1.本发明涉及
固废资源综合利用领域，具体涉及一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法及其应用。
背景技术：
2.生活垃圾焚烧产生大量的焚烧残余固体废弃物，包括垃圾焚烧炉底渣和垃圾焚烧飞灰。垃圾焚烧炉底渣是一种由硅酸盐、金属、氧化聚合物、未燃有机物和其他不可燃物质组成的非均质混合物，其产生量约占焚烧后废物残渣总量的80-90％。垃圾焚烧炉底渣属于一般固体废弃物，但其内部也含有cr、pb、zn、cu等有害重金属。垃圾焚烧飞灰主要产生于焚烧炉的烟气净化过程，集中在烟气管道、除尘装置和净化装置，产生量约占原生垃圾总量的2-5％。垃圾焚烧飞灰中成分十分复杂，包括重金属盐、硫化物、硝酸盐/亚硝酸盐、活性炭和二噁英等，其中对环境危害较严重的当属重金属和二噁英。垃圾焚烧飞灰中的重金属种类主要包括cd、cr、cu、ni、pb和hg等。根据《国家危险废物名录(2021年版)》，垃圾焚烧飞灰仍然属于hw18类危险废弃物。2020年我国垃圾焚烧飞灰产量超1000万吨，填埋法处置和水泥固化处置存在环境污染风险，熔融固化法逐渐被重视。2021年出台了gb/t 41015-2021《固体废物玻璃化处理产物技术要求》，垃圾焚烧飞灰等离子熔融玻璃体达到固体废物玻璃化处理产物的技术要求可作为建材使用，为垃圾焚烧飞灰高温熔融技术的产物找到新出路。
3.随着科技的发展,新型建筑材料也在发展变化，泡沫材料具有轻质、高强度、保温、节能、装饰等优良特性，也存在一些不足，如强度低、基体结合不够坚固、成本高等特点，碳化泡沫地质聚合物结合了泡沫材料和碳化材料的特点，具有低密度、高比表面积、高比强度、耐高温、耐腐蚀等优点，能广泛应用于过滤、吸附、隔热保温领域中。碳化技术不仅增强材料力学性能，对co2的捕集及利用也具有重大意义。利用垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物是一种资源化、高值化、低碳环保的有效手段，同时显著降低了泡沫材料成本。
4.中国专利cn113307554a公开了一种垃圾焚烧灰渣制备泡沫地质聚合物的方法。将垃圾焚烧炉底渣、飞灰球磨后与碱性激发剂混合、搅拌、浇筑、养护、脱模后获得多孔地质聚合物。该发明将垃圾焚烧飞灰和垃圾焚烧炉底渣通过球磨预处理后直接与激发剂混合反应得到地质聚合物，未将垃圾焚烧飞灰预处理，飞灰中的二噁英、重金属和氯盐对环境和产品质量存在潜在风险，且利用垃圾焚烧炉底渣中的铝作为发泡剂进行发泡，发泡过程不易控制，气泡捕集困难，导致发泡不均匀，存在可操作性差的问题。
5.垃圾焚烧飞灰和垃圾焚烧炉底渣无害化处置存在着效率低、成本高、能耗高、工艺流程长、可操作性差等问题。因此，急需研发一种绿色环保、可操作性强、高附加值的无害化、高值化处理方法。
技术实现要素：
6.针对现有技术问题，本发明提供了一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法及其应用，不仅解决了垃圾焚烧炉底渣和垃圾焚烧飞灰存在的处置效率低、成本高、能耗高、工艺流程长、可操作性差等问题，实现了“以废治废、变废为宝”，同时捕集与利用co2，具有资源化和节能减排多重意义，用于制备泡沫材料，具有工艺简单，成本低廉，可操作性强，附加值高的优点。
7.为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：
8.一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法，将垃圾焚烧飞灰复配熔融助剂，经高温熔融后得到玻璃熔渣；再将得到的玻璃熔渣复配垃圾焚烧炉底渣经预处理后与发泡剂、碱激发剂和稳泡剂混合，在碱性激发剂和发泡剂作用下发生活化反应和起泡反应，最后经成型、养护、脱模、碳化得到碳化泡沫地质聚合物；其中，熔融过程中产生的烟气通过烟气急冷装置速降至200℃以下，避免残余氯化物再次合成二噁英。
9.上述垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法，包括以下步骤：
10.步骤1，将30～80wt.％垃圾焚烧飞灰、20～70wt.％熔融助剂进行复配混合，总量为100wt.％；
11.步骤2，将混合均匀的垃圾焚烧飞灰和熔融助剂进行高温熔融，通过空气急冷得到玻璃熔渣；其中，熔融过程中产生的烟气通过烟气急冷装置速降至200℃以下，避免残余氯化物再次合成二噁英；
