一種生物質(zhì)灰渣磚及其制備方法與應(yīng)用與流程

本發(fā)明屬于固體廢棄物綜合治理和資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種具有一定抗壓強度和環(huán)境友好的生物質(zhì)灰渣磚材料及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：隨著化石燃料的短缺及環(huán)境污染的日益嚴重，可再生能源尤其是生物質(zhì)能的開發(fā)利用逐漸受到人們的重視，生物質(zhì)燃燒技術(shù)已在電廠中得到廣泛的應(yīng)用。我國是農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)儲量非常豐富，僅秸稈一項就多達7億噸，近期的開發(fā)潛力約為5億噸標準煤，遠期潛為可達到10億噸標準煤。隨著2012年發(fā)布的《“十二五”規(guī)劃》的實施，到2015年，我國生物質(zhì)能發(fā)電裝機容量規(guī)模已超過1300萬千瓦，生物質(zhì)發(fā)電在未來我國的可再生能源結(jié)構(gòu)中將占有重要的地位。生物質(zhì)灰渣是生物質(zhì)電廠燃燒秸稈、木材等生物質(zhì)燃料所產(chǎn)生的灰渣，是目前我國生物質(zhì)電廠發(fā)電過程中所產(chǎn)生的主要廢棄物。生物質(zhì)直燃發(fā)電的快速發(fā)展的同時，產(chǎn)生了大量的灰渣，其處理和利用等問題尚未得到有效解決。生物質(zhì)灰渣由于性質(zhì)單一，在我國已有不少利用，既有制備超級活性炭（CN103771407A）、SiO2介孔分子篩（CN102557047A）和陶瓷粉末（CN103626500A），又有用于制備土壤調(diào)理劑（CN102424639A）和育苗基質(zhì)（CN101889532A）等。然而，這也僅僅解決了生物質(zhì)電廠少量的固體廢物，由于灰渣缺乏有效利用途徑和銷售市場，大多數(shù)情況下，一般用于填埋等初級處理，或隨意堆放，這樣粗放的處理方式不但沒有任何效益、占用土地資源，導致植物生長所必須的營養(yǎng)元素生態(tài)鏈發(fā)生斷裂，而且還制約生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展，同時也日益成為經(jīng)濟和環(huán)境的負擔。生物質(zhì)灰渣的處理是一個亟待解決的問題，其合理利用對于生物質(zhì)直燃的可持續(xù)發(fā)展有重要的意義。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提出一種生物質(zhì)灰渣磚的制備方法，實現(xiàn)生物質(zhì)灰渣的有效資源化利用，同時本方法具有無需燒結(jié)，節(jié)省能耗，避免造成二次污染的優(yōu)勢。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案步驟為：一種生物質(zhì)灰渣磚的制備方法，包括以下步驟：（1）將初生物質(zhì)灰渣進行篩分，得到粒徑為0.5-30mm的生物質(zhì)灰渣；（2）利用自來水對步驟（1）的生物質(zhì)灰渣進行清洗，將清洗后的灰渣在自然條件下風化晾干，得到清洗生物質(zhì)灰渣；（3）按質(zhì)量比10∶3混合步驟（2）的清洗生物質(zhì)灰渣和水泥，于室溫條件下，首次攪拌3-4分鐘，然后加入自來水；再次攪拌1-1.5分鐘，得到混合物；（4）將模具置于振動臺上，振動下，將步驟（3）的混合物澆鑄于模具中，填滿模具；所述振動振幅為1-4mm，振動時間為2-5分鐘；澆鑄完成后脫模，得到試制塊；所述制試塊噴水養(yǎng)護7-28天，得生物質(zhì)灰渣磚。