本發(fā)明屬于陶粒，具體涉及一種基于飛灰的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著城市化進(jìn)程的加速和人們生活水平的提高，城市生活垃圾的產(chǎn)生量逐年攀升。垃圾焚燒作為一種有效的垃圾處理方式，能夠大幅減少垃圾體積，回收熱能，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定量的飛灰。飛灰中含有大量的重金屬、二噁英等有害物質(zhì)，若不加以妥善處理，將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。傳統(tǒng)的飛灰處理方法如填埋等，不僅占用大量土地資源，還存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，尋求一種既能實(shí)現(xiàn)飛灰無(wú)害化處理，又能資源化利用的方法顯得尤為重要。

2、陶粒是一種具有多孔結(jié)構(gòu)的輕骨料，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、保溫隔熱、耐火性好、抗震性能強(qiáng)等諸多優(yōu)良特性。在建筑領(lǐng)域，陶?？蓮V泛應(yīng)用于混凝土制備、輕質(zhì)隔墻板、屋面保溫找平、園林綠化等方面。以陶粒為骨料制作的混凝土，其密度較普通混凝土低，但抗壓強(qiáng)度卻能保持在較高水平，能夠有效減輕建筑物自重，降低基礎(chǔ)工程成本。同時(shí)，陶粒的保溫隔熱性能可提高建筑物的能效，其耐火性能夠增強(qiáng)建筑的防火安全性。此外，陶粒還具有一定的吸音性能，可用于聲學(xué)設(shè)計(jì)要求較高的場(chǎng)所。

3、近年來(lái)，利用飛灰制備陶粒成為固廢資源化利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。研究人員通過(guò)將飛灰與其他原料如黏土、污泥、粉煤灰等混合，經(jīng)預(yù)處理、造粒、燒結(jié)等工藝，成功制備出具有一定性能的陶粒產(chǎn)品。這些研究在一定程度上實(shí)現(xiàn)了飛灰的無(wú)害化和資源化，為飛灰的處理提供了新的思路。然而，目前飛灰制備陶粒技術(shù)仍處于研究和小試階段，盡管具有良好的應(yīng)用前景，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些亟待解決的問(wèn)題。為了降低飛灰中有害物質(zhì)的含量并提高其成陶性能，通常需要對(duì)飛灰進(jìn)行預(yù)處理，如去氯、除雜、穩(wěn)定化等。然而，這些預(yù)處理方法往往繁瑣且成本較高。例如，常用的酸洗、堿洗等化學(xué)處理方法會(huì)產(chǎn)生大量廢水，處理難度大且容易造成二次污染；而物理方法如水洗雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但對(duì)于去除某些難溶性雜質(zhì)和重金屬的效果有限。因此，如果能夠通過(guò)協(xié)同處置，減少飛灰預(yù)處理的繁瑣步驟，將會(huì)大大提升飛灰的利用效率。

4、此外，雖然飛灰陶粒具有輕質(zhì)的特點(diǎn)，但在強(qiáng)度方面與傳統(tǒng)陶粒相比仍有一定差距，尤其是在高強(qiáng)度建筑結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用中受到限制。因此，協(xié)同處置飛灰制備高性能陶粒仍有優(yōu)化和拓展的巨大潛力。

5、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，通過(guò)協(xié)同處置飛灰，提高飛灰的成陶性能。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于飛灰的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，包括如下重量份的原料：飛灰10-20份，表面處理污泥5-10份，煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料21-32份，建筑廢棄物15-25份，廢玻璃10-17份，含油硅藻土熱解殘?jiān)?-12份，廢乳化液3-6份。

3、可選的，所述建筑廢棄物中含如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分：sio230-50%，cao5-15%，al2o310-20%。

4、可選的，所述廢玻璃中含如下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分：sio2≥70%，na2o10-15%，cao5-10%。

5、可選的，所述含油硅藻土熱解殘?jiān)泻瑂io2的質(zhì)量百分比≥60%。

6、可選的，所述飛灰、煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料、建筑廢棄物和含油硅藻土熱解殘?jiān)牧健?00目。

7、可選的，所述一種基于飛灰的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，其有效成分及其質(zhì)量百

8、分比組成為：sio250-60%，al2o315-23%，fe2o33-5%，cao10-13%，mgo1-3%，na2o3-8%，cao/sio2比控制在0.2-0.3。

9、sio2：是陶粒的主要骨架成分，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)，sio2與al2o3反應(yīng)形成穩(wěn)定的硅酸鹽結(jié)構(gòu)，并與cao（cao/sio2=0.2-0.3）生成硅灰石（casio3），降低熔融黏度，促進(jìn)液相均勻分布，協(xié)同提高陶粒的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

10、al2o3：增強(qiáng)陶粒的硬度，同時(shí)在燒結(jié)過(guò)程中與sio2形成玻璃相，提高陶粒的強(qiáng)度。

11、cao+mgo：cao可與sio2、al2o3等成分反應(yīng)形成穩(wěn)定的硅酸鹽和鋁酸鹽，提高陶粒的強(qiáng)度。同時(shí)，cao可能與飛灰中的cl元素反應(yīng)，減少cl元素的浸出。mgo則抑制高溫下玻璃相析晶，提升抗蠕變性，降低高溫變形率。