12.步骤3，将20～80wt.％玻璃熔渣和20～80wt.％垃圾焚烧炉底渣混合得到复配物料，总量为100wt.％；
13.步骤4，将复配物料经预处理后得到混合料，其中预处理包括干磨、筛分；
14.步骤5，将混合料与发泡剂、稳泡剂和碱激发剂混合；
15.步骤6，将混合浆料注入到模具进行活化反应和起泡反应，反应10～60min后密封得到成型的胚体，于温度为20～100℃，相对湿度为60～98％rh的养护箱中养护0.5～48h；
16.步骤7，将养护后得到的成型坯体脱模后于碳化温度为20～100℃，co2为浓度20％～80％，的碳化箱中碳化0.5～3h得到碳化泡沫地质聚合物。
17.作为改进的是，步骤1中所述的熔融助剂为废玻璃、石英砂、硼砂、或垃圾焚烧底灰中的一种或多种混合。
18.作为改进的是，步骤2中所述高温熔融的温度为1100～1800℃，保温时间为5～120min。
19.作为改进的是，步骤4中所述的干磨、筛分得混合料，具体步骤如下：(1)干磨：采用干磨15～120min，球料比1:1～3:1；(2)筛分：干磨后的玻璃熔渣经孔径≤2mm筛子进行筛分去除粗料，得到混合料。
20.作为改进的是，步骤5中添加的碱性激发剂为氢氧化钠和水玻璃的混合物，氢氧化钠与水玻璃重量比为1:3～6:1，碱性激发剂加入量为混合料的10～20wt.％；发泡剂为过氧化氢，其加入量为混合料的1～10wt.％；稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠和三乙醇胺混合物，十二烷基苯磺酸钠与三乙醇胺重量比为1:1，稳泡剂加入量为混合料的1～8wt.％。
21.上述任一种方法制备得到的碳化泡沫地质聚合物。
22.上述方法制备的得到的碳化泡沫地质聚合物在制备泡沫保温材料或泡沫耐火材料上的应用。
23.发明原理：
24.本发明将垃圾焚烧飞灰和熔融助剂高温熔融得到的玻璃渣与垃圾焚烧炉底渣进行复配，飞灰经高温熔融后，二噁英彻底分解，且大部分的重金属和氯盐挥发，残余的重金属和氯盐被固化在玻璃体中，显著降低了垃圾焚烧飞灰的毒性。利用碱激发剂活化玻璃熔体和垃圾焚烧炉底渣，物料中sio2和al2o3与在碱激发剂发生活化反应，形成al-o([alo4]
5-)四面体和si-o四面体([sio4]
4-)的无定形到半结晶态的硅铝酸盐聚合物，h2o2在碱激发剂的作用下玻璃熔渣的发泡过程大致可以分为气泡核形成、气泡长大、气泡稳定和固化3个阶段，h2o2在碱激发剂的作用下分解为水和氧气，泡效果明显，发泡时间短，常温发泡成型，可操作性强易于控制。物料中mgo和f-cao等严重影响产品的安定性，经碳化后mgo和f-cao等与co2发生化学反应，消除了制备的产品后期安定性的潜在风险。
[0025]
有益效果：
[0026]
与现有技术相比，本发明一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法及其应用，工艺简单、成本低、无污染，可操作性强，易于工业化，具有如下优势：
[0027]
(1)碱激发技术因高碱用量而可能导致的材料耐久性问题和环境风险，碳化技术因原材料胶凝性不足及碳化效率低而需额外添加水泥、石灰等胶凝组分，本发明利用碱激发与碳化协同作用制备材料，可弥补碱激发与碳化单独使用时的不足；
[0028]
(2)碱激发效应促进垃圾焚烧炉底渣和垃圾焚烧飞灰熔融玻璃熔渣活性激发，并额外提供可发生碳化的反应物，进而提升碳化效率、优化碳化制品性能；碳化提升基体密实程度，改善制品性能；利用碱激发与碳化协同作用制备墙材材料，不仅实现了圾焚烧炉底渣和垃圾焚烧飞灰熔融玻璃熔渣资源化利用，也实现了co2捕集与利用，具有资源化和节能减排多重意义；
[0029]
(3)本发明利用固废中足够的sio2和al2o3，无需复配其他固废，降低了成分调配工艺难度，sio2和al2o3与碱激发剂发生活化反应，形成al-o([alo4]
5-)四面体和si-o四面体([sio4]
4-)的无定形到半结晶态的硅铝酸盐聚合物；h2o2在碱激发剂的作用下玻璃熔渣的发泡过程大致可以分为气泡核形成、气泡长大、气泡稳定和固化3个阶段，h2o2在碱激发剂的作用下分解为水和氧气，泡效果明显，发泡时间短，常温发泡成型，可操作性强；
[0030]
(4)游离的mgo和cao等严重影响产品的安定性，经碳化后mgo和cao等与co2发生化学反应生成碳酸矿物相，不仅消除了产品后期安定性的潜在风险，也捕集与利用了co2；
[0031]