上述技術(shù)方案中，步驟（1）中，生物質(zhì)灰渣的粒徑選用1號灰渣（10-30mm）、2號灰渣（5-10mm）、3號灰渣（0.5-0.8mm）中的一種或幾種作為生物質(zhì)灰渣磚的原料，對不同粒徑的生物質(zhì)灰渣進行有針對性的利用，以實現(xiàn)不同粒徑的生物質(zhì)灰渣最優(yōu)化利用途徑；初生物質(zhì)灰渣來自生物質(zhì)燃燒。上述技術(shù)方案中，步驟（2）中，清洗為兩次清洗，第一次清洗15-25min后更換自來水，第二次浸泡10min后再清洗，除去雜質(zhì)，保證生物質(zhì)灰磚的性能。上述技術(shù)方案中，步驟（3）中，水泥優(yōu)選用強度等級大于等于42.5MPa的水泥，比如P.O42.5水泥，可以在獲得較好力學性能的同時與灰渣相容性好。上述技術(shù)方案中，步驟（3）中，首次攪拌轉(zhuǎn)速為115-125r/min；再次攪拌轉(zhuǎn)速為60-70r/min，以達到灰渣顆粒和水泥的充分混合均勻。上述技術(shù)方案中，步驟（3）中，首次攪拌1分鐘后加入自來水，灰渣和水泥混合均勻后再加入水以利于水泥的水化反應(yīng)均勻包裹灰渣顆粒，從而使灰渣磚性能均一。上述技術(shù)方案中，步驟（3）中，混合物中，水固比為0.3-0.4，水固比是成型材料性能的重要影響因素，本發(fā)明條件下得到的灰渣磚性能優(yōu)異；生物質(zhì)灰渣磚的密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010《輕集料及其試驗方法-第1部分：輕集料》中的要求。優(yōu)選的，步驟（3）中，以粒徑為0.5-30mm的清洗生物質(zhì)灰渣和P.O42.5水泥制備底料混合物；以粒徑為0.5-0.8mm的清洗生物質(zhì)灰渣和P.O42.5水泥制備面料混合物。底料和面料是針對步驟（4）澆鑄到模具中而言，位于模具底部的為底料，上部的為面料；底料目的在于增加灰渣磚強度，面料目的在于增加灰渣磚材料的規(guī)整度和美觀性，同時底料和面料均具有透水和吸附性能。本發(fā)明還公開了根據(jù)上述方法制備的生物質(zhì)灰渣磚，平均抗壓強度達到7.56MPa；生物質(zhì)灰渣磚的密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010《輕集料及其試驗方法-第1部分：輕集料》中的要求。根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）和《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》（HJ/T300-2007），對隨機選取的生物質(zhì)灰渣磚進行重金屬浸出實驗，各樣品僅有部分毒性元素被檢出，但所有樣品檢出元素含量均遠遠低于《國家危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別標準》（GB5085.3-2007）所規(guī)定標準值，據(jù)此可判斷本發(fā)明的生物質(zhì)灰渣磚材料無有害元素，無生態(tài)風險，屬于環(huán)境友好型產(chǎn)品。因此本發(fā)明的生物質(zhì)灰渣轉(zhuǎn)可作為建筑材料，代替現(xiàn)有部分建筑用材，所以本發(fā)明還公開了上述生物質(zhì)灰渣轉(zhuǎn)在制備建筑材料中的應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明采用生物質(zhì)電廠廢棄物生物質(zhì)灰渣作為原料，實現(xiàn)了生物質(zhì)電廠廢棄物資源化，合理有效地利用了生物質(zhì)灰渣，同時，在工業(yè)生產(chǎn)實踐中不會對環(huán)境造成危害或產(chǎn)生副產(chǎn)物；2、本發(fā)明采用采用免燒結(jié)技術(shù)進行制備，具有無需燒結(jié)，節(jié)省能耗，避免造成二次污染、處理周期短、處理效果好等優(yōu)點；3、本發(fā)明中，水泥的水化反應(yīng)會生成Ca(OH)2等水化產(chǎn)物，Ca2+等會與灰渣上