一种垃圾焚烧飞灰和锰渣协同处置制备胶凝材料的方法

1.本发明属于垃圾焚烧飞灰无害化处置及资源化利用领域，尤其涉及一种垃圾焚烧飞灰和锰渣协同处置制备胶凝材料的方法。


背景技术：

2.垃圾焚烧飞灰是垃圾焚烧过程所产生烟气通过高温脱硝、急冷（或余热利用）、干法（或半干法）脱酸、活性炭粉旋喷后经过布袋除尘器所捕获下来的粉末颗粒状物质。垃圾焚烧飞灰为危险废弃物，其含有重金属污染物及二噁英类污染物，具有明显的环境毒害性。垃圾焚烧飞灰是一种碱性物料，其成分中含有大量的消石灰、碳酸钙和碱式氯化钙等钙基材料及可溶性氯盐。目前，可选择的垃圾焚烧飞灰无害化处置及资源化利用技术仍然较少，垃圾焚烧飞灰处置及资源化仍然缺乏有力的技术支撑，开拓新的垃圾焚烧飞灰处置技术迫在眉睫。
3.锰渣是电解锰生产过程产生的一种固体废弃物。锰渣为一种酸性物质，每生产1吨电解锰平均会产生约12吨的锰渣。当前，我国每年可产生约1000万吨的锰渣，其累计堆存量已逾1.5亿吨。锰渣具有环境毒害性，其所含的有毒有害物质易在雨水冲刷过程中被释放到堆存区域周边土壤与水体中，从而造成堆存区域周边生态环境破坏。为了确保锰渣中污染物的有效固化稳定化，通常在其资源化使用过程中需要消耗大量的天然集料和胶凝材料。目前，针对开发锰渣自身胶凝活性的技术较少，同时利用锰渣协同处置其它危险废弃物的研究也鲜有报道。
4.本发明协同利用垃圾焚烧飞灰和锰渣制备胶凝材料的方法，为垃圾焚烧飞灰和锰渣的无害化处置及资源化利用提供了有益的技术参考。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是提供了一种垃圾焚烧飞灰和锰渣协同处置制备胶凝材料的方法。
6.技术方案：本发明的垃圾焚烧飞灰和锰渣协同处置制备胶凝材料的方法，包括以下步骤：（1）将锰渣和垃圾焚烧飞灰混合，研磨，得到锰渣飞灰调和灰；（2）将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧，得到锰渣飞灰煅烧料，（3）将锰渣飞灰煅烧料研磨得到锰灰煅烧粉；（4）将水和锰灰煅烧粉混合搅拌，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥；（5）将油泥、铝基材料和脱盐泥混合，富氧煅烧，冷却，研磨，得到飞灰锰渣解毒活性料；（6）将硅基料和飞灰锰渣解毒活性料混合，搅拌均匀，得到胶凝材料。
7.进一步地，步骤（1）中所述锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比为0.5~2.5:1，研磨时间为0.5~2.5小时。
8.进一步地，步骤（2）中所述煅烧温度为1000~1200℃，煅烧时间为1~5小时。
9.进一步地，步骤（3）中所述研磨时间为0.5~2.5小时。
10.进一步地，步骤（4）中所述水和锰灰煅烧粉的液固比为1~3:1ml/g，所述搅拌时间为6~36小时。
11.进一步地，步骤（5）中所述铝基材料为煤矸石、赤泥、粉煤灰中任意一种。
12.进一步地，步骤（5）中所述油泥、铝基材料和脱盐泥的质量比为2.5~12.5:25~75:100。
13.进一步地，步骤（5）中所述富氧条件为氧气含量25%~75%，富氧煅烧时间为1.5~5.5小时，煅烧温度为600~1200℃，研磨时间为0.5~4.5小时。
14.进一步地，步骤（6）中所述硅基料为凝灰岩粉末、高炉矿渣粉末、偏高岭土粉末中任意一种材料。
15.进一步地，步骤（6）中所述硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比为25~45:100。
16.反应机理：将锰渣与垃圾焚烧飞灰混合后，高温煅烧过程中锰渣中的锰和铁元素可作为催化剂促进垃圾焚烧飞灰中二噁英矿化分解掉。同时，高温煅烧过程中垃圾焚烧飞灰中的氢氧化钙通过热分解释放出水蒸气和氧化钙，高温水蒸气可以活化锰渣矿物成分，提高其胶凝特性。垃圾焚烧飞灰中的大量氯盐及锰渣中的硫酸盐还可降低物料熔点，促进锰渣和垃圾焚烧飞灰各成分反应，形成坚硬的熔盐基材料，锰渣和垃圾焚烧飞灰中的重金属污染物被有效固定在熔盐中。煅烧环境中，锰渣中的锰氧化物也可以快速吸附重金属，并实现重金属稳定化。混合水和锰灰煅烧粉，搅拌过程中煅烧粉中未熔融稳定化的可容盐溶解到水中，从而避免二次煅烧及胶凝材料资源化过程中溶盐泛碱问题。混合油泥、铝基材料及脱盐泥，富氧条件下煅烧，油泥充分燃烧，不仅提供更多热源，促进油泥、铝基材料及脱盐泥各物料间充分反应，而且油泥燃烧分解释放的热蒸汽还可以活化物料，使得二氧化硅无定型化并促进铝酸钙、硅酸二钙、铁铝酸钙、硅酸钙等混合活性料的生成。混合硅基料和飞灰锰渣解毒活性料，补充硅源材料，从而保证铝酸盐和硅酸盐胶凝材料水化过程互补强化，互相掺杂，获得密实的水化结构，提高建材强度。