(5)垃圾焚烧飞灰中的二噁英经等离子高温熔融后分解成小分子氯化物，通过烟气急冷装置迅速降至200℃以下，避免二噁英重新合成；
[0032]
(6)本发明制备的碳化泡沫地质聚合物，导热系数(25℃)为0.20-0.45w/(m
·
k)；密度为410-700kg/m3；平均强度为7.5-15.0mpa，防火等级为a级，具有隔热、防火、吸声、防潮、轻质、高强等优越的性能，是一种新型环保材料。
附图说明
[0033]
图1为本发明实施例中一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质
聚合物方法工艺流程示意图。
具体实施方式
[0034]
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0035]
碳化：碳化是指co2溶解于孔溶液中而形成的碳酸氢根离子与氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物间的化学反应，最终产物主要为各种晶型的碳酸钙晶体，碳化是一种有效的永久固碳方法。
[0036]
实施例1
[0037]
将30wt.％垃圾焚烧飞灰和70wt.％废玻璃混合后于1100℃的高温炉中熔融120min后，通过空气急冷得到玻璃熔渣，熔融过程中产生的烟气通过烟气急冷装置速降至200℃以下。将20wt.％玻璃熔渣与80wt.％垃圾焚烧炉底渣混合后用球磨机干磨15min，球料比2:1，干磨后的玻璃熔渣经孔径2mm筛子进行筛分去除粗料，得到混合料。外加1wt.％h2o2，10wt.％碱性激发剂和1wt.％稳泡剂，碱性激发剂为氢氧化钠与水玻璃比为1:2的混合物，稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠与三乙醇胺为1:1的混合物。上述物料混合均匀得到浆料，注入到模具进行活化反应和起泡反应10min后，密封于温度20℃、相对湿度为98％rh的养护箱中养护24h，脱模后得到的胚体于温度为60℃，co2浓度为20％的碳化箱中碳化3h得到碳化泡沫地质聚合物。
[0038]
按照按《复合保温砖和复合保温砌块》(gbt 29060-2012)对实施例制备的碳化泡沫地质聚合物进行性能测试，测试数据如下：导热系数(25℃)为0.20w/(m
·
k)；密度为410kg/m3；平均强度为14mpa，防火等级为a级。
[0039]
按照实施例1的制备方法，进行不同参数下碳化泡沫地质聚合物的制备，具体制备参数如下表1所示。
[0040]
表1本发明制备方法的不同参数组合
[0041][0042]
注：为了表述清晰，特将实施例1的参数填入表格。
[0043]
对表1中不同参数下制备的碳化泡沫地质聚合物进行性能测试，测试方法参照实
施例1的进行，所得性能数据如表2所示。
[0044]
表2不同参数下制备的碳化泡沫地质聚合物的性能表
[0045]
实施例导热系数(25℃)w/(m
·
k)密度，kg/m3平均抗压强度，mpa防火等级10.241014a级20.3850012a级30.443010a级40.424458a级50.444607.5a级60.284758.3a级70.34909.1a级80.345059.9a级90.3652010.7a级100.3853515a级110.455012.3a级120.4256513.1a级130.4558013.9a级140.2859514.7a级150.36109.9a级160.3262510.7a级170.3464011.5a级180.3665512.3a级190.386708a级200.46857.5a级210.427008.3a级220.444909.1a级230.285059.9a级240.352010.7a级250.453511.5a级260.4255012.3a级270.4456513.1a级280.2858013.9a级
[0046]
综上所述，本发明实现了“以废治废、变废为宝”，同时捕集与利用co2，使co2永久封存，具有资源化和节能减排多重意义，用于制备泡沫材料，具有工艺简单，成本低廉，可操作性强，附加值高的优点，解决了垃圾焚烧炉底渣和垃圾焚烧飞灰资源化绿色协同处置问题。技术特征：
