.%；步驟4，將復(fù)配物料經(jīng)預(yù)處理后得到混合料，其中預(yù)處理包括干磨、篩分；步驟5，將混合料與發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑和堿激發(fā)劑混合得到混合漿料；步驟6，將混合漿料注入到模具進行活化反應(yīng)和起泡反應(yīng)，反應(yīng)10~60min后密封得到成型的胚體，于溫度為20~100℃，相對濕度為60~98%rh的養(yǎng)護箱中養(yǎng)護0.5~48h；步驟7，將養(yǎng)護后的成型坯體脫模后于碳化溫度為20~100℃，co2濃度為20%~80%的碳化箱中碳化0.5~3h得到碳化泡沫地質(zhì)聚合物。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法，其特征在于，步驟1中所述的熔融助劑為廢玻璃、石英砂、硼砂、或垃圾焚燒底灰中的一種或多種混合。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法，其特征在于，步驟2中所述高溫熔融的溫度為1100~1800℃，保溫時間為5~120min。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法，其特征在于，步驟4中所述的干磨、篩分得混合料，具體步驟如下：（1）干磨：采用干磨15~120min，球料比1:1~3:1；（2）篩分：干磨后的玻璃熔渣經(jīng)孔徑≤2mm篩子進行篩分去除粗料，得到混合料。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法，其特征在于，步驟5中添加的堿性激發(fā)劑為氫氧化鈉和水玻璃的混合物，氫氧化鈉與水玻璃重量比為1:3~6:1，堿性激發(fā)劑加入量為混合料的10~20wt.%；發(fā)泡劑為過氧化氫，其加入量為混合料的1~10wt.%；穩(wěn)泡劑為十二烷基苯磺酸鈉和三乙醇胺混合物，十二烷基苯磺酸鈉與三乙醇胺重量比為1:1，穩(wěn)泡劑加入量為混合料的1~8wt.%。7.基于權(quán)利要求1-6中任一種方法制備得到的碳化泡沫地質(zhì)聚合物。8.基于權(quán)利要求1或7所述的得到的碳化泡沫地質(zhì)聚合物在制備泡沫保溫材料或泡沫耐火材料上的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明屬于固廢資源綜合利用領(lǐng)域，公開了一種垃圾焚燒爐底渣協(xié)同垃圾焚燒飛灰制備碳化泡沫地質(zhì)聚合物方法及其應(yīng)用。該方法將垃圾焚燒飛灰復(fù)配熔融助劑，經(jīng)高溫熔融后得到玻璃熔渣，得到的玻璃熔渣復(fù)配垃圾焚燒爐底渣經(jīng)預(yù)處理后與發(fā)泡劑、堿激發(fā)劑和穩(wěn)泡劑混合，在堿性激發(fā)劑和發(fā)泡劑作用下發(fā)生活化反應(yīng)和起泡反應(yīng)，經(jīng)成型、養(yǎng)護、脫模、碳化得到碳化泡沫地質(zhì)聚合物。本發(fā)明實現(xiàn)了“以廢治廢、變廢為寶”，同時捕集與利用CO2，使CO2永久封存，具有資源化和節(jié)能減排多重意義，用于制備泡沫材料，具有工藝簡單，成本低廉，可操作性強，附加值高的優(yōu)點，解決了垃圾焚燒爐底渣和垃圾焚燒飛灰資源化綠色協(xié)同處置問題。源化綠色協(xié)同處置問題。源化綠色協(xié)同處置問題。

技術(shù)研發(fā)人員：趙世珍 胡明 宮臣 郭斌 肖誠斌 趙彬

受保護的技術(shù)使用者：光大環(huán)保技術(shù)研究院（南京）有限公司 光大環(huán)保技術(shù)研究院（深圳）有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.06.29

技術(shù)公布日：2022/9/27