基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法

1.本发明属于危险废弃物无害化处置领域，尤其涉及基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法。


背景技术：

2.垃圾焚烧飞灰中含有重金属与二噁英类污染物，具有环境毒害性，被列在
3.《国家危险废物名录》(2021年版)。同时，当前生活垃圾主要采取炉排炉焚烧，所产飞灰氯含量较高(8％～32％)，所含可溶性氯盐含量高。对垃圾焚烧飞灰进行固化稳定化处置，是快速实现垃圾焚烧飞灰无害化解毒的方式之一。
4.硅酸镁水泥主要由轻烧氧化镁粉和硅酸盐溶液搅拌制备，具有胶凝时间短，试块强度高、操作简便等优点，在建筑领域有较好的推广应用前景。混合硅酸镁水泥、垃圾焚烧飞灰和水，垃圾焚烧飞灰中氧化钙遇水形成氢氧化钙，氢氧化钙通过碱激发作用促进硅酸镁水泥中硅基材料溶解形成可溶性硅酸盐。可溶性硅酸盐与硅酸镁水泥中的轻烧氧化镁及飞灰中氢氧化钙反应生成硅酸钙及硅酸镁水化混合胶凝产物。垃圾焚烧飞灰中的二噁英、重金属及氯化物通过水化胶凝产物物理包裹，一定程度上实现稳定化。
5.但是考虑到垃圾焚烧飞灰中氢氧化钙碱激发作用较弱，用传统硅酸镁水泥直接固化垃圾焚烧飞灰的胶凝材料初期及后期强度形成慢，飞灰中二噁英、重金属及氯化物固化效果均较差。同时，垃圾焚烧飞灰中的无机氯盐会严重干扰硅酸钙及硅酸镁水化混合胶凝产物形成。因此，若想通过硅酸镁水泥对垃圾焚烧飞灰实现有效固化/稳定化，必须调整或改进现有硅酸盐水泥材料特性，研发新方法以解决上述问题。


技术实现要素：

6.发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法。
7.技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供了基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法，包括以下步骤：
8.1)分别称取纳米材料与硅基材料，混合，研磨均匀，得到纳米硅基混掺料；
9.2)分别称取海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料，混合，研磨均匀，得到纳米改性硅反应料；
10.3)分别称取轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料，混合得到混合反应料；
11.4)向混合反应料中加入水，搅拌5～25分钟，入模，养护，脱模，得到垃圾焚烧飞灰无害化固化材料。
12.其中，步骤1)中所述纳米材料包括纳米二氧化硅或纳米硅酸钙中任意一种。
13.其中，步骤1)中所述硅基材料包括硅灰、高炉矿渣、凝灰岩中任意一种。
14.其中，步骤1)中纳米材料与硅基材料质量比为5～125∶10000。
15.其中，步骤2)中海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料的质量比为0.25～2.25∶2.5～12.5∶100。
16.其中，步骤3)中所述轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比为25～100∶25～100∶100。
17.其中，步骤4)中所述混合反应料和水的水固比0.25～0.55∶1ml/g。
18.本发明的反应机理：向混合反应料中加入水，搅拌过程中轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料相互反应。轻烧氧化镁及飞灰中氧化钙与水反应生成氢氧化镁和氢氧化钙。氢氧化钙和海藻酸钠促进硅基材料及纳米材料碱溶并与氢氧化镁、聚合硫酸铝、垃圾焚烧飞灰反应生成硫铝酸钙及海藻酸钙填充的硫氧镁、氯氧镁、硅酸镁、硅酸钙水化产物共混的高活性凝胶(如图2)。纳米材料不仅可加速成核过程，加速凝胶硬化，同时可通过静电吸附强化重金属及二噁英污染物在凝胶中富集和稳定化。聚合硫酸铝不仅可以通过卷扫及羟桥搭建作用强化垃圾焚烧飞灰絮凝蓄水能力，提升养护水化效率，还可以与轻烧氧化镁和垃圾焚烧飞灰反应生成硫(镁)铝酸钙水泥基凝胶。硫(镁)铝酸钙水泥基凝胶填充在硅酸镁及硅酸钙水化产物层间结构中，从而强化水化产物结构稳定性。同时，海藻酸钠、聚合硫酸铝及纳米材料可强化飞灰中可溶性氯化物的化学吸附，促进氯化物与氢氧化镁反应生成氯氧镁水泥水化凝胶。氯氧镁水泥水化凝胶与硫氧镁、氯氧镁、硅酸镁、硅酸钙水化产物共混，纳米材料、硫铝酸钙及海藻酸钙填充在混合凝胶结构中，这不仅提高了固化材料强度，同时也强化了对重金属、二噁英及可溶氯盐的固化/稳定化效果。
