一种利用脱硫固废制备的人造骨料及其制备方法和应用

本发明属于固废资源化利用，具体涉及一种利用脱硫固废制备的人造骨料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着我国对工业固废的治理愈发重视。对于固废排放大户，发电厂在燃烧发电过程中会生产大量煤灰、煤渣等固废，直接采用堆积填埋的方式会给周边生态环境带来严重损害。

2、根据燃烧工艺和燃烧对象的差异，燃烧过程中会产生粉煤灰、煤渣、脱硫煤灰、脱硫煤渣和垃圾焚烧飞灰等。由于常规燃煤电厂生产的粉煤灰、煤渣是一种烧结的火山灰材料，主要成分为硅铝酸盐玻璃体，目前已经在混凝土和水泥等建材行业得到应用。然而，脱硫煤灰/煤渣是从循环流化床烟气脱硫过程中得到的副产品，通常含有较高的钙含量，直接应用到混凝土和水泥中会导致材料出现膨胀、开裂或返碱等问题，进而导致其安定性和耐久性变差。同时，垃圾焚烧飞灰不仅具有更高的钙含量，而且存在大量的氯化盐和硫酸盐等组分，这对混凝土的损害较大，因此尚未有研究报道垃圾焚烧飞灰在建材中的应用。

3、研究发现，通过将煤灰、钢渣、矿粉、赤泥、废弃混凝土微粉等固体废弃物制备人造骨料，并采用烟气co2对其进行养护处理，不仅能够实现工业固体废弃物的资源化利用，解决固废中钙含量较高导致的骨料开裂问题，而且能够实现烟气中co2的矿化封存，解决电厂co2的排放问题。然而，现有制备人造骨料的技术普遍强度较低，往往需要通过添加水泥或生石灰等组分来提高骨料强度，这会增强人造骨料的生产成本，使得该技术的经济效益较低。

4、因此，针对脱硫煤灰、脱硫煤渣及垃圾焚烧飞灰等固废开发一种低成本、无水泥/生石灰等外加剂的人造骨料，充分利用这类固废中钙含量较高的特点，对循环流化床燃煤电厂及垃圾发电厂的固废治理尤其重要。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是：提供一种利用脱硫固废制备的人造骨料及其制备方法和应用，以解决现有煤灰基骨料强度低以及对外加剂依赖性高的问题。

2、为解决其技术问题所采取的技术方案是，提供一种利用脱硫固废制备人造骨料的方法，包括以下步骤：

3、(1)将脱硫渣进行球磨处理，得脱硫渣粉末；

4、(2)将垃圾焚烧飞灰低温热解处理，得预处理垃圾焚烧飞灰；

5、(3)将脱硫灰、脱硫渣粉末及预处理垃圾焚烧飞灰混合，得原料混合物；

6、(4)向原料混合物中加水并团球造粒，得骨料颗粒；

7、(5)将骨料颗粒依次进行空气养护及矿化养护，即得。

8、本发明采用上述技术方案的有益效果为：本发明中采用脱硫灰、脱硫渣和垃圾焚烧飞灰制备人造骨料，其中脱硫渣和垃圾焚烧飞灰的引入能够显著增大体系中的钙含量，其在空气养护及矿化养护过程与烟气中的co2发生反应生成水化硅酸钙和碳酸钙，碳酸钙能够填充在水化硅酸钙的空隙中，使其形成更致密的微观结构。同时，本发明中添加的垃圾焚烧飞灰具有一定含量的氯化盐和硫酸盐，氯离子的引入能够与固废在碱激发条件下发生化学反应，部分被吸附在在水化产物或者孔壁上，同时还能够生成离子溶度积很小的氯盐结合物，可以促进体系的水化过程；通过控制其含量，使硫酸盐与空气养护及矿化养护生成的一部分氢氧化钙反应生成硫酸钙，硫酸钙进一步填充了骨料颗粒中的微孔和毛细孔，增强骨料密实度；其中的氯化盐对体系具有促凝作用，能够提升材料的早期强度；此外，本发明通过矿化养护骨料的形式能够使得氯化盐结构更加密实，这对氯离子的稳定封存具有较好的效果。

