權(quán)利要求

1.利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1)將高爐渣進行干燥破碎處理，預處理后得到預處理高爐渣； (2)將步驟(1)制備得到的預處理高爐渣與脫氯飛灰混勻，得到混合物； (3)將步驟(2)制備得到的混合物與粘合劑混勻，得到混合漿液； (4)將步驟(3)得到的混合漿液澆注到模具中，液壓成型，得到模板材料； (5)將步驟(4)制備得到的模板材料焙燒后得到陶瓷材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，其特征在于，步驟(1)中，高爐渣的組成為30-50％的CaO、20-40％的SiO 2、10-30％的Al 2O、3-15％的MgO、2-5％的SO 3、0.1-3％的TiO 2、0.1-3％的Na 2O、0.1-3％的Fe 2O 3、0.1-3％的K 2O和0.1-3％的MnO。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述預處理為高爐渣活化處理，所述高爐渣活化處理選自機械化學活化或堿激發(fā)活化中的一種。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，其特征在于，所述機械化學活化為利用球磨法對高爐渣進行活化；球磨過程中，球磨時間為0.5-6h，球磨轉(zhuǎn)速為100-800rpm； 所述堿激發(fā)活化為利用堿激發(fā)劑對高爐渣進行活化；所述堿激發(fā)劑選自KOH、NaOH、K 2CO 3、Na 2CO 3、K 2SiO 3和Na 2SiO 3中的一種或幾種；堿激發(fā)活化過程中，溫度為80-200℃，時間0.5-6h。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，其特征在于，步驟(2)中，預處理高爐渣與脫氯飛灰的質(zhì)量比為95：5-50：50。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，其特征在于，步驟(3)中，粘結(jié)劑的質(zhì)量為混合料質(zhì)量的20％-30％。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇與水的混合物； 所述聚乙烯醇與水的體積比為1：10-3：20。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，其特征在于，步驟(4)中，液壓成型過程中，成型壓力為0.5-20MPa，養(yǎng)護時間為1-24小時。 9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，其特征在于，步驟(5)中，焙燒過程中，焙燒溫度為600-1450℃，焙燒時間為0.5-8h。 10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，其特征在于，步驟(5)中，陶瓷材料的主晶相為Ca 2(Mg 0.5Al 0.5)(Si 1.5Al 0.5O 7)。

說明書

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及固廢資源化再利用技術(shù)領域，尤其是涉及一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法。

背景技術(shù)

高爐渣是一種生鐵冶煉的副產(chǎn)物，生產(chǎn)每噸生鐵約產(chǎn)生300公斤左右的高爐渣。高爐渣的主要成分為CaO、SiO 2、Al 2O 3和MgO等氧化物，是典型的鋁硅酸鹽材料，可以用來制備陶瓷材料。目前高爐渣的主要是資源化方式是生成水泥，附加值較低。因此，如何大量使用高爐渣制造高附加值產(chǎn)品，是亟需解決的問題。垃圾焚燒已經(jīng)成為目前主要的垃圾末端處理方式，每焚燒一噸垃圾，約產(chǎn)生3-5公斤的飛灰。飛灰的主要成分為氯化物、CaO、SiO 2和Al 2O 3，作為典型的危險廢棄物，必須經(jīng)過特殊的處理，才能進行填埋處理或者資源化再利用。

以廢治廢已經(jīng)成為固體廢棄物末端處置的一個重要方式，通過多種固廢的相結(jié)合，制備高附加值產(chǎn)品，不僅可以解決固廢的污染問題，也能將固廢資源化再利用。高爐渣和垃圾焚燒飛灰均是典型的鋁硅酸鹽材料，可以用來制備陶瓷材料，但是垃圾焚燒飛灰中的氯含量較高，不宜大量使用，而且大量的氯會降低陶瓷材料的硬度和強度。高爐渣的熔沸點較高，而垃圾焚燒飛灰中的部分化合物可以助熔劑和成核劑。垃圾焚燒飛灰中SiO 2和Al 2O 3含量較低，而高爐渣中SiO 2和Al 2O 3含量較高，二者可以實現(xiàn)互補，制備高性能的陶瓷材料，可以變廢為寶，具有明顯的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法。本發(fā)明首先將高爐渣進行干燥破碎處理，預處理后得到預處理高爐渣；將預處理高爐渣與脫氯飛灰混勻，得到混合物；將混合物與粘合劑混勻，得到混合漿液；然后將混合漿液澆注到模具中，液壓成型，得到模板材料；最后將模板材料焙燒后得到陶瓷材料，陶瓷材料的主晶相為Ca 2(Mg 0.5Al 0.5)(Si 1.5Al 0.5O 7)。本發(fā)明可以同時處理高爐渣和垃圾焚燒飛灰，對緩解環(huán)境污染具有重要意義，實現(xiàn)廢棄物處理的資源化利用，制備高附加值的陶瓷材料，具有廣闊的市場應用前景，較高的經(jīng)濟與社會環(huán)境效益。

