新型生活垃圾焚烧炉渣环保水泥砖研制及工程应用.docx

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1、题目：新型生活垃圾焚烧炉渣环保水泥砖研制及工程应用研究内容摘要（限120字内）采用碱激发剂、工业固体废弃物、生活垃圾焚烧炉渣以及工业污水制成生活垃圾焚烧炉渣环保水泥砖。一方面该水泥砖减少硅酸盐水泥的用量；另一方面减少生活垃圾焚烧炉渣、工业废渣堆放及工业污水排放问题，实现垃圾资源化利用，具有应用前景。*一、项目立项依据（包括国内外技术发展现状、技术瓶颈和发展趋势，知识产权情况，项目对福建科技、经济和社会发展的作用及产业化前景，2000字内）1.1 国内外技术发展现状“十一五”以来，伴随着我国进入城镇化加速时期，城市生活垃圾数量与日剧增，我国城市生活垃圾年清运量达到1.5亿3并以每年8%10%速度

2、递增，垃圾处理水平较低，污染较严重，特别是资源化程度低。填埋法、堆肥法、焚烧法是城市垃圾处理的三大基本技术，其中填埋占70%以上。发达国家处理城市垃圾的主要趋势是焚烧法，从资源再生利用的角度看，这是一种较佳的选择，垃圾焚烧后，减容减重分别达95%以及75%80%,垃圾经过焚烧消毒彻底，降解了大部分有害物质，在焚烧过程中产生的热量，经热电系统处理后，可用于发电和供热，垃圾焚烧灰渣经预处理可用于制砖，铺路或固化填埋。十三五期间，“绿色发展”是中国前进步伐的基调，因此对城市生活垃圾焚烧炉渣的综合应用迫在眉睫。以福建省福州市为例，福州市政府为解决垃圾污染的严峻问题，修建了红庙岭垃圾综合处理场。福州红庙

3、岭垃圾焚烧发电厂每日要焚烧市区所产生的2/3左右的垃圾，大约1300吨，年处理城市生活垃圾约33万吨，年发电量预计可达1200万千瓦时。通过生活垃圾焚烧发电，可最大限度处理城市生活垃圾，同时利用燃烧热发电，带来一定量的经济利益；但也会产生生活垃圾焚烧炉渣的处理问题。目前对炉渣的填埋处置占用大量土地，且炉渣含有刺激性气味亦对环境造成一定的污染。经调研，福州红庙岭垃圾经焚烧后产每日600吨左右的炉渣，年产量21.9万吨，数量惊人。目前红庙岭的水洗炉渣分为粉状和颗粒状，颗粒状炉渣的化学成分为75.60%SiO2、5.41%Al2O35.96%CaO、2.36%Fe2O3.1.43%MgO0.46%S

4、o3、4.47%Loss,粉状炉渣的化学成分为42.0%SiO21.95%Al2O35.46%CaO1.65%Fe2O31.31%MgO、2.00%SO340.89%Losso其中颗粒状炉渣大多用于基础垫层或者用于水泥砖制品，但目前通过水泥熟料与颗粒状制成的水泥砖成品率低，且易发生表面乃至内部裂缝，这导致浪费水泥熟料资源；目前对于粉状炉渣主要是用来填埋，这不仅占用土地还会影响地下水质。由于目前炉渣是经过水洗而筛分粉状与颗粒状，会留下的污水，若不进行处理，会对环境造成污染。1.2 技术瓶颈和发展趋势目前，针对国内对生活垃圾焚烧炉渣有一定的研究。黄健等研窕城市生活垃圾焚烧炉渣用于水泥制备对水泥性能

5、的影响，但炉渣替代水泥量为7.5%以内；谢燕研究生活垃圾焚烧炉渣与矿渣双掺制备少熟料砌筑水泥，当炉渣掺量为45%、矿渣为44%、水泥为11%时，其28d的抗折强度为5.4MPa、抗压强度23.2MPa0张涛研究生活垃圾焚烧炉渣等质量替代30%、50%、70%的混凝土粗集料，当炉渣替代率小于50%时，混凝土的28d抗压强度达到25MPa,满足建筑要求。李宝玲研究生活垃圾焚烧炉渣用作水泥混凝土掺合料以及用于制作蒸压加气混凝土。丁惠群等研窕生活垃圾焚烧炉渣制砖技术，发现砖的设计强度等级为MUlO时，水泥掺量宜为13%；强度等级MU15时，水泥适合掺量宜为15%；强度等级MU20时，水泥适合掺量宜为1