12、fe2o3：在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，釋放氣體，輔助造孔，形成多孔結(jié)構(gòu)，降低陶粒密度。

13、na2o：降低燒結(jié)溫度，促進(jìn)顆粒間的熔融與結(jié)合，提高陶粒的強(qiáng)度，同時(shí)減少能源消耗。

14、本發(fā)明還提供一種基于飛灰的輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒的制備方法，包括以下步驟：

15、s1：將飛灰、表面處理污泥、煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料、建筑廢棄物、含油硅藻土熱解殘?jiān)蛷U乳化液在攪拌設(shè)備中進(jìn)行充分混合，得到混合料；

16、s2：將所述混合料輸送至均質(zhì)機(jī)中進(jìn)行加壓均質(zhì)，得到均質(zhì)料；

17、s3：將所述均質(zhì)料輸送至噴霧干燥機(jī)進(jìn)行噴霧干燥，得到干粒料；

18、s4：將所述干粒料輸送至高溫?zé)Y(jié)爐，將所述高溫?zé)Y(jié)爐預(yù)熱至400-500℃，保持30-50min，然后升溫至1050-1150℃，保持20-40min，冷卻，得到產(chǎn)品。

19、可選的，所述加壓均質(zhì)的工藝參數(shù)包括：均質(zhì)壓力為30-35mpa，均質(zhì)溫度為40-50℃，均質(zhì)時(shí)間為15-20min。

20、可選的，所述噴霧干燥的工藝參數(shù)包括：進(jìn)風(fēng)溫度200-230℃，出風(fēng)溫度70-80℃，噴霧壓力為0.8-1.0mpa。

21、本發(fā)明中各原料的成分及作用如下：

22、飛灰：主要成分為sio2、al2o3、cao、fe2o3等氧化物，其中sio2含量最高，其次是al2o3，飛灰中含有重金屬，如pb、cd?等，其含量受垃圾的組成和焚燒工藝的影響。飛灰提供硅鋁酸鹽骨架，高溫下形成玻璃相，重金屬可以通過(guò)高溫協(xié)同固化。

23、表面處理污泥：屬于hw17表面處理廢物，具體來(lái)源于：金屬或者塑料表面酸(堿)洗、除油、除銹(不包括噴砂除銹)、洗滌、磷化、出光、化拋工藝產(chǎn)生的廢腐蝕液、廢洗滌液、廢槽液、槽渣和廢水處理污泥(不包括:鋁、材(板)表面酸(堿)洗、粗化、硫酸陽(yáng)極處理、磷酸化學(xué)拋光廢水處理污泥，鋁電解電容器用鋁電極箔化學(xué)腐蝕、非硼酸系化成液化成廢水處理污泥，鋁材擠壓加工模具堿洗(煲模)廢水處理污泥，碳鋼酸洗除銹廢水處理污泥，包括：磷化污泥、酸洗污泥、含氟污泥，等，其中含有一定量的重金屬元素和有機(jī)物等，部分有機(jī)物可高溫分解發(fā)泡造孔，降低密度，合理添加優(yōu)化孔隙率，同時(shí)重金屬可在高溫玻璃相或礦相中得以固定，降低浸出風(fēng)險(xiǎn)。

24、煤矸石：主要含sio2、al2o3、fe2o3、少量c，其中，sio220-50%，al2o315-30%，fe2o31-7%，cao0.5-5%，主要提供硅鋁源，高溫下形成骨架結(jié)構(gòu)，提高陶粒強(qiáng)度；少量炭可調(diào)節(jié)發(fā)泡，降低密度。煤矸石和建筑廢棄物提供骨架支撐，防止陶粒因微孔過(guò)多而塌陷，保持較低密度的同時(shí)確保強(qiáng)度。

25、污染土：選用工業(yè)源污染土，除了含有硅、鋁、鐵等礦物成分外，還含有一定量的重金屬和有機(jī)物。作為制備陶粒的原料，污染土可提供硅鋁源，與煤矸石結(jié)合使用，能夠據(jù)需調(diào)整二者配比，優(yōu)選的，煤矸石與污染土的質(zhì)量比為（1-9）：1，以滿足陶粒的骨架結(jié)構(gòu)需要；同時(shí)污染土中的重金屬可在高溫下固化減少溶出，有機(jī)物可在分解后進(jìn)一步處理，同時(shí)也有一部分氣體參與陶粒造孔，降低陶粒密度。

26、建筑廢棄物：主要含cao、sio2、al2o3，其中以質(zhì)量計(jì)，sio230-50%，cao5-15%，al2o310-20%，為制作陶粒提供鈣源和硅鋁源，增強(qiáng)煤矸石和/或污染土的骨架結(jié)構(gòu)，促進(jìn)高溫液相生成，增強(qiáng)燒結(jié)致密性。