為了解決高爐渣和垃圾焚燒飛灰資源化產(chǎn)品附加值低的問題，本發(fā)明提供了一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，通過以廢治廢的方法，將高爐渣與脫氯后飛灰混合，壓制成型，焙燒后即可得到高附加值的陶瓷材料。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，包括以下步驟：

(1)將高爐渣進行干燥破碎處理，預處理后得到預處理高爐渣；

(2)將步驟(1)制備得到的預處理高爐渣與脫氯飛灰混勻，得到混合物；

(3)將步驟(2)制備得到的混合物與粘合劑混勻，得到混合漿液；

(4)將步驟(3)得到的混合漿液澆注到模具中，液壓成型，得到模板材料；

(5)將步驟(4)制備得到的模板材料焙燒后得到陶瓷材料。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(1)中，高爐渣來自于鋼鐵冶煉，高爐渣的組成為30-50％的CaO、20-40％的SiO 2、10-30％的Al 2O、3-15％的MgO、2-5％的SO 3、0.1-3％的TiO 2、0.1-3％的Na 2O、0.1-3％的Fe 2O 3、0.1-3％的K 2O和0.1-3％的MnO。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(1)中，所述預處理為高爐渣活化處理，所述高爐渣活化處理選自機械化學活化或堿激發(fā)活化中的一種。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述機械化學活化為利用球磨法對高爐渣進行活化；球磨過程中，球磨時間為0.5-6h，球磨轉(zhuǎn)速為100-800rpm；

所述堿激發(fā)活化為利用堿激發(fā)劑對高爐渣進行活化；所述堿激發(fā)劑選自KOH、NaOH、K 2CO 3、Na 2CO 3、K 2SiO 3和Na 2SiO 3中的一種或幾種；堿激發(fā)活化過程中，溫度為80-200℃，時間0.5-6h。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(2)中，脫氯后飛灰的組成為CaO、SiO 2、Fe 2O 3、Al 2O 3、SO 3、Cl、MgO和TiO 2，含量分別為40-60％、5-20％、3-12％、1.5-10％、1-8％、0.5-2％、0.5-1.5％和0.2-1％。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(2)中，預處理高爐渣與脫氯飛灰的質(zhì)量比為95：5-50：50。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(3)中，粘結(jié)劑的質(zhì)量為混合料質(zhì)量的20％-30％。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇與水的混合物；

所述聚乙烯醇與水的體積比為1：10-3：20。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(4)中，液壓成型過程中，成型壓力為0.5-20MPa，養(yǎng)護時間為1-24小時；

優(yōu)選地，成型壓力為0.5-5MPa，養(yǎng)護時間為1-12小時。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(5)中，焙燒過程中，焙燒溫度為600-1450℃，焙燒時間為0.5-8h；

優(yōu)選地，焙燒溫度為1000-1500℃，焙燒時間為1-5h。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(5)中，陶瓷材料的主晶相為Ca 2(Mg 0.5Al 0.5)(Si 1.5Al 0.5O 7)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明首次提出了高爐渣和脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料，通過將高爐渣和脫氯后的垃圾焚燒飛灰按照一定的比例混合，然后制備高性能的陶瓷材料，通過以廢治廢的方式，實現(xiàn)了高爐渣和焚燒飛灰的資源化再利用。

附圖說明

圖1本發(fā)明的一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例1制備得到的陶瓷材料的XRD譜圖；

圖3為本發(fā)明實施例2制備得到的陶瓷材料的XRD譜圖；

圖4為本發(fā)明實施例3制備得到的陶瓷材料的XRD譜圖；

圖5為本發(fā)明實施例4制備得到的陶瓷材料的XRD譜圖；

圖6為本發(fā)明實施例5制備得到的陶瓷材料的XRD譜圖；

圖7為本發(fā)明實施例6制備得到的陶瓷材料的XRD譜圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法，包括以下步驟：

