利用二次铝灰原位发泡的陶粒及其制备方法技术

本发明专利技术提供了利用二次铝灰原位发泡的陶粒及其制备方法，属于固体废物资源化利用技术领域。本发明专利技术以炉排底渣、二次铝灰（SAD）和城市生活垃圾焚烧飞灰作为原料，原位发泡制备高强度轻质陶粒。在氧化剂条件下，通过在高温烧结之前，采用氧化剂熔点到沸点之间的温度进行低温焙烧，氧化剂在该温度下处于熔融状态，完全电离，可以适当活化混合原料中的高活性铝、硅、氮化铝等易氧化原料，而又不会造成过度反应，可以促进石英相、斜长石相和钾长石相的形成，改善陶粒的发泡性能、提高陶粒的抗压强度。而通过外加复合稳泡剂，可以进一步提高陶粒的泡孔均匀性，制备得到高强度质轻的理想陶粒。制备得到高强度质轻的理想陶粒。制备得到高强度质轻的理想陶粒。

【技术实现步骤摘要】
利用二次铝灰原位发泡的陶粒及其制备方法


[0001]本专利技术属于固体废物资源化利用，尤其涉及利用二次铝灰原位发泡的陶粒及其制备方法。

技术介绍

[0002]陶粒是一种具有丰富孔结构的人造陶质颗粒，广泛应用于建筑骨料、水处理、吸音、重金属固化、土壤改良及生态恢复等，陶粒因为具有轻质多孔、强度适当、制作简便、成本低等优点，在屋面种植蓄水保湿材料、吸音材料等方面有着极大的应用前景。陶粒制备常采用粉末烧结制作工艺，该工艺主要是将发泡剂与原料混合搅拌，在热处理方法过程中推动发泡剂在原点产生化学反应产生气泡核。温度升高后熔体粘度降低，气泡在熔体内通过成生长发育、合并等演化，最终在熔体内部构造形成相对稳定的气孔结构。常用于形成材料孔隙的方法有：有机泡沫浸渍法、造孔剂法和发泡法等，研究表明前两种方式成孔过程中的孔隙率、孔径、孔的开口方向难以控制，不利于控制发泡程度。现有技术中多通过外加发泡剂的方式发泡制备陶粒，其中无机化学发泡剂最为常用，如碳酸氢铵、乙酸铵、碳酸钙、碳酸钠、碳化硅、硫酸盐等。为了降低成本，固体废物逐渐被用作原料制备陶粒。
[0003]铝灰是铝加工和生活垃圾焚烧产生的属于危险废物的二次灰渣（SAD），SAD通常被填埋处置，但在填埋时可能释放的化学成分（NH3、氯化物、可溶性铝）对环境影响颇大，而城市生活垃圾焚烧飞灰和炉排底渣亦含有多种有害化学物质，SAD、城市生活垃圾焚烧飞灰和炉排底渣等危险固体废物资源的处理方法成了行业内的迫切需求。而通过高温煅烧处理，可以在固化危险固废中的重金属的同时将二噁英类物质在高温阶段彻底分解，可以实现无害化、资源化处理，因此，将以上危险固废用于制备陶粒是理想的资源化处置方式。
[0004]专利（CN105712733B）公开了一种利用垃圾焚烧飞灰和生物质热解
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气化残渣为原料制备多孔生物陶粒的方法，包括生活垃圾焚烧飞灰在气化剂存在的条件下经过高温处理后得到残余灰渣，生物质经过低温热解
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高温水蒸汽气化后得到热解残渣，然后与粉煤灰、粘土、成孔剂等经过原物料的混合、造粒、干燥及高温焙烧得到多孔生物陶粒产品，既能实现飞灰和生物质热解气化残渣的无害化处理，又利用了垃圾焚烧飞灰和生物质热解残渣制备了多孔生物陶粒产品，减少了陶粒工业对天然原料的需求量。但是该专利需要外加成孔剂实现发泡。
[0005]由于SAD中含有的AlN是一种还原性发泡剂，可以被氧化并释放N2从而实现发泡作用，SAD可作为发泡剂制备陶粒。
[0006]期刊文献（“二次铝灰制备高强度陶粒及其性能研究”陈辛等，《硅酸盐通报》，第42卷第2期）为了解决制铝行业中产生的二次铝灰堆存处置问题，以二次铝灰为原料，通过水洗、圆盘造粒，再经 1200
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1400℃热处理，可以制备表观密度为 1.40
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1.82g/cm3、体积密度为 1.34
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1.81g/cm3、筒压强度为 3.7
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25.7MPa 的二次铝灰基多孔陶粒。但该文章采用二次铝灰单独作为原料制备陶粒，不能实现其他危险固废的资源化利用。
[0007]因此，有必要提供利用二次铝灰原位发泡的陶粒及其制备方法，以炉排底渣、二次
铝灰和城市生活垃圾焚烧飞灰作为原料，原位发泡制备高强度轻质陶粒，并通过分步烧结工艺和外加复合稳泡剂，提高陶粒的泡孔均匀性，制备得到高强度质轻的理想陶粒。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术存在的问题，提供了利用二次铝灰原位发泡的陶粒及其制备方法。本专利技术以炉排底渣、二次铝灰（SAD）和城市生活垃圾焚烧飞灰作为原料，原位发泡制备高强度轻质陶粒。在氧化剂条件下，通过在高温烧结之前，将混合原料先低温干燥去除水分，避免原料中的AlN与水剧烈反应降低发泡效率，再采用氧化剂熔点到沸点之间的温度进行低温焙烧，氧化剂在该温度下处于熔融状态，完全电离，可以适当活化混合原料中的高活性铝、硅、氮化铝等易氧化原料，而又不会造成过度反应，可以促进石英相、斜长石相和钾长石相的形成，改善陶粒的发泡性能、提高陶粒的抗压强度。而通过外加复合稳泡剂，可以进一步提高陶粒的泡孔均匀性，制备得到高强度质轻的理想陶粒。
[0009]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了利用二次铝灰原位发泡的陶粒的制备方法，包括如下步骤：1）按配方称取炉排底渣、二次铝灰、城市生活垃圾焚烧飞灰、复合稳泡剂和氧化剂，加水混合均匀，制成的生球颗粒，在105
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150℃下干燥；2）预烧结：通入空气，将干燥后的生球颗粒进行低温焙烧；3）烧结：保持通入空气，将低温焙烧后的生球颗粒在1230
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1270℃下烧结，得到所述利用二次铝灰原位发泡的陶粒；其中，炉排底渣、二次铝灰和城市生活垃圾焚烧飞灰的质量比为39:0.5