27、廢玻璃：主要含sio2、na2o、k2o，其中sio2≥70%，na2o10-15%，cao5-10%，作為低溫熔融劑，降低燒結(jié)溫度（1000-1150℃），降低能耗；同時(shí)促進(jìn)玻璃相形成，包裹重金屬并增強(qiáng)強(qiáng)度。

28、含油硅藻土熱解殘?jiān)簽楹凸柙逋恋臒峤猱a(chǎn)物，含油硅藻土產(chǎn)生于潤(rùn)滑油添加劑生產(chǎn)過(guò)程，屬于危廢，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大，目前含油硅藻土處理采用無(wú)氧高溫?zé)峤庹麴s法工藝，產(chǎn)生的固相為硅藻土、無(wú)機(jī)物及剩余殘?zhí)?。傳統(tǒng)處理是將去油硅藻土、無(wú)機(jī)物及殘?zhí)糠蛛x。本發(fā)明直接利用該固相部分，其主要含sio2≥60%，還含有碳氧化合物和少量殘?zhí)?，具有多孔結(jié)構(gòu)，其中的殘留有機(jī)物多孔結(jié)構(gòu)提供成孔模板，且殘留有機(jī)物二次高溫發(fā)泡，進(jìn)一步降低陶粒密度。

29、廢乳化液：屬于國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄(2025年版)中的hw09油/水、烴/水混合物或乳化液，內(nèi)含三個(gè)小代碼900-005-09、900-006-09、900-007-09，產(chǎn)生廢乳化液的行業(yè)主要有機(jī)械加工行業(yè)、電子行業(yè)、表面處理行業(yè)等，主要污染特征為高有機(jī)物。廢乳化液主要含水、油類、表面活性劑等，可以改善原料成型性，油類在高溫下裂解產(chǎn)生氣體，發(fā)泡造孔，優(yōu)化孔隙分布，降低密度。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

31、本發(fā)明基于上述技術(shù)方案提供一種輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒，通過(guò)協(xié)同處置飛灰，提高飛灰的成陶性能，將飛灰與特定量的表面處理污泥、煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料、建筑廢棄物、含油硅藻土熱解殘?jiān)蛷U乳化液配合，通過(guò)成分及工藝的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對(duì)陶粒強(qiáng)度的進(jìn)一步提升。

32、在本發(fā)明中，飛灰和表面處理污泥中的氧化物與煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料、建筑廢棄物中的硅鋁成分反應(yīng)，形成堅(jiān)固的玻璃態(tài)物質(zhì)，提高陶粒強(qiáng)度；同時(shí)飛灰中的cao和表面處理污泥中的重金屬化合物在燒結(jié)時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的玻璃態(tài)物質(zhì)，降低重金屬浸出風(fēng)險(xiǎn)。煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料與建筑廢棄物，二者均富含sio2和al2o3，協(xié)同增強(qiáng)陶粒骨架，防止陶粒因微孔過(guò)多而塌陷，保持較低密度的同時(shí)確保強(qiáng)度，提升耐久性，減少有害物質(zhì)浸出。廢玻璃助熔作用與含油硅藻土熱解殘?jiān)奈⒖仔纬勺饔孟嘟Y(jié)合，降低燒結(jié)溫度，減少能源消耗，同時(shí)在陶粒內(nèi)部形成大量微孔，降低密度并提高保溫隔熱性能。廢乳化液與含油硅藻土熱解殘?jiān)呔刑細(xì)浠衔?，在燒結(jié)過(guò)程中燃燒分解，形成大量微孔，進(jìn)一步降低陶粒密度。

33、本發(fā)明基于原料特性，優(yōu)化常規(guī)陶粒制備工藝，采用預(yù)混、均質(zhì)、噴霧干燥與高溫?zé)Y(jié)相結(jié)合的工藝，使原料在充分混合、均勻化的基礎(chǔ)上進(jìn)行?；?，降低成分偏析，使粒料中各成分在高溫?zé)Y(jié)中充分反應(yīng)；?；^(guò)程采用噴霧干燥，嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，使均質(zhì)料可控地轉(zhuǎn)化為粒料，干燥過(guò)程中水分蒸發(fā)形成初始孔隙，為后續(xù)燒結(jié)造孔奠定基礎(chǔ)；噴霧干燥后的粒料進(jìn)入高溫?zé)Y(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)制陶，高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)采用兩段控溫，首先400-500℃，保持30-50min，分解粒料中的有機(jī)物，避免升溫后分解釋放過(guò)快導(dǎo)致結(jié)構(gòu)崩塌，然后升溫至1050-1150℃，保持20-40min，各成分反應(yīng)形成致密表層和內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)。

34、本發(fā)明通過(guò)原料與工藝的協(xié)同處置，所得陶粒的堆積密度≤800kg/m3，尤其包括密度等級(jí)為800、700、600、500和400，1h吸水率在6%-10%之間，筒壓強(qiáng)度≥6.0mpa，煮沸質(zhì)量損失≤3.0%，燒失量≤4.2%，硫化物和硫酸鹽含量（按so3計(jì)）、有機(jī)物含量、氯化物（以氯離子含量計(jì)）含量、放射性均滿足gb/t17431.1的規(guī)定。