申请日2016.10.13
公开(公告)日2017.03.15
IPC分类号C04B7/26
摘要
本发明涉及一种污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料及其制备方法，该方法是将污泥焚烧飞灰和偏高岭土以1:1的质量比混合，加入占污泥焚烧飞灰与偏高岭土总质量2‑10%的NaOH、8%的液体水玻璃作为碱激发剂，再加35‑50%的水，在水泥胶砂搅拌机中充分搅拌混合均匀后，注入d=20.20mm的圆柱形模具中，加11‑14Mpa压力5min后脱模，室温下养护3‑28d，制得污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物的28d抗压强度的范围为15.96‑79.60MPa;本发明将危险废物——污泥焚烧飞灰资源利用，为污泥焚烧飞灰的处理处置提供了新的途径，避免其对环境带来的二次污染，实现了污泥焚烧飞灰的资源化利用。同时本发明在碱激发剂用量较少的情况下，制得高抗压强度的地质聚合物，节约了碱以及水玻璃的用量，适合规模化生产。
权利要求书
1.一种污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料，其特征在于包括污泥焚烧飞灰、偏高岭土、碱激发剂以及水，所述碱激发剂由NaOH溶液和工业液体水玻璃混合制成。
2.如权利要求1所述一种污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料，其特征在于所述的污泥焚烧飞灰的主要化学质量百分数组成为：SiO2:40.90%，Al2O3:21.80%,Fe2O3:10.38%,CaO:6.67%，P2O5:6.58%，其他成分：13.67%;所述的偏高岭土的主要化学质量百分数组成为：SiO2:52.5%,Al2O3:42.5%，CaO:0.1%,Fe2O3:：0.3%，其他成分：4.6%。
3.如权利要求1所述的一种污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料，其特征在于所述碱激发剂中NaOH为分析纯，工业液体水玻璃的模数为3.3。
4.一种污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将污泥焚烧飞灰和偏高岭土以1:1的质量比充分混合并搅拌均匀，得到混合物备用;
(2)取占步骤(1)混合物质量百分比为2-10%的NaOH和占步骤(1)混合物质量百分比为8%的工业液体水玻璃充分混合均匀，制成碱激发剂备用;
(3)将步骤(1)中的混合物与步骤(2)中的碱激发剂加入到水泥胶砂搅拌机中，并加入占步骤(1)中混合物质量的百分比为35-50%的水，自动挡搅拌5分钟，使其混合均匀，制成浆体;
(4)将步骤(3)中的浆体注入圆柱形模具中，施加11-14MPa压力压实，成型脱模，室温下放置室内养护3-28天，制成污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料;
(5)采用万能机对步骤(4)中的污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料进行抗压强度测试。
5.如权利要求4所述的一种污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述圆柱形模具是加压所用设备—制片机的配套模具，其直径为20.20mm。
6.如权利要求1-3所述污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料用于优质路基材料等建筑材料。
7.如权利要求1-3所述污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料应用于对抗压强度要求高的土木建筑工程、市政工程中。
说明书
一种污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料及其制备方法
技术领域
技术领域:本发明涉及无机非金属凝胶材料以及污泥处理处置技术领域，具体涉及一种利用污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物的制备方法。
背景技术