結(jié)合的Na+、K+離子進行交換吸附，置換出低價的Na+或K+，可以減少電荷吸附水膜的厚度，使灰渣和水泥的結(jié)合力更強，成型材料變得更密實；4、本發(fā)明中，兩次拌合灰渣與水泥，并在中間加入水，水泥的水化反應(yīng)中游離的Ca(OH)2等水化產(chǎn)物能吸收水和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸鈣，這種反應(yīng)能進一步的增強灰渣磚的強度；5、本發(fā)明制備的生物質(zhì)灰渣轉(zhuǎn)重金屬浸出濃度低，水泥的水解水化反應(yīng)產(chǎn)生凝膠化合物包裹生物質(zhì)灰渣的顆粒，同時水泥的高pH值促使重金屬生成沉淀，水泥水化產(chǎn)物中含有的大量鈣離子可以與重金屬離子發(fā)生離子交換，大大降低重金屬的浸出；6、本發(fā)明制備的機械強度好，生物質(zhì)灰渣和水泥制得生物質(zhì)灰渣磚，經(jīng)過水泥固化后，灰渣和水泥之間的結(jié)合效果良好，達到了較高的無側(cè)限抗壓強度，密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010《輕集料及其試驗方法-第1部分：輕集料》中的要求。附圖說明圖1為實施例一生物質(zhì)灰渣磚主視圖；圖2為實施例一生物質(zhì)灰渣磚側(cè)視圖；圖3為實施例二生物質(zhì)灰渣磚主視圖；圖4為實施例二生物質(zhì)灰渣磚側(cè)視圖。具體實施方式實施例一一種生物質(zhì)灰渣磚的制備方法，包括如下步驟：（1）將生物質(zhì)灰渣進行篩分，得到2號（有效粒徑為5-10mm）和3號（有效粒徑為0.5-0.8mm）生物質(zhì)灰渣；（2）利用自來水對上述兩種生物質(zhì)灰渣進行清洗，第一次清洗20min后更換自來水，第二次浸泡10min后再清洗，將清洗后的灰渣在自然條件下風化晾干；（3）將7Kg的2號灰渣、3Kg的3號灰渣和3Kg的P.O42.5水泥混合，于室溫條件下采用攪拌器先以120r/min的速度攪拌3min，攪拌至1min時加入3.9L的自來水，再以70r/min的速度攪拌1.5min得到底料；同時，將10Kg的3號灰渣與3Kg的P.O42.5水泥按上述同樣步驟混合均勻，得到面料；（4）將模具置于振動臺上，振幅為3mm，混合均勻的底料和面料依次澆鑄于模具中，機械振動至填滿模具，振動時間為4min，澆鑄完成后脫模，所制試塊噴水養(yǎng)護7天，制得生物質(zhì)灰渣磚。附圖1、附圖2分別為其主視圖與側(cè)視圖，3號灰渣的面料層較為平整，2號和3號灰渣的底料層可以看到細小顆粒。根據(jù)測試，上述生物質(zhì)灰渣轉(zhuǎn)養(yǎng)護7天后的平均抗壓強度達到7.56MPa；生物質(zhì)灰渣磚的密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010《輕集料及其試驗方法-第1部分：輕集料》中的要求。根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）和《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》（HJ/T300-2007），對隨機選取的生物質(zhì)灰渣磚進行重金屬浸出實驗，結(jié)果如表1所示。表1生物質(zhì)灰渣磚浸出性和相關(guān)國家標準mg/L重金屬砷鋇鈹鎘總鉻銅汞鎳鉛鋅HJ/T299-2007–0.02–––0.01–0.01––HJ/T300-2007–0.02–––––0.01––GB5085.3-200751000.021151000.155100注：–：表示檢測不出浸出毒性檢測結(jié)果中，各樣品僅有部分毒性元素被檢出，但所有樣品檢出元素含量均遠遠低于《國家危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別標準》（GB5085.3-2007）所規(guī)定標準值，據(jù)此可判斷生物質(zhì)灰渣磚材料無有害元素，無生態(tài)風險，屬于環(huán)境友好型產(chǎn)品。