6、9%。可发现，目前对于生活垃圾焚烧炉渣应用都通过水泥熟料进行应用研究，并且所得到的产品具有可行性。水泥熟料毕竟是一种紧缺资源，那么我们可以利用工业废渣或炉渣进行替代，所制成的产品对环境具有巨大贡献，实现垃圾的资格化利用。但由于每日城市生活垃圾种类不一，通过焚烧生活垃圾所成的炉渣的化学成分不一，因此把生活垃圾焚烧炉渣用在环保水泥砖具有一定的瓶颈。同时目前对水洗炉渣后的污水，文献还没见到。由于清洗炉渣所生成的污水含重金属，如何固化污水中的重金属也具有技术瓶颈。内蒙古自治区政协委员迟瑞平指出，“垃圾是放错位置的资源，城市生活垃圾作为一种潜在的资源。”因此，要有“环保生态与生存相依、保护与发展共存”的

7、生态观念，本课题通过研究利用环保水泥与颗粒状炉渣制成环保水泥砖，实现垃圾资源化利用。其中环保水泥是由碱激发剂、工业废渣（矿渣、粉煤灰、银渣等）以及外加剂组成的。同传统硅酸盐水泥相比，碱矿渣水泥具有诸多优势：碱矿渣水泥的原材料来源广，资源消耗量小，且本身不产生新的环境污染，具有显著的经济与社会效益。碱矿渣水泥的固态分散相不仅可以采用赤泥、电解磷渣、钢渣、粉煤灰、以及有色金属渣（如银渣）等工业废渣。我国是有色金属生产大国，据统计，我国有色冶金废渣的堆放量已达7438X10%,占地865X104,而且还在以年排放量约92010,t的速度逐年增加。如果我们能很好地把这些有色冶金废渣加以利用，使其资源化

8、、无害化，变废为宝，那么对减少废渣占地和改善环境、节约资源及对企业可持续发展都具有现实意义。目前本课题已做初步的研究，水玻璃为Na2。含量为银渣的6%、（银渣+水玻璃固体量）：颗粒状炉渣二L1.5、水胶比0.4,所制成的环保水泥砖7d的抗折强度为4.0MPa、抗压强度为24.5MPa,强度已满足建筑使用要求，可见环保水泥砖的研发与推广具有可预见性。1.3 项目对福建科技、经济和社会发展的作用及产业化前景研制和推广生活垃圾焚烧炉渣环保水泥砖（综合利用工业废渣与生活垃圾焚烧炉渣）可节约成本、减少碳排放量且可大量消耗工业固体废料以及生活垃圾，其环保性和经济性突出，这不仅有利于改善福建省环境，推动福建

9、省经济和社会的发展，因此具有非常好的产业化前景。目前还未检索到这方面的专利。有望通过本课题的研究，产生这方面的专利群，形成自主知识产权。*二、研究开发内容及主要创新点（2000字内）2.1 具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题；（1）具体研究开发内容1）适合于生活垃圾焚烧炉渣环保水泥砖的环保水泥研制环保水泥是用碱激发剂、工业废渣、外加剂以及水所制成的胶凝材料。环保水泥原理是用碱来激发固体工业废弃物，无需高温煨烧。碱激发剂为苛性碱（MOH）、非硅酸盐的弱酸盐（M2CO3、M2SO3、M3PO4等）、硅酸盐（M2OnSiO2）、非硅酸盐的强酸盐（M2SO4）等，其中NaoH、Na2CO3Na

10、2O-nSKh和Na2SO4最为容易获得和最经济；工业废渣为高炉矿渣、银渣、粉煤灰等，其中银渣为有色金属渣中的代表渣；外加剂为缓凝剂、早强剂、减水剂等。由于环保水泥砖所用的炉渣是经过水洗而形成粉状炉渣与颗粒状炉渣，这会导致污水的形成，那么本环保水泥的研发所用水是污水。由于污水含有重金属，需要对其进行固化处理。利用碱激发胶凝原理，可固化污水所含重金属。环保水泥的研发需要考虑碱激发剂的种类及用量、工业废渣、粉状炉渣以及污水的配合。其中环保水泥的强度可按照JGJ70-2009砂浆强度进行测定，环保水泥的标准稠度及凝结时间可按照JCT727-2005进行测定。通过试验数据，验证环保水泥配比的优越性及耐

11、久性。通过微观试验（测水化产物和孔结构），从微观角度进行验证这个配比的合理性。在环保水泥研制过程要考虑几个问题：一是成本，其成本不能比硅酸盐水泥高，因此要优选及开发低价激发剂；二是碱激发剂的研制，单类型激发剂的激发效果比较弱，因此需要研制复合激发剂，综合单类型激发剂的激发性能；三是由于污水含有碱性，需要考虑污水与碱激发剂的适配性问题；四是考虑环保水泥的凝结问题以及早强问题，需要添加外加剂进行改性。2）试验室生活垃圾焚烧炉渣环保水泥砖的研制环保水泥研发之后，通过环保水泥与颗粒状炉渣按照一定比例进行配比所制成的试验室水泥砖试块的抗折与抗压强度、耐久性能需要满足GB8239-97要求。通过试验数据，