19.有益效果：与现有技术相比，本发明具备以下优点：本发明制备过程简单，所需原料来源广泛、易得。本发明通过改性现有硅酸镁水泥，通过纳米调控及聚合硫酸铝及海藻酸钠激发强化，提高硅酸镁水泥固化垃圾焚烧飞灰材料强度，以解决现有硅酸镁水泥固化垃圾焚烧飞灰存在的问题。本发明方法还强化了硅酸镁水泥对垃圾焚烧飞灰中重金属、二噁英及可溶氯盐的固化/稳定化效果。通过本发明所得固化试件最高单轴抗压强度可达61.72mpa，最低可溶性氯含量为0.15％，重金属浸出浓度和二噁英含量均满足《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》(hj1134-2020)污染控制要求。
附图说明
20.图1为本发明处理方法的流程图；
21.图2为本发明制备的垃圾焚烧飞灰无害化固化材料的sem扫描电镜图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
23.纳米二氧化硅：纳米二氧化硅来自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，分子式：sio2，99％metals basis，货号：s490064；
24.纳米硅酸钙：纳米硅酸钙来自石家庄东昊化工研究院有限公司，分子式：casio3，产品型号：dhg；
25.硅灰：硅灰来自石家庄博瑞建材有限公司，主要包括92.54％sio2、2.87％al2o3、1.05％fe2o3、1.14％mgo、0.68％cao、0.52％na2o及其它成分；
26.高炉矿渣：高炉矿渣来自灵寿县雷云矿产品加工厂，主要包括41.19％cao、38.26％sio2、8.94％al2o3、5.06％mgo、3.21％tio2、2.15％so3及其它成分。
27.凝灰岩：凝灰岩来自信阳市平桥区五里镇七桥村杨洼西采石场，主要包括77.98％sio2、11.44％al2o3、7.28％k2o、1.18％na2o、1.08％fe2o3、0.35％cao、0.17％mgo、0.13％tio2及其它成分；
28.海藻酸钠∶海藻酸钠∶海藻酸钠来自上海麦克林生化科技股份有限公司，超高粘度ii型，1％粘度：7000～10000mpa
·
s；
29.聚合硫酸铝：聚合硫酸铝来自湖北鑫鸣泰化学有限公司，纯度：98％；
30.轻烧氧化镁：轻烧氧化镁来自南通润丰石油化工有限公司，主要包括96.04％mgo、0.75％sio2、0.46％cao、0.11％fe2o3及其它成分；
31.垃圾焚烧飞灰：垃圾焚烧飞灰由江苏常熟某垃圾焚烧发电厂公司提供，主要包括36.2％cao、23.9％cl、11.0％so3、11.6％na2o、6.33％k2o、4.38％sio2、1.40％fe2o3、1.25％al2o3及其它成分。
32.实施例1纳米材料与硅基材料质量比对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
33.按照质量比2.5∶10000、3∶10000、4∶10000、5∶10000、65∶10000、125∶10000、150∶10000、175∶10000、200∶10000分别称取纳米二氧化硅与硅灰，混合，研磨均匀，得到纳米硅基混掺料。按照质量比0.25∶2.5∶100分别称取海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料，混合，研磨均匀，得到纳米改性硅反应料。按照质量比25∶25∶100分别称取轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料，混合，得到混合反应料。按照水固比0.25∶1ml/g向混合反应料中加入水，搅拌5分钟，入模，养护，脱模，得到垃圾焚烧飞灰无害化固化材料，其扫描电镜图参见图2。
34.抗压强度测试：本发明制备的固化材料的抗压强度测试按照《混凝土实心砖》(gbt 21144)标准执行。
35.浸出液制备：本发明制备的固化材料的浸出液按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj 557)制备。
36.浸出液中重金属离子浓的度测定：浸出液中铅、镉两种污染物浓度按照《水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》(hj 776)测定。浸出液中总铬按照《水质铬的测定火焰原子吸收分光光度法》(hj 757-2015)测定。