(1)將高爐渣進行干燥破碎處理，預處理后得到預處理高爐渣；

(2)將步驟(1)制備得到的預處理高爐渣與脫氯飛灰混勻，得到混合物；

(3)將步驟(2)制備得到的混合物與粘合劑混勻，得到混合漿液；

(4)將步驟(3)得到的混合漿液澆注到模具中，液壓成型，得到模板材料；

(5)將步驟(4)制備得到的模板材料焙燒后得到陶瓷材料。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(1)中，高爐渣來自于鋼鐵冶煉，高爐渣的組成為30-50％的CaO、20-40％的SiO 2、10-30％的Al 2O、3-15％的MgO、2-5％的SO 3、0.1-3％的TiO 2、0.1-3％的Na 2O、0.1-3％的Fe 2O 3、0.1-3％的K 2O和0.1-3％的MnO。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(1)中，所述預處理為高爐渣活化處理，所述高爐渣活化處理選自機械化學活化或堿激發(fā)活化中的一種。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述機械化學活化為利用球磨法對高爐渣進行活化；球磨過程中，球磨時間為0.5-6h，球磨轉(zhuǎn)速為100-800rpm；

所述堿激發(fā)活化為利用堿激發(fā)劑對高爐渣進行活化；所述堿激發(fā)劑選自KOH、NaOH、K 2CO 3、Na 2CO 3、K 2SiO 3和Na 2SiO 3中的一種或幾種；堿激發(fā)活化過程中，溫度為80-200℃，時間0.5-6h。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(2)中，脫氯后飛灰的組成為CaO、SiO 2、Fe 2O 3、Al 2O 3、SO 3、Cl、MgO和TiO 2，含量分別為40-60％、5-20％、3-12％、1.5-10％、1-8％、0.5-2％、0.5-1.5％和0.2-1％。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(2)中，預處理高爐渣與脫氯飛灰的質(zhì)量比為95：5-50：50。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(3)中，粘結(jié)劑的質(zhì)量為混合料質(zhì)量的20％-30％。

在本發(fā)明的一個實施方式中，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇與水的混合物；

所述聚乙烯醇與水的體積比為1：10-3：20。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(4)中，液壓成型過程中，成型壓力為0.5-20MPa，養(yǎng)護時間為1-24小時；

優(yōu)選地，成型壓力為0.5-5MPa，養(yǎng)護時間為1-12小時。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(5)中，焙燒過程中，焙燒溫度為600-1450℃，焙燒時間為0.5-8h；

優(yōu)選地，焙燒溫度為1000-1450℃，焙燒時間為1-5h。

在本發(fā)明的一個實施方式中，步驟(5)中，陶瓷材料的主晶相為Ca 2(Mg 0.5Al 0.5)(Si 1.5Al 0.5O 7)。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

下述實施例中，如無特殊說明，所用試劑均為市售試劑；所用檢測方法和手段均為本領域常規(guī)檢測方法和手段。

實施例1

本實施例為一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法。

制備過程如圖1所示，收集垃圾焚燒飛灰和高爐渣，先做干燥處理，飛灰采用水洗脫氯，固液比為500g：1L，水洗后得到脫氯飛灰；高爐渣通過機械化學活化，球磨時間為0.5h，轉(zhuǎn)速為800rpm，得到活化高爐渣。將高爐渣和脫氯飛灰按照質(zhì)量比50：50混合，然后加入20％的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為聚乙烯醇與水的混合物，體積比為1：10，超聲攪拌30min，得到混合漿液，置于模具中，采用液壓機壓制成型，成型壓力為0.5MPa，養(yǎng)護24h，脫模后得到模板材料。將模板材料置于高溫爐中，以10℃/min的升溫速率，升溫至600℃，然后保溫8h，冷卻至室溫后，即可得到陶瓷材料，陶瓷材料的XRD譜圖如圖2所示。

實施例2

本實施例為一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法。

收集垃圾焚燒飛灰和高爐渣，先做干燥處理，飛灰采用高溫脫氯，焙燒溫度為1050℃，焙燒時間為3h，得到脫氯飛灰；高爐渣通過堿激發(fā)活化，激發(fā)劑為2mol/L的NaOH溶液，堿激發(fā)時間為6h，激發(fā)溫度為80℃，得到活化高爐渣。將高爐渣和脫氯飛灰按照質(zhì)量比75：25混合，然后加入30％的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為聚乙烯醇與水的混合物，體積比為3：20，超聲攪拌30min，得到混合漿液，置于模具中，采用液壓機壓制成型，成型壓力為20MPa，養(yǎng)護1h，脫模后得到模板材料。將模板材料置于高溫爐中，以10℃/min的升溫速率，升溫至1050℃，然后保溫2h，冷卻至室溫后，即可得到陶瓷材料，陶瓷材料的XRD譜圖如圖3所示。