實施例二一種生物質(zhì)灰渣磚的制備方法，包括如下步驟：（1）將生物質(zhì)灰渣進行篩分，得到1號（有效粒徑為10-30mm），2號（有效粒徑為5-10mm）和3號（有效粒徑為0.5-0.8mm）生物質(zhì)灰渣；（2）利用自來水對三種生物質(zhì)灰渣進行清洗，第一次清洗20min后更換自來水，第二次浸泡10min后再清洗，將清洗后的灰渣在自然條件下風化晾干；（3）將3Kg的1號灰渣、4Kg的2號灰渣、3Kg的3號灰渣和3Kg的P.O42.5水泥混合，于室溫條件下采用攪拌器先以120r/min的速度攪拌3min，攪拌至1min時加入3.9L的自來水，再以70r/min的速度攪拌1.5min得到底料；同時，將10Kg的3號灰渣與3Kg的P.O42.5水泥按上述同樣步驟混合均勻，得到面料；（4）將模具置于振動臺上，振幅為3mm，混合均勻的底料和面料依次澆鑄于模具中，機械振動至填滿模具，振動時間為4min，澆鑄完成后脫模，所制試塊噴水養(yǎng)護7天，制得生物質(zhì)灰渣磚。附圖3、附圖4分別為其主視圖與側(cè)視圖，可明顯的看出1號、2號和3號灰渣的底料層較實施例一中的底料層粗糙。根據(jù)實驗：生物質(zhì)灰渣轉(zhuǎn)養(yǎng)護7天后的平均抗壓強度達到4.86MPa；生物質(zhì)灰渣磚的密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010《輕集料及其試驗方法-第1部分：輕集料》中的要求。根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）和《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》（HJ/T300-2007），對隨機選取的生物質(zhì)灰渣磚進行重金屬浸出實驗，結(jié)果如表2所示。表2生物質(zhì)灰渣磚浸出性和相關(guān)國家標準mg/L重金屬砷鋇鈹鎘總鉻銅汞鎳鉛鋅HJ/T299-2007–0.04––0.36––0.01––HJ/T300-2007–0.03––0.270.01–0.01––GB5085.3-200751000.021151000.155100注：–：表示檢測不出浸出毒性檢測結(jié)果中，各樣品雖有部分毒性元素被檢出，但所有樣品檢出元素含量均遠遠低于《國家危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別標準》（GB5085.3-2007）所規(guī)定標準值，據(jù)此可判斷生物質(zhì)灰渣磚材料無有害元素，無生態(tài)風險，屬于環(huán)境友好型產(chǎn)品。實施例三一種生物質(zhì)灰渣磚的制備方法，包括如下步驟：（1）將生物質(zhì)灰渣進行篩分，得到2號（有效粒徑為5-10mm）和3號（有效粒徑為0.5-0.8mm）生物質(zhì)灰渣；（2）利用自來水對三種生物質(zhì)灰渣進行清洗，第一次清洗20min后更換自來水，第二次浸泡10min后再清洗，將清洗后的灰渣在自然條件下風化晾干；（3）將7Kg的2號灰渣、3Kg的3號灰渣和3Kg的P.O42.5水泥混合，于室溫條件下采用攪拌器先以120r/min的速度攪拌3min，攪拌至1min時加入4.2L的自來水，再以70r/min的速度攪拌1.5min得到底料；同時，將10Kg的3號灰渣與3Kg的P.O42.5水泥按上述同樣步驟混合均勻，得到面料；（4）將模具置于振動臺上，振幅為3mm，混合均勻的底料和面料依次澆鑄于模具中，機械振動至填滿模具，振動時間為4min，澆鑄完成后脫模，所制試塊噴水養(yǎng)護7天，制得生物質(zhì)灰渣磚；平均抗壓強度達到7.25MPa；生物質(zhì)灰渣磚的密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010《輕集料及其試驗方法-第1部分：輕集料》中的要求。