37.二噁英类物质的测定：二噁英类物质按照《固体废物二噁英类的测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》(hj 77.3-2008)进行测定。
38.氯含量的测定：固化材料中氯含量按照《建筑用砂》(gb/t 14684-2011)进行测定。本实施例试验结果见表1。
39.表1纳米二氧化硅与硅灰的质量比对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
[0040][0041][0042]
由表1可知，当纳米二氧化硅与硅灰质量比小于5∶10000时(如表1中，纳米二氧化硅与硅灰质量比＝4∶10000、3∶10000、2.5∶10000时以及表1中未列举的更低比值)，纳米二氧化硅添加量较少，重金属稳定性及固化体固化性能变差，导致所制备固化材料重金属铅、六价铬、镉浸出毒性、氯化物、二噁英含量均随着纳米二氧化硅与硅灰质量比减小而显著增加，而所制备固化材料强度随着纳米二氧化硅与硅灰质量比减小而显著减小。当纳米二氧化硅与硅灰质量比等于5～125∶10000时(如表1中，纳米二氧化硅与硅灰质量比＝5∶10000、65∶10000、125∶10000时)，纳米二氧化硅不仅可加速成核过程，加速凝胶硬化，同时可通过静电吸附强化重金属及二噁英污染物在凝胶中富集和稳定化。海藻酸钠、聚合硫酸铝及纳米二氧化硅可强化飞灰中可溶性氯化物的化学吸附，促进氯化物与氢氧化镁反应生成氯氧镁水泥水化凝胶。最终，所制备固化材料重金属铅浸出毒性均小于0.5mg/l、六价铬浸出毒性均小于0.4mg/l、镉浸出毒性均小于0.1mg/l、氯化物含量均低于1.5％、二噁英物质均低于23ng-teq/kg、单轴抗压强度均高于44mpa。由表1可知，当纳米二氧化硅与硅灰质量比大于125∶10000时(如表1中，纳米二氧化硅与硅灰质量比＝150∶10000、175∶10000、200∶10000时以及表1中未列举的更高比值)，纳米二氧化硅添加过量，随着纳米二氧化硅与硅灰质量比进一步增加，所制备固化材料重金属铅、六价铬、镉浸出毒性、氯化物、二噁英含量及单轴抗压强度均变化不显著。因此，总体而言，结合效益与成本，当纳米二氧化硅与硅灰质量比等于5～125∶10000时，最有利于垃圾焚烧飞灰处置。
[0043]
实施例2海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
[0044]
按照质量比125∶10000分别称取纳米二氧化硅与硅灰，混合，研磨均匀，得到纳米硅基混掺料。按照质量比0.25∶1.0∶100、0.25∶1.5∶100、0.25∶2.0∶100、0.1∶2.5∶100、0.15∶2.5∶100、0.2∶2.5∶100、0.25∶2.5∶100、1.25∶2.5∶100、2.25∶2.5∶100、0.25∶7.5∶100、1.25∶7.5∶100、2.25∶7.5∶100、0.25∶12.5∶100、1.25∶12.5∶100、2.25∶12.5∶100、2.5∶12.5∶100、
2.75∶12.5∶100、3∶12.5∶100、2.25∶15∶100、2.25∶17.5∶100、2.25∶20∶100分别称取海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料，混合，研磨均匀，得到纳米改性硅反应料。按照质量比62.5∶62.5∶100分别称取轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料，混合，得到混合反应料。按照水固比0.4∶1ml/g向混合反应料中加入水，搅拌15分钟，入模，养护，脱模，得到垃圾焚烧飞灰无害化固化材料。
[0045]
抗压强度测试、浸出液制备、浸出液中重金属离子浓的度测定、二噁英类物质的测定、氯含量的测定均同实施例1，本实施例试验结果见表2。
[0046]
表2海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
[0047]
[0048]