由于城镇化和经济发展需求，近年来我国污水排放量和处理量呈上升趋势。截至2015年底，全国城市污水处理厂处理能力1.4亿立方米/日，全年累计处理污水量达410.3亿立方米。同时，污泥产量随之不断增加，2015年我国城镇污泥年产量达到3500万吨，同比增长16%，污泥中含有大量细菌、真菌、寄生虫以及重金属等有害物质，未经妥善处理的污泥会造成严重的污染，污泥焚烧处理是污泥减量化的有效处理方式;污泥焚烧产生的大量焚烧飞灰成为新的问题，资源化利用是解决该问题的有效途径，如制备水处理药剂，以及制砖、制水泥等建筑材料。
地质聚合物在建筑材料中具有优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温、快凝以及低污染等众多优异性能，且制备地质聚合物无需煅烧，耗能少。目前利用工业废弃物制备地质聚合物成为新的研究方向，例如：专利201310197482.X中描述了一种低铅玻璃基地质聚合物的制备方法，是将低铅玻璃打碎研磨至直径为150-300目的粉末，将其与水泥、生石灰和石膏混合均匀后加入碱激发剂、硫化钠和水，搅拌成浆体后注模，40-100℃养护5-10h后脱模，再至于养护箱养护24h制得地质聚合物，其28d抗压强度可达到15-30MPa;专利201310411112.1利用钢渣水洗球磨泥、混凝土缓凝剂以及矿化剂生产地质聚合物。该方法中矿化剂需要在850-1100℃下煅烧25-95min，钢渣需水洗后固液分离，且需要干燥和粉磨等加工;专利201410023136.4描述了一种超细再生粉体复合地质聚合物凝胶材料的制备方法，该方法是由超细废旧砖再生粉体、超细矿渣粉、脱硫石膏、偏硅酸钠和氢氧化钠制成，其中超细废旧砖再生粉体需选择比表面积不低于1000m2/kg，28d活性指数不低于110%的超细矿渣粉;专利201310043067.9公开了一种绿辉石地质聚合物的制备方法，是将绿辉石中加入减水剂、水玻璃后混匀造粒，注模、加30-90MPa压力成型，脱模后在25-90℃、湿度为60-90%的条件下养护制得。其中绿辉石需研磨成三种级别的颗粒。上述相关文献中、大部分都需要研磨、高温养护，部分涉及到高温煅烧以及加90MPa高强度压力等制备条件，也有部分对原料有较高要求，工艺复杂、能耗大，不能给废弃物的资源化利用带来便利。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足以及污泥焚烧飞灰的资源化利用，提供一种污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料及其制备方法，为污泥焚烧飞灰的资源化处理提供一个新的途径。
该方法包括以下步骤：
步骤1：将污泥焚烧飞灰和偏高岭土以1:1的质量比充分混合并搅拌均匀，得到的混合物备用;
步骤2：取占步骤1中混合物质量百分比为2-10%的NaOH和与占步骤1中混合物质量百分比为8%，工业液体水玻璃的模数为3.3水玻璃充分混合均匀，制成碱激发剂备用。
步骤3：将步骤1中的原料与步骤2中的碱激发剂加入到水泥胶砂搅拌机中，并加入与原料质量百分比为35-50%的水，搅拌5分钟，使其混合均匀，制成浆体。
步骤4：将步骤3中的浆体注入圆柱形模具中，加11-14MPa压力压实，成型脱模，室温放置室内下养护3-28天，制成污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物材料。
步骤5：采用万能机对步骤4中的地质聚合物进行抗压强度测试;步骤2中的碱激发剂加入量少，仅占污泥焚烧飞灰与偏高岭土总质量的10-18%，且同样可得到高抗压强度的地质聚合物，节约了碱激发剂用量，大大节约了生产成本。
污泥焚烧飞灰的主要化学质量百分数组成为：SiO2:40.90%，Al2O3:21.80%,Fe2O3:10.38%,CaO:6.67%，P2O5:6.58%。所述的偏高岭土的主要化学质量百分数组成为SiO2:52.5%,Al2O3:42.5%,CaO:0.1%,Fe2O3:0.3%.。
圆柱形模具的直径为d=20.20mm;
本发明制得污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物的抗压强度的范围为15.96-79.60MPa，远高于普通硅酸盐水泥;本发明以污泥焚烧飞灰和偏高岭土为原料，以少量NaOH—水玻璃混合溶液为碱激发剂，制备出污泥焚烧飞灰基低碱度地质聚合物。本发明解决了现有技术的问题，无需煅烧和研磨，室温下养护，养护条件宽松，耗能低，工艺简单易操作，适合规模化生产，在能保证可制备高抗压强度地质聚合物的前提下节约了碱用量，降低了成本。同时，本发明为污泥焚烧飞灰的资源化处理提供了新的途径，将污泥焚烧飞灰资源化利用，既实现了变废为宝，又节约了矿产资源，进一步降低了生产成本，顺应节能减排的方向。