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7:2
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5；低温焙烧的温度T满足以下条件：氧化剂的熔点＜T＜氧化剂的沸点。
[0010]在一项优选的实施方案中，所述氧化剂选自硝酸钠、过氧化钠，其用量为炉排底渣、二次铝灰、城市生活垃圾焚烧飞灰总用量的0.1
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2%。
[0011]在一项优选的实施方案中，所述氧化剂为硝酸钠，低温焙烧的温度T满足以下条件：308℃＜T＜380℃。
[0012]在一项优选的实施方案中，所述氧化剂为为过氧化钠，低温焙烧的温度T满足以下条件：460℃＜T＜657℃。
[0013]在一项优选的实施方案中，所述复合稳泡剂为质量比为1:0.8
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1.2:0.2
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0.5的十二水磷酸钠、硼砂和三乙醇胺，所述复合稳泡剂的添加量为炉排底渣、二次铝灰和城市生活垃圾焚烧飞灰总用量的5
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15%。
[0014]在一项优选的实施方案中，步骤2）中以1
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2L/min通入空气。
[0015]在一项优选的实施方案中，步骤1）中干燥时间为10
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20h。
[0016]在一项优选的实施方案中，步骤2）中预烧结时间为20
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40min。
[0017]在一项优选的实施方案中，步骤3）中烧结时间为10
‑
40min。
[0018]在一项优选的实施方案中，炉排底渣、二次铝灰和城市生活垃圾焚烧飞灰的质量比为39:0.8
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6.4:3。
[0019]在一项优选的实施方案中，所述炉排底渣、二次铝灰和城市生活垃圾焚烧飞灰混合后硅铝比为1
‑
3。
[0020]在一项优选的实施方案中，生球颗粒的直径为0.05
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2cm。
[0021]在一项优选的实施方案中，步骤1）中按固液比4
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6:1加水混合均匀。
[0022]在一项优选的实施方案中，步骤2）中以8
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12℃/min的速度升温至预烧结温度。
[0023]在一项优选的实施方案中，步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用二次铝灰原位发泡的陶粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）按配方称取炉排底渣、二次铝灰、城市生活垃圾焚烧飞灰、复合稳泡剂和氧化剂，加水混合均匀，制成生球颗粒，在105
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150℃下干燥；2）预烧结：通入空气，将干燥后的生球颗粒进行低温焙烧；3）烧结：保持通入空气，将低温焙烧后的生球颗粒在1230
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1270℃下烧结，得到所述利用二次铝灰原位发泡的陶粒；其中，炉排底渣、二次铝灰和城市生活垃圾焚烧飞灰的质量比为39:0.5
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7:2
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5；低温焙烧的温度T满足以下条件：氧化剂的熔点＜T＜氧化剂的沸点。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化剂选自硝酸钠、过氧化钠，其用量为炉排底渣、二次铝灰、城市生活垃圾焚烧飞灰总用量的0.1
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2%。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为硝酸钠，低温焙烧的温度T满足以下条件：308℃＜T＜380℃。4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为为过氧化钠，低温焙烧的温度T满足以下条件：460℃＜T＜657℃。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合稳泡剂为质量比为1:0.8
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1.2:0.2
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0.5的十二水磷酸钠、硼砂和三乙醇胺，所述复合稳泡剂的添加量为炉排底渣、二次铝灰和城市生活垃圾焚烧飞灰总用量的5
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨金忠，朱星翰，杨玉飞，迭庆杞，徐昱煚，周金良，
申请(专利权)人：昱源宁海环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：