9、优选的，脱硫灰及脱硫渣来源于循环流化床工艺。

10、本发明采用上述技术方案的有益效果为：循环流化床采用炉内脱硫，即将石灰石以原料的形式加入带燃烧炉中，首先石灰石在炉内高温下分解成氧化钙，随后氧化钙与硫氧化物反应生成硫酸钙，由于保证脱硫充分，其投入的石灰石过量，因此得到的脱硫固废中含有较多的氧化钙，可用作矿化过程的优质原料；本发明的脱硫灰及脱硫渣与普通燃煤电厂得到的煤灰及煤渣具有较大差异，与粉煤灰(通常小于10％)相比，脱硫灰具有更高的钙含量(20％～30％)，更有利于本发明中的体系固碳，进而使骨料具有更加致密的结构。

11、优选的，步骤(1)中脱硫灰粉末粒径小于300μm。

12、优选的，步骤(2)中低温热解温度为300～400℃，时间为15～25min。

13、优选的，步骤(3)中脱硫灰、脱硫渣粉末及预处理垃圾焚烧飞灰的质量比为(5～95):(5～95):(1～10)；混合时间为20～60min。

14、优选的，步骤(4)中水的质量为原料混合物总质量的20～35％。

15、更优选的，步骤(4)中水的质量为原料混合物总质量的25～30％。

16、优选的，步骤(5)中空气养护条件为：常温常压、相对湿度为50～70％rh及养护时间为3～7d；矿化养护条件为：常压、温度为45～65℃、相对湿度为70～90％rh、二氧化碳体积浓度10～20％及养护时间为4～12h。

17、本发明还提供了上述方法制得的制得的人造骨料。

18、本发明还提供了上述人造骨料在制备建筑混凝土中的应用。

19、本发明具有以下有益效果：

20、(1)本发明的利用脱硫固废制备人造骨料的方法简单，同时利用该方法制备的人造骨料可显著降低现有骨料对外加剂材料(如水泥、生石灰等)的依赖，具有成本低、骨料性能优异且对环境友好性强等优点，为脱硫固废及垃圾飞灰等固废的资源化利用提供一种可行的技术路径。

21、(2)本发明的人造骨料通过添加少量垃圾焚烧飞灰，不仅能够直接利用循环流化床燃烧锅炉产出的固废(煤灰/煤渣)和废气(烟气co2)，实现co2的固定封存和脱硫煤灰、脱硫煤渣的资源化利用，同时还实现了垃圾焚烧飞灰的无害化处理。

22、(3)本发明制备的人造骨料抗压强度≥4.0mpa、吸水率≤15.0％且不易开裂，适用于道路施工混凝土材料和工业建筑混凝土材料中，适用范围广，应用潜力巨大。

技术特征：

1.一种利用脱硫固废制备人造骨料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的利用脱硫固废制备人造骨料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中脱硫灰粉末粒径小于300μm。

3.如权利要求1所述的利用脱硫固废制备人造骨料的方法，其特征在于，所述步骤(2)中低温热解温度为300～400℃，时间为15～25min。

4.如权利要求1所述的利用脱硫固废制备人造骨料的方法，其特征在于，所述步骤(3)中脱硫灰、脱硫渣粉末及预处理垃圾焚烧飞灰的质量比为(5～95):(5～95):(1～10)；所述混合时间为20～60min。

5.如权利要求1或4所述的利用脱硫固废制备人造骨料的方法，其特征在于，所述步骤(4)中水的质量为原料混合物总质量的20～35％。

6.如权利要求1所述的利用脱硫固废制备人造骨料的方法，其特征在于，所述步骤(5)中空气养护条件为：常温常压、相对湿度为50～70％rh及养护时间为3～7d；所述矿化养护条件为：常压、温度为45～65℃、相对湿度为70～90％rh、二氧化碳体积浓度10～20％及养护时间为4～12h。

7.采用权利要求1～6任一项所述的方法制得的人造骨料。

8.权利要求7所述的人造骨料在制备建筑混凝土中的应用。

技术总结
本发明公开了一种利用脱硫固废制备的人造骨料及其制备方法和应用，属于固废资源化利用技术领域。制备方法包括以下步骤：将脱硫渣进行球磨处理，得脱硫渣粉末；将垃圾焚烧飞灰低温热解处理，得预处理垃圾焚烧飞灰；将脱硫灰、脱硫渣粉末及预处理垃圾焚烧飞灰混合，得原料混合物；向原料混合物中加水并团球造粒，得骨料颗粒；将骨料颗粒依次进行空气养护及矿化养护，即得。本发明还公开了上述方法制备的人造骨料及其应用。本发明的利用脱硫固废制备的人造骨料抗压强度大且离子封存稳定，可解决现有煤灰基骨料强度低以及对外加剂依赖性高的问题，应用前景广泛。

技术研发人员：岳海荣,王超,周昶安,宋磊,马奎,钟山,梁斌
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20