【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体废弃物安全处置和资源化利用的，具体涉及一种生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料及制备方法。
技术介绍
1、近些年来，为了缓解自然资源过度消耗导致的天然砂石骨料枯竭问题，回收固体废弃物制备高性能人造骨料引起了研究者的广泛关注，这也为垃圾焚烧飞灰的大规模消纳和资源化利用提供了一条可行的出路。人造骨料的制备技术主要包括高温烧结技术和冷粘结技术，其中高温烧结技术伴随着巨大的能源消耗和二氧化碳排放，同时容易造成垃圾焚烧飞灰中重金属等污染物的挥发进而产生二次污染问题，因此该技术并不适合用于垃圾焚烧飞灰的资源化利用。而冷粘结技术则是基于不同的胶凝体系，利用胶凝材料的水化反应或地质聚合反应来实现骨料硬化，并通过反应产物的物理封装、化学吸附和共价结合等多种物理化学机制实现原料内源污染物的固定，具有能耗低、环境效益高等优点。同时，垃圾焚烧飞灰中含有30-40%的氧化钙，能够与其他富含硅铝相的固体废弃物发生地质聚合反应生成凝胶产物，因此通过科学组分配伍，利用冷粘结技术能够制备高性能垃圾焚烧飞灰基人造骨料，从而实现垃圾焚烧飞灰的绿色安全处置与资源化利用。
2、生物炭是一种轻质、多孔的负碳材料，具有高孔隙率、高比表面积、高吸水率等特点。已有研究表明，在水泥基材料中加入适量的生物炭，由于其内养护效应，能够显著提高水泥基材料的体积稳定性，并增强其力学性能。同时，生物炭的高孔隙率以及对非极性化合物的高亲和力，使得其具有极好的co2吸附能力。在垃圾焚烧飞灰基人造骨料中掺入生物炭，通过科学设计原料配比，能够生产轻质、高强的新型固碳人
3、本专利技术主要针对以下存在的技术问题：
4、（1）垃圾焚烧飞灰成分复杂且产量巨大，其大规模资源化利用率低；
5、（2）传统人造骨料的生产与应用往往伴随大量的碳排放，且产品功能单一。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提出一种生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料及制备方法，利用垃圾焚烧飞灰、粒化高炉矿渣和脱硫石膏之间的化学成分互补机制，并掺入多孔、轻质的生物炭，通过科学的配方设计以及合理的工艺路线优化，制备出一种新型、低碳的全固废基轻质高强人造骨料。同时，利用该方法制备的人造骨料还具有优异的力学性能和出色的co2吸收与封存能力。
2、为实现上述目的，本专利技术提出以垃圾焚烧飞灰、粒化高炉矿渣、脱硫石膏和生物炭为原料，通过圆盘造粒技术制备人造骨料的方法，本专利技术是通过如下技术方案来实现的：
3、本专利技术公开了一种生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料，人造骨料是以水化硅铝酸钙凝胶、钙矾石和弗氏盐为主要水化产物的球形骨料，其中，制备生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料所使用的原料包括垃圾焚烧飞灰、粒化高炉矿渣、脱硫石膏，外加一定量的生物炭以增强人造骨料的co2吸收与封存能力。
4、本专利技术还公开了一种生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料的制备方法，包括以下步骤：
5、s1：将垃圾焚烧飞灰、粒化高炉矿渣、脱硫石膏、生物炭，按照质量比20-25：55-65：10-15：4-12的比例均匀混合，得到混合干料，其中垃圾焚烧飞灰需在混合前置于高温条件下烘干至恒重；
6、s2：称取部分混合干料，将去离子水与部分混合干料混合并搅拌，得混合湿料，当混合湿料转变为大量直径0.5-1 mm的独立团聚体时，迅速将其转移至倾角为45-55°、转速为40-75 r/min的圆盘造粒机中；
7、s3：每隔2-5分钟加入部分混合干料以及与部分混合干料对应比例的去离子水，共加入3-5次混合干料以及与之对应比例的去离子水，当圆盘造粒机中产生连续粒径分布的新鲜球体时造粒结束，新鲜球体称为第一骨料预成品；
8、s4：使用2.36 mm、4.75 mm、9.5 mm、16 mm、20 mm标准筛将第一骨料预成品进行筛分获得第二骨料预成品；
9、s5：将获得的第二骨料预成品转入标准养护箱中进行标准养护至少28天，即可得到骨料成品。
10、作为进一步地改进，本专利技术所述的步骤s1中的垃圾焚烧飞灰是经过低温热解和多级水洗后的脱毒飞灰。
11、作为进一步地改进，本专利技术所述的步骤s1中的生物炭在混合前需进行研磨，使其颗粒小于2.36 mm。
12、作为进一步地改进，本专利技术所述的步骤s2中去离子水与所取部分混合干料的质量比为0.34-0.31：1.0。
13、作为进一步地改进，本专利技术所述的步骤s3中去离子水与所取部分混合干料的质量比为0.24-0.22：1.0
14、作为进一步地改进，本专利技术所述的步骤s4中将第一骨料预成品按照所需粒径范围进行筛分后，包括粒径为4.75-20 mm的粗骨料，以及粒径2.36-4.75 mm的细骨料。
15、作为进一步地改进，本专利技术所述的步骤s5中的标准养护条件为温度20 ± 2 ℃，相对湿度≥ 95 %。