由表2可知，当海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比小于0.25∶2.5∶100时(如表2中，海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比＝0.2∶2.5∶100、0.15∶2.5∶100、0.1∶2.5∶100、0.25∶2.0∶100、0.25∶1.5∶100、0.25∶1.0∶100时以及表2中未列举的更低比值)，海藻酸钠和聚合硫酸铝添加较少，重金属稳定性及固化体固化性能变差，导致所制备固化材料重金属铅、六价铬、镉浸出毒性、氯化物、二噁英含量均随着海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比减小而显著增加，而所制备固化材料强度随着海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比减小而显著减小。当海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比等于0.25～2.25∶2.5～12.5∶100时(如表2中，海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比＝0.25∶2.5∶100、1.25∶2.5∶100、2.25∶2.5∶100、0.25∶7.5∶100、1.25∶7.5∶100、2.25∶7.5∶100、0.25∶12.5∶100、1.25∶12.5∶100、2.25∶12.5∶100时)，氢氧化钙和海藻酸钠促进硅基材料及纳米材料碱溶并与氢氧化镁、聚合硫酸铝、垃圾焚烧飞灰反应生成硫铝酸钙及海藻酸钙填充的硫氧镁、氯氧镁、硅酸镁、硅酸钙水化产物共混的高活性凝胶。聚合硫酸铝不仅可以通过卷扫及羟桥搭建作用强化垃圾焚烧飞灰絮凝蓄水能力，提升养护水化效率，还可以与轻烧氧化镁和垃圾焚烧飞灰反应生成硫(镁)铝酸钙水泥基凝胶。硫(镁)铝酸钙水泥基凝胶填充在硅酸镁及硅酸钙水化产物层间结构中，从而强化水化产物结构稳定性。同时，海藻酸钠、聚合硫酸铝及纳米材料可强化飞灰中可溶性氯化物的化学吸附，促进氯化物与氢氧化镁反应生成氯氧镁水泥水化凝胶。最终，所制备固化材料重金属铅浸出毒性均小于0.4mg/l、六价铬浸出毒性均小于0.3mg/l、镉浸出毒性均小于0.1mg/l、氯化物含量均低于1.1％、二噁英物质均低于15ng-teq/kg、单轴抗压强度均高于53mpa。当海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比大于2.25∶12.5∶100时(如表2中，海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比＝2.25∶20∶100、2.25∶17.5∶100、2.25∶15∶100、3∶12.5∶100、2.75∶12.5∶100、2.5∶12.5∶100时以及表2中未列举的更高比值)，海藻酸钠和聚合硫酸铝添加过量，使得高活性凝胶生成量减少，导致所制备固化材料重金属铅、六价铬、镉浸出毒性、氯化物、二噁英含量均随着海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比进一步增加而显著增加，所制备固化材料单轴抗压强度随着海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比进一步增加而显著降低。因此，总体而言，结合效益与成本，当海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料质量比等于0.25～2.25∶2.5～12.5∶100时，最有利于垃圾焚烧飞灰处置。
[0049]
实施例3轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
[0050]
按照质量比125∶10000分别称取纳米二氧化硅与硅灰，混合，研磨均匀，得到纳米硅基混掺料。按照质量比2.25∶12.5∶100分别称取海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料，混合，研磨均匀，得到纳米改性硅反应料。按照质量比25∶10∶100、25∶15∶100、25∶20∶100、10∶25∶100、15∶25∶100、20∶25∶100、25∶25∶100、62.5∶25∶100、100∶25∶100、25∶625∶100、625∶625∶100、100∶625∶100、25∶100∶100、625∶100∶100、100∶100∶100、125∶100∶100、150∶100∶100、175∶100∶100、100∶125∶100、100∶150∶100、100∶175∶100分别称取轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料，混合，得到混合反应料。按照水固比0.55∶1ml/g向混合反应料中加入水，搅拌25分钟，入模，养护，脱模，得到垃圾焚烧飞灰无害化固化材料。