1.一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法，其特征在于，将垃圾焚烧飞灰复配熔融助剂，经高温熔融后得到玻璃熔渣；再将得到的玻璃熔渣复配垃圾焚烧炉底渣经预处理后与发泡剂、碱激发剂和稳泡剂混合，在碱性激发剂和发泡剂作用下发生活化反应和起泡反应，最后经成型、养护、脱模、碳化得到碳化泡沫地质聚合物；其中，熔融过程中产生的烟气通过烟气急冷装置速降至200℃以下，避免残余氯化物再次合成二噁英。2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将30~80wt.%垃圾焚烧飞灰和20~70wt.%熔融助剂混合，总量为100wt.%；步骤2，将混合均匀的垃圾焚烧飞灰和熔融助剂进行高温熔融，通过空气急冷得到玻璃熔渣；其中，熔融过程中产生的烟气通过烟气急冷装置速降至200℃以下，避免残余氯化物再次合成二噁英；步骤3，将20~80wt.%玻璃熔渣和20~80wt.%垃圾焚烧炉底渣混合得到复配物料，总量为100wt.%；步骤4，将复配物料经预处理后得到混合料，其中预处理包括干磨、筛分；步骤5，将混合料与发泡剂、稳泡剂和碱激发剂混合得到混合浆料；步骤6，将混合浆料注入到模具进行活化反应和起泡反应，反应10~60min后密封得到成型的胚体，于温度为20~100℃，相对湿度为60~98%rh的养护箱中养护0.5~48h；步骤7，将养护后的成型坯体脱模后于碳化温度为20~100℃，co2浓度为20%~80%的碳化箱中碳化0.5~3h得到碳化泡沫地质聚合物。3.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法，其特征在于，步骤1中所述的熔融助剂为废玻璃、石英砂、硼砂、或垃圾焚烧底灰中的一种或多种混合。4.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法，其特征在于，步骤2中所述高温熔融的温度为1100~1800℃，保温时间为5~120min。5.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法，其特征在于，步骤4中所述的干磨、筛分得混合料，具体步骤如下：（1）干磨：采用干磨15~120min，球料比1:1~3:1；（2）筛分：干磨后的玻璃熔渣经孔径≤2mm筛子进行筛分去除粗料，得到混合料。6.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法，其特征在于，步骤5中添加的碱性激发剂为氢氧化钠和水玻璃的混合物，氢氧化钠与水玻璃重量比为1:3~6:1，碱性激发剂加入量为混合料的10~20wt.%；发泡剂为过氧化氢，其加入量为混合料的1~10wt.%；稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠和三乙醇胺混合物，十二烷基苯磺酸钠与三乙醇胺重量比为1:1，稳泡剂加入量为混合料的1~8wt.%。7.基于权利要求1-6中任一种方法制备得到的碳化泡沫地质聚合物。8.基于权利要求1或7所述的得到的碳化泡沫地质聚合物在制备泡沫保温材料或泡沫耐火材料上的应用。
技术总结
本发明属于固废资源综合利用领域，公开了一种垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法及其应用。该方法将垃圾焚烧飞灰复配熔融助剂，经高温熔融后得到玻璃熔渣，得到的玻璃熔渣复配垃圾焚烧炉底渣经预处理后与发泡剂、碱激发剂和稳泡剂混合，在碱性激发剂和发泡剂作用下发生活化反应和起泡反应，经成型、养护、脱模、碳化得到碳化泡沫地质聚合物。本发明实现了“以废治废、变废为宝”，同时捕集与利用CO2，使CO2永久封存，具有资源化和节能减排多重意义，用于制备泡沫材料，具有工艺简单，成本低廉，可操作性强，附加值高的优点，解决了垃圾焚烧炉底渣和垃圾焚烧飞灰资源化绿色协同处置问题。源化绿色协同处置问题。源化绿色协同处置问题。
技术研发人员：赵世珍 胡明 宫臣 郭斌 肖诚斌 赵彬
受保护的技术使用者：光大环保技术研究院（南京）有限公司 光大环保技术研究院（深圳）有限公司
技术研发日：2022.06.29
技术公布日：2022/9/27
声明：
“垃圾焚烧炉底渣协同垃圾焚烧飞灰制备碳化泡沫地质聚合物方法及其应用与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：光大环保技术研究院（南京）有限公司 光大环保技术研究院（深圳）有限公司
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2024年12月27日 ~ 29日 