17.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下突出的显著优点：本发明制备方法过程简单，通过合理的配料及煅烧、水溶、富氧煅烧工艺实现垃圾焚烧飞灰、锰渣与其它物料间的充分反应，制备的活性材料固化试件最高单轴抗压强度可达47.85mpa，最低可溶性氯含量为0.12%，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
18.图1为本发明处理方法的流程图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
20.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（烧失量及其它不可避免的杂质）；
锰渣：电解锰渣取自贵州某电解锰厂，主要包括32.17%sio2、24.52%so3、13.74%cao、7.14%al2o3、4.25%fe2o3、3.72%mno、3.54%mgo、1.68%k2o、0.64%na2o及其它成分（烧失量及其它不可避免的杂质）；油泥：油泥取自陕西延长某石油炼化工厂，包含34.51%萃取油、21.73%重质油、27.44%渣及16.32%水；粉煤灰：粉煤灰来自华能太仓电厂，主要包括43.21%sio2、27.08%al2o3、15.62%fe2o3、6.58%cao、3.42%tio2、1.43%so3、1.04%k2o、0.63%na2o及其它成分（不可避免的杂质及烧失量）；煤矸石：煤矸石来自山西西山煤电股份有限公司，主要包括46.87%sio2、33.51%al2o3、12.04%fe2o3、2.72%cao、2.36%k2o、1.37%tio2及其它成分（不可避免的杂质及烧失量）；赤泥：赤泥来自山东某氧化铝有限公司，主要包括23.94%al2o3、21.65%fe2o3、16.74%sio2、14.13%cao、6.24%na2o、5.28%tio2及及其它成分（不可避免的杂质及烧失量）；凝灰岩粉末：凝灰岩粉末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（烧失量及其它不可避免的杂质）；高炉矿渣粉末：高炉矿渣粉末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（烧失量及其它不可避免的杂质）；偏高岭土粉末：偏高岭土来自山西金宇科林科技有限公司，主要包括86.47%sio2、6.52%al2o3、1.83%fe2o3、0.52%k2o、0.15%na2o、0.08%mgo及其它成分（烧失量及其它不可避免的杂质）。
21.实施例1锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比对所制备胶凝材料性能影响按照质量比0.25:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、1.5:1、2.5:1、2.75:1、3:1、3.25:1分别称取锰渣和垃圾焚烧飞灰，混合，研磨0.5小时，得到锰渣飞灰调和灰。将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧1小时，得到锰渣飞灰煅烧料，其中煅烧温度为1000℃。将锰渣飞灰煅烧料研磨0.5小时，得到锰灰煅烧粉。按照液固比1:1ml/g分别称取水和锰灰煅烧粉，搅拌6小时，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥。按照质量比2.5:25:100分别称取油泥、铝基材料及脱盐泥，富氧煅烧1.5小时，煅烧料冷却后，研磨成粉，得到飞灰锰渣解毒活性料，其中煅烧温度为600℃，铝基材料为煤矸石，富氧条件氧气含量为25%，研磨时间为0.5小时。按照质量比25:100混合硅基料和飞灰锰渣解毒活性料，混合，搅拌均匀，得到胶凝材料，其中硅基料为凝灰岩粉末。
22.强度性能测试：将本发明制备的胶凝材料制成受检胶砂，胶砂的制备、试件的制备、试件的养护、试件龄期的选择及试件28天抗压强度（p
28
，mpa）的测量均依据《水泥胶砂强度检验方法（iso法）》gb/t17671-1999标准执行。试件制备所掺沙采用《水泥胶砂强度检验方法（iso法）》gb/t17671-1999规定的iso标准沙。
23.浸出液制备：本发明所制备胶凝材料的浸出液按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（hj557）制备。
24.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。
25.二噁英类物质的测定：本发明所制备胶凝材料二噁英类物质按照《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。