[0051]
抗压强度测试、浸出液制备、浸出液中重金属离子浓的度测定、二噁英类物质的测定、氯含量的测定均同实施例1，本实施例试验结果见表3。
[0052]
表3轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
[0053][0054][0055]
由表3可知，当轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比小于25∶25∶100时(如表3中，轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比＝20∶25∶100、15∶25∶100、10∶25∶100、25∶20∶100、25∶15∶100、25∶10∶100时以及表3中未列举的更低比值)，轻烧氧化镁及垃圾焚烧飞灰添加较少，重金属稳定性及固化体固化性能变差，导致所制备固化材料重金属铅、六价铬、镉浸出毒性、氯化物、二噁英含量均随着轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比减小而增加，而所制备固化材料强度随着轻烧氧化镁、垃圾焚
烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比减小而减小。当轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比等于25～100∶25～100∶100时(如表3中，轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比＝25∶25∶100、62.5∶25∶100、100∶25∶100、25∶62.5∶100、62.5∶62.5∶100、100∶62.5∶100、25∶100∶100、62.5∶100∶100、100∶100∶100时)，向混合反应料中加入水，搅拌过程中轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料相互反应。轻烧氧化镁及飞灰中氧化钙与水反应生成氢氧化镁和氢氧化钙。氢氧化钙和海藻酸钠促进硅基材料及纳米材料碱溶并与氢氧化镁、聚合硫酸铝、垃圾焚烧飞灰反应生成硫铝酸钙及海藻酸钙填充的硫氧镁、氯氧镁、硅酸镁、硅酸钙水化产物共混的高活性凝胶。纳米材料不仅可加速成核过程，加速凝胶硬化，同时可通过静电吸附强化重金属及二噁英污染物在凝胶中富集和稳定化。聚合硫酸铝不仅可以通过卷扫及羟桥搭建作用强化垃圾焚烧飞灰絮凝蓄水能力，提升养护水化效率，还可以与轻烧氧化镁和垃圾焚烧飞灰反应生成硫(镁)铝酸钙水泥基凝胶。硫(镁)铝酸钙水泥基凝胶填充在硅酸镁及硅酸钙水化产物层间结构中，从而强化水化产物结构稳定性。同时，海藻酸钠、聚合硫酸铝及纳米材料可强化飞灰中可溶性氯化物的化学吸附，促进氯化物与氢氧化镁反应生成氯氧镁水泥水化凝胶。氯氧镁水泥水化凝胶与硫氧镁、氯氧镁、硅酸镁、硅酸钙水化产物共混，纳米材料、硫铝酸钙及海藻酸钙填充在混合凝胶结构中，这不仅提高了固化材料强度，同时也强化了对重金属、二噁英及可溶氯盐的固化/稳定化效果。最终，所制备固化材料重金属铅浸出毒性均小于0.2mg/l、六价铬浸出毒性均小于0.1mg/l、镉浸出毒性均小于0.01mg/l、氯化物含量均低于0.5％、二噁英物质均低于7ng-teq/kg、单轴抗压强度均高于58mpa。当轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比大于100∶100∶100时(如表3中，轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比＝125∶100∶100、150∶100∶100、175∶100∶100、100∶125∶100、100∶150∶100、100∶175∶100时以及表3中未列举的更高比值)，轻烧氧化镁和垃圾焚烧飞灰添加过量，使得高活性凝胶生成量减少，导致所制备固化材料重金属铅、六价铬、镉浸出毒性、氯化物、二噁英含量均随着轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比进一步增加而显著增加，所制备固化材料单轴抗压强度随着轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比进一步增加而显著降低。因此，总体而言，结合效益与成本，当轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比等于25～100∶25～100∶100时，最有利于垃圾焚烧飞灰处置。
