一种制备地质聚合物胶凝材料和地质聚合物砂浆的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备地质聚合物胶凝材料和地质聚合物砂浆的方法，包括如下步骤：对飞灰进行烘干、磨细预处理；以Si/Al摩尔比为2.40～3.35、Na/Si摩尔比为0.30～0.50，Ca/Si摩尔比不大于0.95，取预处理后的飞灰、矿渣粉、复合激发剂混合均匀；拌合水：(飞灰+矿渣粉)的质量比为0.20～0.40加入拌合水，净浆混合物；将净浆混合物进行入模，置于温度20℃～80℃、相对湿度50％～95％的条件下养护12h～72h后脱模；脱模后的试件养护后得地质聚合物胶凝材料。本发明专利技术通过生活垃圾焚烧飞灰以及矿渣粉为胶凝组分，生产制备新型地质聚合物材料，实现了飞灰的处理及资源化利用。

Method for preparing geopolymer cementitious material and Geopolymer mortar

The invention provides a method for preparing geopolymer cementitious material and Geopolymer mortar, including the following steps: drying and grinding pretreatment of fly ash; taking Si/Al molar ratio 2.40-3.35, Na/Si molar ratio 0.30-0.50, Ca/Si molar ratio not more than 0.95, taking pretreated fly ash, slag powder and composite excitation. Mixed water: the mass ratio of fly ash and slag powder is 0.20-0.40, the mixture is mixed with water, and the mixture is molded. The mixture is cured for 12-72 hours under the conditions of temperature 20-80 C and relative humidity 50-95%. Geopolymer cementitious material is obtained after the sample is cured. The invention produces a new type of geological polymer material by using domestic refuse incineration fly ash and slag powder as cementing components, and realizes the treatment and resource utilization of fly ash.

【技术实现步骤摘要】
一种制备地质聚合物胶凝材料和地质聚合物砂浆的方法
本专利技术属于固体废弃物处理处置与资源化、地质聚合物材料制备交叉
，尤其是涉及一种制备地质聚合物胶凝材料和地质聚合物砂浆的方法。
技术介绍
目前我国城市生活垃圾产量日益剧增，而生活垃圾焚烧法因具有高温灭菌、残渣稳定、减容减量显著、能源回收利用的特点，在我国的应用越来越广。但是生活垃圾焚烧过程中会产生大量飞灰，流化床焚烧炉的飞灰量为焚烧量的15％～20％，炉排炉的飞灰量为焚烧量的3％～5％。同时飞灰富集了大量的重金属、二噁英，可对人体健康和生态环境造成危害，已列入我国危险废物名录。目前飞灰无害化、资源化综合处理技术的研发及应用非常迫切。本专利技术所述飞灰就是生活垃圾焚烧处理中在烟气净化系统和热回收利用系统收集得到的残留物。目前生活垃圾焚烧飞灰的处置包括无害化处理和资源化利用。无害化处理后的飞灰多是送至填埋场填埋处置，稳定化处理之后的飞灰资源化途径主要是制备水泥、陶瓷/烧结砖、陶粒、玻璃/微晶玻璃、水泥基砂浆及混凝土等建筑材料，用作路基、防护堤等岩土工程材料，作土壤改良剂，制备沸石吸附材料。故生活垃圾焚烧飞灰稳定化处理之后的飞灰资源化利用是解决其处置难题的唯一途径。生活垃圾焚烧飞灰处置工艺技术经过多年发展，主要形成了以下几种技术：化学药剂稳定化、粘合剂固化处理(包括水泥固化处理、沥青混合料处理)、分离及萃取处理(包括水洗预处理、重金属生物/化学提取、超临界流体萃取等。)