實施例3

本實施例為一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法。

收集垃圾焚燒飛灰和高爐渣，先做干燥處理，飛灰采用酸洗脫氯，酸溶液為0.5mol/L的檸檬酸溶液，酸洗后得到脫氯飛灰；高爐渣通過堿激發(fā)活化，激發(fā)劑為5mol/L的Na 2CO 3溶液，堿激發(fā)時間為0.5h，激發(fā)溫度為200℃，得到活化高爐渣；將高爐渣和脫氯飛灰按照質(zhì)量比80：20混合，然后加入25％的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為聚乙烯醇與水的混合物，體積比為5：40，超聲攪拌30min，得到混合漿液，置于模具中，采用液壓機壓制成型，成型壓力為8MPa，養(yǎng)護12h，脫模后得到模板材料。將模板材料置于高溫爐中，以10℃/min的升溫速率，升溫至1350℃，然后保溫1h，冷卻至室溫后，即可得到陶瓷材料，陶瓷材料的XRD譜圖如圖4所示。

實施例4

本實施例為一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法。

收集垃圾焚燒飛灰和高爐渣，先做干燥處理，飛灰采用水洗脫氯，固液比為400g/L，水洗后得到脫氯飛灰；高爐渣通過堿激發(fā)活化，激發(fā)劑為3mol/L的Na 2SiO 3溶液，堿激發(fā)時間為3h，激發(fā)溫度為150℃，得到活化高爐渣；將高爐渣和脫氯飛灰按照質(zhì)量比60：60混合，然后加入25％的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為聚乙烯醇與水的混合物，體積比為5：40，超聲攪拌30min，得到混合漿液，置于模具中，采用液壓機壓制成型，成型壓力為10MPa，養(yǎng)護6h，脫模后得到模板材料。將模板材料置于高溫爐中，以10℃/min的升溫速率，升溫至1300℃，然后保溫2h，冷卻至室溫后，即可得到陶瓷材料，陶瓷材料的XRD譜圖如圖5所示。

實施例5

本實施例為一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法。

收集垃圾焚燒飛灰和高爐渣，先做干燥處理，飛灰采用高溫脫氯，焙燒溫度為1350℃，焙燒時間為3h，得到脫氯飛灰；高爐渣通過機械化學活化，球磨時間為3h，轉(zhuǎn)速為500rpm，得到活化高爐渣。將高爐渣和脫氯飛灰按照質(zhì)量比90：10混合，然后加入25％的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為聚乙烯醇與水的混合物，體積比為3：20，超聲攪拌30min，得到混合漿液，置于模具中，采用液壓機壓制成型，成型壓力為5MPa，養(yǎng)護5h，脫模后得到模板材料。將模板材料置于高溫爐中，以10℃/min的升溫速率，升溫至1400℃，然后保溫0.5h，冷卻至室溫后，即可得到陶瓷材料，陶瓷材料的XRD譜圖如圖6所示。

實施例6

本實施例為一種利用高爐渣與脫氯后垃圾焚燒飛灰制備陶瓷材料的方法。

收集垃圾焚燒飛灰和高爐渣，先做干燥處理，飛灰采用高溫脫氯，焙燒溫度為1200℃，焙燒時間為5h，得到脫氯飛灰；高爐渣通過機械化學活化，球磨時間為6h，轉(zhuǎn)速為100rpm，得到活化高爐渣。將高爐渣和脫氯飛灰按照質(zhì)量比95：5混合，然后加入20％的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為聚乙烯醇與水的混合物，體積比為1：10，，超聲攪拌30min，得到混合漿液，置于模具中，采用液壓機壓制成型，成型壓力為2MPa，養(yǎng)護4h，脫模后得到模板材料。將模板材料置于高溫爐中，以10℃/min的升溫速率，升溫至1450℃，然后保溫1h，冷卻至室溫后，即可得到陶瓷材料，陶瓷材料的XRD譜圖如圖7所示。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

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