[0056]
实施例4纳米材料类型对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
[0057]
按照质量比125∶10000分别称取纳米材料与硅基材料，混合，研磨均匀，得到纳米硅基混掺料，其中纳米材料为纳米二氧化硅或纳米硅酸钙中的一种，硅基材料为硅灰。按照质量比2.25∶12.5∶100分别称取海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料，混合，研磨均匀，得到纳米改性硅反应料。按照质量比100∶100∶100分别称取轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料，混合，得到混合反应料。按照水固比0.55∶1ml/g向混合反应料中加入水，搅拌25分钟，入模，养护，脱模，得到垃圾焚烧飞灰无害化固化材料。
[0058]
抗压强度测试、浸出液制备、浸出液中重金属离子浓的度测定、二噁英类物质的测定、氯含量的测定均同实施例1，本实施例试验结果见表4。
[0059]
表4纳米材料类型对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
[0060][0061]
由表4可知，当纳米材料为纳米二氧化硅和纳米硅酸钙任意一种时，所实现的重金属浸出、氯含量、二噁英含量、单轴抗压强度均较为接近。
[0062]
实施例5硅基材料类型对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
[0063]
按照质量比125∶10000分别称取纳米材料与硅基材料，混合，研磨均匀，得到纳米硅基混掺料，其中纳米材料为纳米二氧化硅，硅基材料为硅灰、高炉矿渣、凝灰岩中任意一种。按照质量比2.25∶12.5∶100分别称取海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料，混合，研磨均匀，得到纳米改性硅反应料。按照质量比100∶100∶100分别称取轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料，混合，得到混合反应料。按照水固比0.55∶1ml/g向混合反应料中加入水，搅拌25分钟，入模，养护，脱模，得到垃圾焚烧飞灰无害化固化材料。
[0064]
抗压强度测试、浸出液制备、浸出液中重金属离子浓的度测定、二噁英类物质的测定、氯含量的测定均同实施例1，本实施例试验结果见表5。
[0065]
表5硅基材料类型对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
[0066][0067]
由表5可知，当硅基材料为硅灰、高炉矿渣、凝灰岩中任意一种时，所实现的重金属浸出、氯含量、二噁英含量、单轴抗压强度均较为接近。
[0068]
对比例不同工艺对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
[0069]
本发明工艺：按照质量比125∶10000分别称取纳米材料与硅基材料，混合，研磨均匀，得到纳米硅基混掺料，其中纳米材料为纳米二氧化硅，硅基材料为硅灰。按照质量比2.25∶12.5∶100分别称取海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料，混合，研磨均匀，得到纳米改性硅反应料。按照质量比100∶100∶100分别称取轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料，混合，得到混合反应料。按照水固比0.55∶1ml/g向混合反应料中加入水，搅拌25分钟，入模，养护，脱模，得到垃圾焚烧飞灰无害化固化材料。
[0070]
对比工艺1：按照质量比2.25∶12.5∶100分别称取海藻酸钠、聚合硫酸铝、硅灰，混
合，研磨均匀，得到硅反应料。按照质量比100∶100∶100分别称取轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、硅反应料，混合，得到混合反应料。按照水固比0.55∶1ml/g向混合反应料中加入水，搅拌25分钟，入模，养护，脱模，得到垃圾焚烧飞灰无害化固化材料。