、热处理(包括烧结热处理、熔融/玻璃固化处理、水泥窑协同处置)、地质聚合物处理等技术。传统的水泥固化处理、化学药剂稳定化、烧结热处理、熔融/玻璃固化处理等飞灰处置技术，存在增容大、成本高、存在二次污染等缺点，使得这些传统的飞灰处置技术难以有效推广。重金属生物/化学提取、超临界流体萃取等飞灰处置技术，因投资大，成本高，适用性较差等缺点使得该类技术仅在基础研究阶段。目前水洗预处理、水泥窑协同处置、地质聚合物处理等飞灰处置技术，具有技术及工艺可行、经济性较好、环境安全好等特点，逐步被推广应用。水洗预处理技术主要是为降低飞灰中重金属和氯化物的含量，以明显改善水泥固化处理、水泥窑协同处置、烧结及熔融热处理等方法的处置效果，也为后续产品的大规模资源化利用提供可行性，但是存在水洗后的废液需要进一步处理问题。对飞灰进行水洗预处理后，采用水泥窑协同处置技术进行飞灰处置，可消除二噁英等有机污染物，实现重金属有效固化，但该工艺技术还需增加多级烟气处理措施确保烟气排放达标，总体成本较大。而地质聚合物处理技术是利用飞灰中的Al、Si源或外添加Al、Si源在碱性条件下合成硅铝酸盐矿物，将重金属稳定于矿物，利用该技术能有效地提高飞灰化学稳定性，并且在经济、技术及环境等方面有明显优点，因此地质聚合物处理飞灰技术具有非常高的应用和推广潜力。物料有效成分元素组成、激发剂参数、用水量(水料比、水胶比)、养护条件等制备参数对地质聚合物性能有很大影响，同时飞灰基地质聚合物制备参数对飞灰中的重金属稳定固化效果有较大影响，故各制备参数的选择对制备飞灰基地质聚合物，实现垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用至关重要。目前公开了一种生活垃圾焚烧飞灰中重金属固定、稳定化方法，该方法针对单一的生活垃圾焚烧飞灰原材料，在考虑激发剂参数、液固比等影响因素下制备固化体材料，以碱激发固化稳定及化学药剂稳定化处理的方法实现飞灰的填埋处置应用，但是仅考虑了所制备固化体材料中重金属(铜、锌、镉、铅)的环境安全性问题，并未考虑固体化材料的性能，不能作为飞灰处理及资源化利用的方法。目前还公开了一种碱激发固化稳定处理垃圾焚烧飞灰的方法，步骤包括：1)对垃圾焚烧飞灰进行磨细和活性调节的预处理；2)再加入水和重金属稳定剂并进行充分搅拌，使飞灰中的可溶性重金属与重金属稳定剂充分结合而矿化稳定；3)之后再在飞灰浆体中加入复合激发剂，予以充分搅拌；4)之后进行水浴加热处理，控制加热温度和加热时间，并不定期搅拌使所述飞灰浆体物料受热均匀；5)最后将混料成型、养护，以进一步封锁飞灰中已矿化的重金属，同时固化飞灰中的二噁英，最终实现了飞灰的无害化固化稳定处置。此专利技术通过化学药剂稳定化及碱激发固化稳定处理的方法实现了垃圾焚烧飞灰的填埋处置，具有基本不增容，降低处理成本，节约运输费用，减少填埋空间等优势，该方法考虑了物料有效成分元素组成等飞灰基地质聚合物制备的参数，但养护温度仅采用在60℃～90℃较高温度下的养护方式，同时并未充分考虑激发剂参数、用水量、养护条件等飞灰基地质聚合物制备的影响参数，不能够很好地采用碱激发固化稳定处理飞灰中的重金属，无法作为飞灰处理及资源化利用的方法。一种生活垃圾焚烧飞灰制备胶凝材料的工艺方法，垃圾焚烧飞灰先经碱激发处理，烘干、磨细、过筛得预处理飞灰，再与掺合料和激发剂混合处理，最后养护制备了飞灰基胶凝材料。此工艺方法并未考虑生活垃圾焚烧飞灰资源化利用中重金属的环境安全性问题，仅考虑了所制备飞灰基胶凝材料的相关性能，制备方法中并未对物料有效成分元素组成、激发剂参数等影响因素进行有效控制，且制备工艺较为复杂，可操作性不强，不能够很好地生产应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种制备地质聚合物胶凝材料和地质聚合物砂浆的方法，通过制备地质聚合物胶凝材料和砂浆，实现了垃圾焚烧飞灰处理及资源化利用，利用生活垃圾焚烧飞灰以及矿渣粉为地质聚合物胶凝组分生产新型地质聚合物材料，实现飞灰的处理及资源化利用。