26.氯含量的测定：本发明所制备胶凝材料中氯含量按照《建筑用砂》（gb/t 14684-2011）进行测定。本实施例试验结果见表1。
27.表1 锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比对所制备胶凝材料性能影响
28.由表1可知，当锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比小于0.5:1（如表1中，锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比=0.4:1、0.3:1、0.25:1时以及表1中未列举的更低比值），锰渣添加较少，锰渣和飞灰物料不均衡，高温煅烧过程中锰渣和垃圾焚烧飞灰反应不充分，导致所制备胶凝材料重金属浸出毒性、氯化物含量、二噁英含量均随着锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比减小而显著增加，而所制备胶凝材料强度随着锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比减小而显著减小。当锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比等于0.5~2.5:1（如表1中，锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比=0.5:1、1.5:1、2.5:1时），将锰渣与垃圾焚烧飞灰混合后，高温煅烧过程中锰渣中的锰和铁元素可作为催化剂促进垃圾焚烧飞灰中二噁英矿化分解掉。同时，高温煅烧过程中垃圾焚烧飞灰中的氢氧化钙通过热分解释放出水蒸气和氧化钙，高温水蒸气可以活化锰渣矿物成分，提高其胶凝特性。垃圾焚烧飞灰中的大量氯盐及锰渣中的硫酸盐还可降低物料熔点，促进锰渣和垃圾焚烧飞灰各成分反应，形成坚硬的熔盐基材料，锰渣和垃圾焚烧飞灰中的重金属污染物被有效固定在熔盐中。煅烧环境中，锰渣中的锰氧化物也可以快速吸附重金属，并实现重金属稳定化。混合水和锰灰煅烧粉，搅拌过程中煅烧粉中未熔融稳定化的可容盐溶解到水中，从而避免二次煅烧及胶凝材料资源化过程中溶盐泛碱问题。最终，所制备胶凝材料重金属铅浸出毒性均小于0.1mg/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2%、二噁英物质均低于17ng-teq/kg、单轴抗压强度均高于39mpa。当锰渣
和垃圾焚烧飞灰质量比大于2.5:1（如表1中，锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比=2.75:1、3:1、3.25:1时以及表1中未列举的更高比值），锰渣添加过量，锰渣和飞灰物料失衡，导致所制备胶凝材料重金属浸出毒性、氯化物含量、二噁英含量均随着锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比进一步增加而显著增加，而所制备胶凝材料强度随着锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比进一步增加而显著减小。因此，总体而言，结合效益与成本，当锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比等于0.5~2.5:1时，最有利于提高所制备胶凝材料性能。
29.实施例2油泥、铝基材料及脱盐泥质量比对所制备胶凝材料性能影响按照质量比1.5:1分别称取锰渣和垃圾焚烧飞灰，混合，研磨1.5小时，得到锰渣飞灰调和灰。将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧3小时，得到锰渣飞灰煅烧料，其中煅烧温度为1100℃。将锰渣飞灰煅烧料研磨1.5小时，得到锰灰煅烧粉。按照液固比2:1ml/g分别称取水和锰灰煅烧粉，搅拌21小时，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥。按照质量比1:25:100、1.5:25:100、2:25:100、2.5:10:100、2.5:15:100、2.5:20:100、2.5:25:100、7.5:25:100、12.5:25:100、2.5:50:100、7.5:50:100、12.5:50:100、2.5:75:100、7.5:75:100、12.5:75:100、12.5:80:100、12.5:85:100、12.5:90:100、13.5:75:100、14.5:75:100、15:75:100分别称取油泥、铝基材料及脱盐泥，富氧煅烧3.5小时，煅烧料冷却后，研磨成粉，得到飞灰锰渣解毒活性料，其中煅烧温度为900℃，铝基材料为煤矸石，富氧条件氧气含量为50%，研磨时间为2.5小时。按照质量比35:100混合硅基料和飞灰锰渣解毒活性料，混合，搅拌均匀，得到胶凝材料，其中硅基料为凝灰岩粉末。