12、进一步优化生活垃圾颗粒状炉渣环保水泥砖的配方，并验证这种替代比例的优越性及耐久性。通过微观试验（测水化产物和孔结构），从微观角度进行验证这个结论的合理性。根据掌握的规律，修改现有生活垃圾颗粒状炉渣环保水泥砖配方并充分考虑工业废料（工业废渣、颗粒状炉渣）组成分的变异性,开发生活垃圾颗粒状炉渣环保水泥砖设计方法。前期研究表明，水玻璃为NazO含量为银渣的6%、（银渣+水玻璃）：颗粒状炉渣=1：1.5、水固比0.4,所制成的环保水泥砖7d的抗折强度为4.0MPa、抗压强度为24.5MPa.这个配方在生活垃圾焚烧炉渣环保水泥砖的环保水泥研究时需进一步调整。3）工厂生活垃圾焚烧炉渣环保水泥砖配方及配制方

13、法由于工厂所生成的水泥砖是通过液压制砖机制作与试验室的水泥砖制作方法有所不同，这需要对环保水泥砖配方的改进，以满足工厂工艺要求。本课题通过碱激发剂、工业废渣、生活垃圾焚烧颗粒状炉渣、污水直接制成环保水泥砖，所制成的工厂水泥砖的性能需要满足GB8239-97要求。通过试验数据，可按工程使用要求进一步优化碱激发剂、工业废渣、颗粒状炉渣以及污水之间的配比；并通过微观试验（测水化产物和孔结构），从微观角度进行验证该配比的合理性。（2）重点解决的关键技术问题1）解决碱激发剂、工业废渣（矿渣、粉煤灰、银渣等）、生活垃圾焚烧粉状炉渣以及污水之间的适配性问题在碱性溶液中，工业废渣的玻璃体会发生解体,在一定龄期

14、会产生胶凝效果，但是过量的碱含量会导致泛碱，造成质量问题。粉状炉渣的成分也会因日常的城市生活垃圾不同而有所变化，那么这就需要解决粉状炉渣对环保水泥的影响。同时碱激发剂是很多，但是复合碱激发剂的效果比单类型碱激发剂好，这需要寻找一种适合工业废渣以及粉状炉渣的复合碱激发，并且低成本，本课题需要综合解决碱激发剂，工业废渣与炉渣之间的用量范围，降低性能不良的可能性。同时本课题所用的污水虽成碱性但含有重金属，这需要解决环保水泥中重金属浸出问题。2）解决环保水泥、颗粒状炉渣以及污水所制作的环保水泥砖的适配性问题考虑到颗粒状炉渣与普通砂有所区别，并且每批的生活垃圾焚烧后的炉渣也是有所不同，那么就需要协调环保

15、水泥与颗粒状炉渣一定配比，保证不会出现碱骨料反应而使水泥砖涨裂。同时由于水泥砖所用是水为污水，需要对环保水泥砖的重金属浸出情况进行研究，环保水泥砖的试验样品重金属溶出量符合满足GB3838-2002地表水环境质量标准V类水要求。本文由环保水泥、生活垃圾焚烧炉渣及污水所制的环保水泥砖，可通过SEM-EDS、XRDIRNMR、孔结构试验等综合分析水泥砖的宏观微观性能，及用紫外分光光度法测试水泥砖的重金属浸出量。如何通过设计环保水泥、生活垃圾焚烧炉渣及污水的配比得到高强度良好性能的环保水泥砖也需要解决。2.2 项目的特色和创新之处。（1）使用生活焚烧炉渣及污水来生产环保水泥本课题使用福建省本地的固体

16、废弃物（包括粉煤灰、矿渣、银渣、生活垃圾焚烧炉渣等），且通过研究本地的固体废弃物的化学成分、杂质含量、细度等，将其磨到一定的细度，按合理的硅铝含量进行调配，并与碱激发剂及污水进行匹配设计，制成环保水泥。该思路具有创新性。（2）将环保水泥、颗粒状炉渣及废水用于环保水泥砖为了解决目前生活垃圾焚烧炉渣大量堆置问题，通过环保水泥与生活垃圾焚烧颗粒状炉渣所制成的水泥砖，不仅强度满足建筑水泥砖要求，并且所制砖低能耗，同时也大量消耗生活来及焚烧炉渣，绿色环境。在国内外可查得的资料研究中均未见到，具有一定的创新性。*三、研究开发方案和技术路线（限2000字内）3.1 研究开发方案（1）新型生活垃圾焚烧炉渣环保水泥的试验研究环保水泥的研究的研制是工业废渣、生活焚烧粉状炉渣与试验室标准砂按配比混合搅拌，并添加碱激发剂溶液（碱激发剂与污水混合而成的溶液），往40mmx40mmxl60mm模具浇筑成型，在标准养护间养护一定