浸出毒性檢測結(jié)果中，各樣品雖有部分毒性元素被檢出，但所有樣品檢出元素含量均遠遠低于《國家危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別標準》（GB5085.3-2007）所規(guī)定標準值，據(jù)此可判斷生物質(zhì)灰渣磚材料無有害元素，無生態(tài)風險，屬于環(huán)境友好型產(chǎn)品。實施例四一種生物質(zhì)灰渣磚的制備方法，包括如下步驟：（1）將生物質(zhì)灰渣進行篩分，得到1號（有效粒徑為10-30mm），2號（有效粒徑為5-10mm）和3號（有效粒徑為0.5-0.8mm）生物質(zhì)灰渣；（2）利用自來水對三種生物質(zhì)灰渣進行清洗，第一次清洗20min后更換自來水，第二次浸泡10min后再清洗，將清洗后的灰渣在自然條件下風化晾干；（3）將2Kg的1號灰渣、4Kg的2號灰渣、4Kg的3號灰渣和3Kg的P.O42.5水泥混合，于室溫條件下采用攪拌器先以120r/min的速度攪拌3min，攪拌至1min時加入3.9L的自來水，再以70r/min的速度攪拌1.5min得到底料；同時，將10Kg的3號灰渣與3Kg的P.O42.5水泥按上述同樣步驟混合均勻，得到面料；（4）將模具置于振動臺上，振幅為3mm，混合均勻的底料和面料依次澆鑄于模具中，機械振動至填滿模具，振動時間為4min，澆鑄完成后脫模，所制試塊噴水養(yǎng)護7天，制得生物質(zhì)灰渣磚；平均抗壓強度達到5.02MPa；生物質(zhì)灰渣磚的密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010《輕集料及其試驗方法-第1部分：輕集料》中的要求。浸出毒性檢測結(jié)果中，各樣品雖有部分毒性元素被檢出，但所有樣品檢出元素含量均遠遠低于《國家危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別標準》（GB5085.3-2007）所規(guī)定標準值，據(jù)此可判斷生物質(zhì)灰渣磚材料無有害元素，無生態(tài)風險，屬于環(huán)境友好型產(chǎn)品。實施例五一種生物質(zhì)灰渣磚的制備方法，包括如下步驟：（1）將生物質(zhì)灰渣進行篩分，得到1號（有效粒徑為10-30mm），2號（有效粒徑為5-10mm）和3號（有效粒徑為0.5-0.8mm）生物質(zhì)灰渣；（2）利用自來水對三種生物質(zhì)灰渣進行清洗，第一次清洗20min后更換自來水，第二次浸泡10min后再清洗，將清洗后的灰渣在自然條件下風化晾干；（3）將3Kg的1號灰渣、2Kg的2號灰渣、5Kg的3號灰渣和3Kg的P.O42.5水泥混合，于室溫條件下采用攪拌器先以120r/min的速度攪拌3min，攪拌至1min時加入3.9L的自來水，再以70r/min的速度攪拌1.5min得到底料；同時，將10Kg的3號灰渣與3Kg的P.O42.5水泥按上述同樣步驟混合均勻，得到面料；（4）將模具置于振動臺上，振幅為3mm，混合均勻的底料和面料依次澆鑄于模具中，機械振動至填滿模具，振動時間為4min，澆鑄完成后脫模，所制試塊噴水養(yǎng)護7天，制得生物質(zhì)灰渣磚；平均抗壓強度達到4.96MPa；生物質(zhì)灰渣磚的密度等級、抗壓強度等均滿足GBT17431.1-2010《輕集料及其試驗方法-第1部分：輕集料》中的要求。浸出毒性檢測結(jié)果中，各樣品雖有部分毒性元素被檢出，但所有樣品檢出元素含量均遠遠低于《國家危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別標準》（GB5085.3-2007）所規(guī)定標準值，據(jù)此可判斷生物質(zhì)灰渣磚材料無有害元素，無生態(tài)風險，屬于環(huán)境友好型產(chǎn)品。當前第1頁1 2 3