30.强度性能测试、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。
31.表2油泥、铝基材料及脱盐泥质量比对所制备胶凝材料性能影响
32.由表2可知，当油泥、铝基材料及脱盐泥质量比小于2.5:25:100（如表2中，油泥、铝基材料及脱盐泥质量比=2.5:20:100、2.5:15:100、2.5:10:100、1:25:100、1.5:25:100、2:25:100时以及表2中未列举的更低比值），油泥和铝基材料添加量较少，富氧条件下煅烧，油泥、铝基材料及脱盐泥间反应不充分，导致所制备胶凝材料重金属浸出毒性、氯化物含量、二噁英含量均随着锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比减小而显著增加，而所制备胶凝材料强度随着锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比减小而显著减小。当油泥、铝基材料及脱盐泥质量比等于2.5~12.5:25~75:100（如表2中，油泥、铝基材料及脱盐泥质量比=2.5:25:100、7.5:25:100、12.5:25:100、2.5:50:100、7.5:50:100、12.5:50:100、2.5:75:100、7.5:75:100、12.5:75:100时），混合油泥、铝基材料及脱盐泥，富氧条件下煅烧，油泥充分燃烧，不仅提供更多热源，促进油泥、铝基材料及脱盐泥各物料间充分反应，而且油泥燃烧分解释放的热蒸汽还可
以活化物料，使得二氧化硅无定型化并促进铝酸钙、硅酸二钙、铁铝酸钙、硅酸钙等混合活性料的生成。当油泥、铝基材料及脱盐泥质量比大于12.5:75:100（如表2中，油泥、铝基材料及脱盐泥质量比=12.5:80:100、12.5:85:100、12.5:90:100、13.5:75:100、14.5:75:100、15:75:100时以及表2中未列举的更高比值），油泥和铝基材料添加过量，油泥、铝基材料及脱盐泥物料失衡，煅烧过程中反应不充分，导致所制备胶凝材料重金属浸出毒性、氯化物含量、二噁英含量均随着油泥、铝基材料及脱盐泥质量比进一步增加而显著增加，而所制备胶凝材料强度随着油泥、铝基材料及脱盐泥质量比进一步增加而显著减小。因此，总体而言，结合效益与成本，当油泥、铝基材料及脱盐泥质量比等于2.5~12.5:25~75:100时，最有利于提高所制备胶凝材料性能。
33.实施例3硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比对所制备胶凝材料性能影响按照质量比2.5:1分别称取锰渣和垃圾焚烧飞灰，混合，研磨2.5小时，得到锰渣飞灰调和灰。将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧5小时，得到锰渣飞灰煅烧料，其中煅烧温度为1200℃。将锰渣飞灰煅烧料研磨2.5小时，得到锰灰煅烧粉。按照液固比3:1ml/g分别称取水和锰灰煅烧粉，搅拌36小时，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥。按照质量比12.5:75:100分别称取油泥、铝基材料及脱盐泥，富氧煅烧5.5小时，煅烧料冷却后，研磨成粉，得到飞灰锰渣解毒活性料，其中煅烧温度为1200℃，铝基材料为煤矸石，富氧条件氧气含量为75%，研磨时间为4.5小时。按照质量比10:100、15:100、20:100、25:100、35:100、45:100、50:100、55:100、60:100混合硅基料和飞灰锰渣解毒活性料，混合，搅拌均匀，得到胶凝材料，其中硅基料为凝灰岩粉末。
34.强度性能测试、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。
35.表3硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比对所制备胶凝材料性能影响
36.由表3可知，当硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比小于25:100（如表3中，硅基料