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种制备地质聚合物胶凝材料的方法，包括如下步骤：步骤一：对飞灰进行烘干、磨细预处理，使其含水率不大于1％，45μm方孔筛筛余质量分数(细度)不大于20％或比表面积不低于300m2/kg；步骤二：以Si/Al摩尔比为2.60～3.35、Na/Si摩尔比为0.30～0.50，Ca/Si摩尔比不大于0.95，取步骤一预处理后的飞灰、矿渣粉、复合激发剂混合均匀；步骤三：以拌合水：(飞灰+矿渣粉)的质量比为0.20～0.40加入拌合水，并充分搅拌得到净浆混合物；当复合激发剂为液体状组分时，应与拌合水混匀后，再加入到混合均匀的飞灰及矿渣粉组分中，充分搅拌得到净浆混合物；步骤四：将净浆混合物进行入模，置于温度20℃～80℃、相对湿度50％～95％的条件下养护12h～72h后脱模；步骤五：脱模后的试件置于温度20℃～60℃、相对湿度50％～95％的条件下养护后得地质聚合物胶凝材料，此地质聚合物胶凝材料为飞灰-矿渣粉复合基地质聚合物胶凝材料。制得的地质聚合物胶凝材料对于飞灰中的重金属元素包括铅、锌、镍、锰、铜、铬具有稳定固化作用。对制备的地质聚合物胶凝材料的凝结时间、安定性、强度以及可浸出重金属进行检测。进一步的，复合激发剂为碳酸钠、氢氧化钠中的一种或两种与硅酸钠的混合物，复合激发剂的模数(二氧化硅摩尔数与氧化钠摩尔数的比值)为1.0～1.6，复合激发剂掺量为飞灰与矿渣粉总质量的5％～40％。进一步的，飞灰为生活垃圾焚烧处理中在烟气净化系统和热回收利用系统收集得到的残留物，飞灰中氧化钙的质量分数不低于15％，二氧化硅的质量分数不低于5％，三氧化二铝的质量分数不低于2％。进一步的，矿渣粉为不低于S95级别矿渣粉，比表面积不低于400m2/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备地质聚合物胶凝材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：对飞灰进行烘干、磨细预处理，使其含水率不大于1％，45μm方孔筛筛余质量分数(细度)不大于20％或比表面积不低于300m2/kg；步骤二：以Si/Al摩尔比为2.60～3.35、Na/Si摩尔比为0.30～0.50，Ca/Si摩尔比不大于0.95，取步骤一预处理后的飞灰、矿渣粉、复合激发剂混合均匀；步骤三：以拌合水：(飞灰+矿渣粉)的质量比为0.20～0.40加入拌合水，并充分搅拌得到净浆混合物；步骤四：将净浆混合物进行入模，置于温度20℃～80℃、相对湿度50％～95％的条件下养护12h～72h后脱模；步骤五：脱模后的试件置于温度20℃～60℃、相对湿度50％～95％的条件下养护后得地质聚合物胶凝材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备地质聚合物胶凝材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：对飞灰进行烘干、磨细预处理，使其含水率不大于1％，45μm方孔筛筛余质量分数(细度)不大于20％或比表面积不低于300m2/kg；步骤二：以Si/Al摩尔比为2.60～3.35、Na/Si摩尔比为0.30～0.50，Ca/Si摩尔比不大于0.95，取步骤一预处理后的飞灰、矿渣粉、复合激发剂混合均匀；步骤三：以拌合水：(飞灰+矿渣粉)的质量比为0.20～0.40加入拌合水，并充分搅拌得到净浆混合物；步骤四：将净浆混合物进行入模，置于温度20℃～80℃、相对湿度50％～95％的条件下养护12h～72h后脱模；步骤五：脱模后的试件置于温度20℃～60℃、相对湿度50％～95％的条件下养护后得地质聚合物胶凝材料。2.根据权利要求1所述的制备地质聚合物胶凝材料的方法，其特征在于：复合激发剂为碳酸钠、氢氧化钠中的一种或两种与硅酸钠的混合物，复合激发剂的模数(二氧化硅摩尔数与氧化钠摩尔数的比值)为1.0～1.6，复合激发剂掺量为飞灰与矿渣粉总质量的5％～40％。3.根据权利要求1所述的制备地质聚合物胶凝材料的方法，其特征在于：飞灰为生活垃圾焚烧处理中在烟气净化系统和热回收利用系统收集得到的残留物，飞灰中氧化钙的质量分数不低于15％，二氧化硅的质量分数不低于5％，三氧化二铝的质量分数不低于2％。4.根据权利要求1所述的制备地质聚合物胶凝材料的方法，其特征在于：制得的地质聚合物胶凝材料对于飞灰中的重金属元素包括铅、锌、镍、锰、铜、铬...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赵相，陈佳宁，王冬梅，刘凤东，白锡庆，滕藤，赵磊，王德龙，张秋菊，李桂燕，刘彤，
申请(专利权)人：天津市建筑材料科学研究院有限公司，天津天盈新型建材有限公司，天津市贰拾壹站检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12