16、本专利技术提供了一种垃圾焚烧飞灰安全处置及资源化利用的新途径，基于不同固体废弃物之间的化学成分互补机制，科学优化组分配伍，协同回收垃圾焚烧飞灰与粒化高炉矿渣和脱硫石膏，同时通过掺入生物炭进行改性，制备垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料。
17、与现有技术相比，本专利技术的特点和有益效果为：
18、（1）本专利技术所提出的原材料配比，即垃圾焚烧飞灰：粒化高炉矿渣：脱硫石膏：生物炭=（20-25）：（55-65）：（10-15）：（4-12），充分利用垃圾焚烧飞灰富含碱性钙盐的特点，协同多源固废制备冷粘结人造骨料，实现了垃圾焚烧飞灰的高掺量回收与资源化利用，并且相比于传统人造骨料的生产过程碳排放更低；
19、（2）本专利技术创新性地提出利用生物炭对垃圾焚烧飞灰基人造骨料进行改性，一方面利用生物炭的内养护效应，在保证了人造骨料筒压强度的同时实现轻质化，另一方面基于生物炭高孔隙率、高比表面积的特点，增强了人造骨料对于co2 的吸收与封存能力，赋予了人造骨料固碳的功能，同时进一步降低了人造骨料生产和应用过程中的碳排放。（3）本专利技术采用圆盘造粒技术制备冷粘结人造骨料，通过选择合适的圆盘倾角（45-55°）和转速（40-75 r/min），形成高效的垃圾焚烧飞灰基人造骨料制备工艺路径，同时相比于传统的高温烧结制备人造骨料能耗更低且不存在污染物挥发造成的二次污染问题，整体制备工艺更为绿色、低碳。
20、总体而言，相比于传统的垃圾焚烧飞灰填埋处置方式，本专利技术大大降低了因填埋而导致的土地资源占用以及潜在的环境二次污染风险，同时实现了垃圾焚烧飞灰、粒化高炉矿渣和脱硫石膏三类固体废弃物的资源化利用，而在生物炭的改性作用下将其转化成轻质、高强的固碳人造骨料，进一步减少了对天然砂石骨料的开采需求。
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1.一种生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料，其特征在于，所述的人造骨料是以水化硅铝酸钙凝胶、钙矾石和弗氏盐为主要水化产物的球形骨料，其中，制备所述的生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料所使用的原料包括垃圾焚烧飞灰、粒化高炉矿渣、脱硫石膏，外加一定量的生物炭以增强人造骨料的CO2吸收与封存能力。
2.一种生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的垃圾焚烧飞灰是经过低温热解和多级水洗后的脱毒飞灰。
4.根据权利要求2或3所述的生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的生物炭在混合前需进行研磨，使其颗粒小于2.36 mm。
5.根据权利要求4所述的生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中去离子水与所取部分混合干料的质量比为0.34-0.31：1.0。
6.根据权利要求2或3或5所述的生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人
7. 根据权利要求6所述的生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中将第一骨料预成品按照所需粒径范围进行筛分后，包括粒径为4.75-20 mm的粗骨料，以及粒径2.36-4.75 mm的细骨料。
8.根据权利要求7所述的生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的标准养护条件为温度20 ± 2 ℃，相对湿度≥ 95 %。
...【技术特征摘要】
1.一种生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料，其特征在于，所述的人造骨料是以水化硅铝酸钙凝胶、钙矾石和弗氏盐为主要水化产物的球形骨料，其中，制备所述的生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料所使用的原料包括垃圾焚烧飞灰、粒化高炉矿渣、脱硫石膏，外加一定量的生物炭以增强人造骨料的co2吸收与封存能力。
2.一种生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的垃圾焚烧飞灰是经过低温热解和多级水洗后的脱毒飞灰。
4.根据权利要求2或3所述的生物炭改性的垃圾焚烧飞灰基固碳人造骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的生物炭在混合前需进行研磨，使其颗粒小于2.36 mm。
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，刘振业，赵星磊，夏岩，黄钢，宋振昊，严建华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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