和飞灰锰渣解毒活性料质量比=20:100、15:100、10:100时以及表3中未列举的更低比值），硅基料添加较少，硅源材料补充不足，导致所制备胶凝材料重金属浸出毒性、氯化物含量、二噁英含量均随着硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比减小而显著增加，而所制备胶凝材料强度随着硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比减小而显著减小。当硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比等于25~45:100（如表3中，硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比=25:100、35:100、45:100时），混合硅基料和飞灰锰渣解毒活性料，补充硅源材料，从而保证铝酸盐和硅酸盐胶凝材料水化过程互补强化，互相掺杂，获得密实的水化结构，提高建材强度。当硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比大于45:100（如表3中，硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比=50:100、55:100、60:100时以及表3中未列举的更高比值），硅基料添加过量，物料反应失衡，导致所制备胶凝材料重金属浸出毒性、氯化物含量、二噁英含量均随着硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比进一步增加而显著增加，而所制备胶凝材料强度随着硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比进一步增加而显著减小。因此，总体而言，结合效益与成本，当硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比等于25~45:100时，最有利于提高所制备胶凝材料性能。
37.实施例4 铝基材料对所制备胶凝材料性能影响按照质量比2.5:1分别称取锰渣和垃圾焚烧飞灰，混合，研磨2.5小时，得到锰渣飞灰调和灰。将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧5小时，得到锰渣飞灰煅烧料，其中煅烧温度为1200℃。将锰渣飞灰煅烧料研磨2.5小时，得到锰灰煅烧粉。按照液固比3:1ml/g分别称取水和锰灰煅烧粉，搅拌36小时，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥。按照质量比12.5:75:100分别称取油泥、铝基材料及脱盐泥，富氧煅烧5.5小时，煅烧料冷却后，研磨成粉，得到飞灰锰渣解毒活性料，其中煅烧温度为1200℃，铝基材料为煤矸石、赤泥、粉煤灰中任意一种，富氧条件氧气含量为75%，研磨时间为4.5小时。按照质量比45:100混合硅基料和飞灰锰渣解毒活性料，混合，搅拌均匀，得到胶凝材料，其中硅基料为凝灰岩粉末。
38.强度性能测试、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。
39.表4 铝基材料对所制备胶凝材料性能影响
40.由表4可知，当铝基材料为煤矸石、赤泥、粉煤灰中任意一种时，所制备胶凝材料性能接近，无显著差异性。
41.实施例5 硅基料对所制备胶凝材料性能影响按照质量比2.5:1分别称取锰渣和垃圾焚烧飞灰，混合，研磨2.5小时，得到锰渣飞灰调和灰。将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧5小时，得到锰渣飞灰煅烧料，其中煅
烧温度为1200℃。将锰渣飞灰煅烧料研磨2.5小时，得到锰灰煅烧粉。按照液固比3:1ml/g分别称取水和锰灰煅烧粉，搅拌36小时，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥。按照质量比12.5:75:100分别称取油泥、铝基材料及脱盐泥，富氧煅烧5.5小时，煅烧料冷却后，研磨成粉，得到飞灰锰渣解毒活性料，其中煅烧温度为1200℃，铝基材料为煤矸石，富氧条件氧气含量为75%，研磨时间为4.5小时。按照质量比45:100混合硅基料和飞灰锰渣解毒活性料，混合，搅拌均匀，得到胶凝材料，其中硅基料为凝灰岩粉末、高炉矿渣粉末、偏高岭土粉末中任意一种材料。
42.强度性能测试、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。
43.表5硅基料对所制备胶凝材料性能影响
44.由表5可知，当硅基料为凝灰岩粉末、高炉矿渣粉末、偏高岭土粉末中任意一种材料时，所制备胶凝材料性能接近，无显著差异性。