[0071]
对比工艺2：按照质量比125∶10000分别称取纳米材料与硅基材料，混合，研磨均匀，得到纳米硅基混掺料，其中纳米材料为纳米二氧化硅，硅基材料为硅灰。按照质量比2.25∶100分别称取海藻酸钠和纳米硅基混掺料，混合，研磨均匀，得到纳米改性硅基料。按照质量比100∶100∶100分别称取轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅基料，混合，得到混合反应料。按照水固比0.55∶1ml/g向混合反应料中加入水，搅拌25分钟，入模，养护，脱模，得到垃圾焚烧飞灰无害化固化材料。
[0072]
抗压强度测试、浸出液制备、浸出液中重金属离子浓的度测定、二噁英类物质的测定、氯含量的测定均同实施例1，本实施例试验结果见表6。
[0073]
表6不同工艺对垃圾焚烧飞灰无害化处置影响
[0074][0075]
由表6可知，本发明工艺实现的垃圾焚烧飞灰无害化处置效果明显优于对比工艺1和对比工艺2。

技术特征：
1.基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)分别称取纳米材料与硅基材料，混合，研磨均匀，得到纳米硅基混掺料；2)分别称取海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料，混合，研磨均匀，得到纳米改性硅反应料；3)分别称取轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料，混合得到混合反应料；4)向混合反应料中加入水，搅拌5～25分钟，入模，养护，脱模，得到垃圾焚烧飞灰无害化固化材料。2.根据权利要求1所述的基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法，其特征在于，步骤1)中所述纳米材料包括纳米二氧化硅或纳米硅酸钙中任意一种。3.根据权利要求1所述的基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法，其特征在于，步骤1)中所述硅基材料包括硅灰、高炉矿渣、凝灰岩中任意一种。4.根据权利要求1所述的基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法，其特征在于，步骤1)中纳米材料与硅基材料质量比为5～125∶10000。5.根据权利要求1所述的基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法，其特征在于，步骤2)中海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料的质量比为0.25～2.25∶2.5～12.5∶100。6.根据权利要求1所述的基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法，其特征在于，步骤3)中所述轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料质量比为25～100∶25～100∶100。7.根据权利要求1所述的基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法，其特征在于，步骤4)中所述水和混合反应料的液固比0.25～0.55∶1ml/g。

技术总结
本发明公开了基于纳米改性硅酸镁水泥实现垃圾焚烧飞灰无害化处置的方法，包括以下步骤：称取纳米材料与硅基材料，得到纳米硅基混掺料；称取海藻酸钠、聚合硫酸铝、纳米硅基混掺料得到纳米改性硅反应料；分别称取轻烧氧化镁、垃圾焚烧飞灰、纳米改性硅反应料，混合得到混合反应料；向混合反应料中加入水，搅拌，入模，养护，脱模，得到垃圾焚烧飞灰无害化固化材料。本发明通过改性现有硅酸镁水泥，通过纳米调控及聚合硫酸铝及海藻酸钠激发强化，提高硅酸镁水泥固化垃圾焚烧飞灰材料强度。通过本发明所得固化试件最高单轴抗压强度可达61.72MPa，最低可溶性氯含量为0.15％，重金属浸出浓度和二噁英含量均满足污染控制要求。浸出浓度和二噁英含量均满足污染控制要求。浸出浓度和二噁英含量均满足污染控制要求。


技术研发人员：黄涛 胡正峰 李悦 冯玉轩 刘铭阳 宋东平 金俊勋 张树文
受保护的技术使用者：常熟理工学院
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/12