45.对比例不同工艺对所制备胶凝材料性能影响本发明工艺：按照质量比2.5:1分别称取锰渣和垃圾焚烧飞灰，混合，研磨2.5小时，得到锰渣飞灰调和灰。将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧5小时，得到锰渣飞灰煅烧料，其中煅烧温度为1200℃。将锰渣飞灰煅烧料研磨2.5小时，得到锰灰煅烧粉。按照液固比3:1ml/g分别称取水和锰灰煅烧粉，搅拌36小时，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥。按照质量比12.5:75:100分别称取油泥、铝基材料及脱盐泥，富氧煅烧5.5小时，煅烧料冷却后，研磨成粉，得到飞灰锰渣解毒活性料，其中煅烧温度为1200℃，铝基材料为煤矸石，富氧条件氧气含量为75%，研磨时间为4.5小时。按照质量比45:100混合硅基料和飞灰锰渣解毒活性料，混合，搅拌均匀，得到胶凝材料，其中硅基料为凝灰岩粉末。
46.对比工艺1：按照质量比2.5:1分别称取锰渣和垃圾焚烧飞灰，混合，研磨2.5小时，得到锰渣飞灰调和灰。将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧5小时，得到锰渣飞灰煅烧料，其中煅烧温度为1200℃。将锰渣飞灰煅烧料研磨2.5小时，得到锰灰煅烧粉。按照液固比3:1ml/g分别称取水和锰灰煅烧粉，搅拌36小时，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥。按照质量比12.5:100分别称取油泥和脱盐泥，富氧煅烧5.5小时，煅烧料冷却后，研磨成粉，得到泥渣解毒活性料，其中煅烧温度为1200℃，富氧条件氧气含量为75%，研磨时间为4.5小时。按照质量比45:100混合硅基料和泥渣解毒活性料，混合，搅拌均匀，得到胶凝材料，其中硅
基料为凝灰岩粉末。
47.对比工艺2：按照质量比2.5:1分别称取锰渣和垃圾焚烧飞灰，混合，研磨2.5小时，得到锰渣飞灰调和灰。将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧5小时，得到锰渣飞灰煅烧料，其中煅烧温度为1200℃。将锰渣飞灰煅烧料研磨2.5小时，得到锰灰煅烧粉。按照液固比3:1ml/g分别称取水和锰灰煅烧粉，搅拌36小时，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥。按照质量比12.5:75:100分别称取油泥、铝基材料及脱盐泥，混合均匀，烘干后研磨成粉，得到含铝混合泥粉，其中铝基材料为煤矸石，研磨时间为4.5小时。按照质量比45:100混合硅基料和含铝混合泥粉，混合，搅拌均匀，得到胶凝材料，其中硅基料为凝灰岩粉末。
48.对比工艺3：按照质量比2.5:1分别称取锰渣和垃圾焚烧飞灰，混合，研磨2.5小时，得到锰渣飞灰调和灰。将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧5小时，得到锰渣飞灰煅烧料，其中煅烧温度为1200℃。将锰渣飞灰煅烧料研磨2.5小时，得到锰灰煅烧粉。按照液固比3:1ml/g分别称取水和锰灰煅烧粉，搅拌36小时，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥。按照质量比12.5:75:100分别称取油泥、铝基材料及脱盐泥，富氧煅烧5.5小时，煅烧料冷却后，研磨成粉，得到胶凝材料，其中煅烧温度为1200℃，铝基材料为煤矸石，富氧条件氧气含量为75%，研磨时间为4.5小时。
49.对比工艺4：按照质量比2.5:1分别称取锰渣和垃圾焚烧飞灰，混合，研磨2.5小时，得到锰渣飞灰调和灰。将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧5小时，得到锰渣飞灰煅烧料，其中煅烧温度为1200℃。将锰渣飞灰煅烧料研磨2.5小时，得到锰灰煅烧粉。按照液固比3:1ml/g分别称取水和锰灰煅烧粉，搅拌36小时，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥。按照质量比12.5:100分别称取油泥及脱盐泥，研磨成粉，得到飞灰锰渣解毒活性料，研磨时间为4.5小时。按照质量比45:100混合硅基料和飞灰锰渣解毒活性料，混合，搅拌均匀，得到胶凝材料，其中硅基料为凝灰岩粉末。
50.对比工艺5：按照质量比2.5:1分别称取锰渣和垃圾焚烧飞灰，混合，研磨2.5小时，得到锰渣飞灰调和灰。将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧5小时，得到锰渣飞灰煅烧料，其中煅烧温度为1200℃。将锰渣飞灰煅烧料研磨2.5小时，得到锰灰煅烧粉。按照液固比3:1ml/g分别称取水和锰灰煅烧粉，搅拌36小时，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥。按照质量比12.5:75:100分别称取油泥、铝基材料及脱盐泥，研磨成粉，得到胶凝材料，研磨时间为4.5小时。
51.强度性能测试、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。本对比例试验结果见表6。
52.表6 不同工艺对所制备胶凝材料性能影响
53.由表6可知，本发明工艺制备的胶凝材料重金属浸出浓度、氯含量、二噁英物质均远低于对比工艺1、对比工艺2、对比工艺3、对比工艺4、对比工艺5，本发明工艺制备的胶凝材料单轴抗压强度远高于对比比工艺1、对比工艺2、对比工艺3、对比工艺4、对比工艺5，相比于本发明工艺，对比工艺1缺乏铝基材料加入，油泥和脱盐泥在煅烧过程中生成的物料活性降低，导致所制备的胶凝材料重金属浸出浓度、氯含量、二噁英物质显著增加，单轴抗压强度显著降低；相比于本发明工艺，对比工艺2缺乏对油泥、铝基材料及脱盐泥的富氧煅烧过程，物料间反应不充分，导致所制备的胶凝材料重金属浸出浓度、氯含量、二噁英物质显著增加，单轴抗压强度显著降低；相比于本发明工艺，对比工艺3缺乏硅基料加入，从而无法实现铝酸盐和硅酸盐胶凝材料水化过程互补强化，互相掺杂，导致所制备的胶凝材料重金属浸出浓度、氯含量、二噁英物质显著增加，单轴抗压强度显著降。相比于本发明工艺，对比工艺4缺乏铝基料加入和富氧煅烧，油泥和铝基材料反应不充分，含有铝酸钙、硅酸二钙、铁铝酸钙、硅酸钙等混合活性料的生成量减少，导致所制备的胶凝材料重金属浸出浓度、氯含量、二噁英物质显著增加，单轴抗压强度显著降。相比于本发明工艺，对比工艺5缺乏富氧煅烧和硅基材料加入，油泥、铝基材料及脱盐泥反应不充分，无法保证铝酸盐和硅酸盐胶凝材料水化过程互补强化，互相掺杂，导致所制备的胶凝材料重金属浸出浓度、氯含量、二噁英物质显著增加，单轴抗压强度显著降。

技术特征：
1.一种垃圾焚烧飞灰和锰渣协同处置制备胶凝材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将锰渣和垃圾焚烧飞灰混合，研磨，得到锰渣飞灰调和灰；（2）将锰渣飞灰调和灰置于煅烧炉中进行煅烧，得到锰渣飞灰煅烧料；所述煅烧温度为1000~1200℃，煅烧时间为1~5小时；（3）将锰渣飞灰煅烧料研磨得到锰灰煅烧粉；（4）将水和锰灰煅烧粉混合搅拌，固液分离，得到的固体部分为脱盐泥；（5）将油泥、铝基材料和脱盐泥混合，富氧煅烧，冷却，研磨，得到飞灰锰渣解毒活性料；所述富氧条件为氧气含量25%~75%，富氧煅烧时间为1.5~5.5小时，煅烧温度为600~1200℃，所述的研磨时间为0.5~4.5小时；（6）将硅基料和飞灰锰渣解毒活性料混合，搅拌均匀，得到胶凝材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述锰渣和垃圾焚烧飞灰质量比为0.5~2.5:1，研磨时间为0.5~2.5小时。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中所述研磨时间为0.5~2.5小时。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中所述水和锰灰煅烧粉的液固比为1~3:1ml/g，所述搅拌时间为6~36小时。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中所述铝基材料为煤矸石、赤泥、粉煤灰中任意一种。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中所述油泥、铝基材料和脱盐泥的质量比为2.5~12.5:25~75:100。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（6）中所述硅基料为凝灰岩粉末、高炉矿渣粉末、偏高岭土粉末中任意一种材料。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（6）中所述硅基料和飞灰锰渣解毒活性料质量比为25~45:100。

技术总结
本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰和锰渣协同处置制备胶凝材料的方法。本发明制备方法过程简单，通过合理的配料及煅烧、水溶、富氧煅烧工艺实现垃圾焚烧飞灰、锰渣与其它物料间的充分反应，制备的活性材料固化试件最高单轴抗压强度可达47.85MPa，最低可溶性氯含量为0.12%，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。染控制要求。染控制要求。


技术研发人员：黄涛 宋东平 冯玉轩 谢世宏 刘铭阳 王成龙 张薇薇 张树文
受保护的技术使用者：常熟理工学院
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/7/25