用于将焚烧底灰转化为可用骨料的可扩展且可持续的方法与流程

本公开内容涉及一种骨料。本公开内容还涉及一种生产该骨料的方法以及该骨料的用途。

背景技术：

1、随着人类活动、城市化、经济发展以及工业化导致的全球人口增长，城市固体废物(msw，municipal solid waste)的产生速度可能会成比例地增加。垃圾填埋和焚烧可能被认为是世界上两种主要的城市固体废物处理/处置方法。因此，增加城市固体废物可能不可避免地增加需要更多用于处置焚烧残渣的垃圾填埋场的压力。以新加坡为例，仅2019年，估计产生约720万吨城市固体废物，其中估计58％被回收，估计39％被焚烧，估计3％被填埋。虽然通过焚烧可以减少90％的废物体积，但这仍然不是焚烧结束时废物处理的最后阶段。这是因为残留物，例如焚烧底灰(iba，incineration bottom ash)和焚烧粉煤灰(ifa，incineration fly ash)，在焚烧后仍然需要通过垃圾填埋场进行处置，而新加坡只有一个垃圾填埋场，即实马高垃圾填埋场(sl，semakau landfill)。不幸的是，到2035年，sl的寿命预计将持续不到20年。因此，新加坡等国家可能必须在充分利用焚烧灰(ia)方面仔细规划，特别是占城市生活废物焚烧后灰烬总重量85％至95％的焚烧底灰，由于垃圾填埋场的可用性有限，这似乎是延长sl的寿命的唯一方法。

2、为了减少垃圾填埋场中处置的焚烧底灰，对焚烧底灰的用途进行了探索。然而，焚烧底灰中的有毒重金属和氯化物含量似乎严重阻碍其在众多应用中的利用。因此，即使在利用焚烧底灰之前，也必须对其进行处理。许多现有的处理方法，例如用于金属回收的分离过程、固化/稳定以固定焚烧底灰中的有害成分、热处理和碱处理，都可以改善焚烧底灰的质量并减少对环境的影响。尽管如此，这些处理方法在实践中往往耗时、成本高，或者具有挑战性。例如，使用化学品且循环使用相同的水来清洗iba通常可能导致溶解在水中的重金属的量增加，达到超出污水规定限值的浓度。

3、为了利用焚烧底灰，同时最大限度地减少或避免上述处理，考虑到随着全球需求的不断增加，不可再生天然骨料的来源正在迅速耗尽，因此探索了使用城市固体废物焚烧底灰作为混凝土中的粗骨料或细骨料替代品。一般来说，焚烧底灰可能含有金属、陶瓷、石头、玻璃碎片和未燃烧的有机物，颗粒尺寸分布可能为0.1mm至100mm。由焚烧底灰制成的石头碎片一直是最受欢迎的替代骨料材料之一。这可能是因为焚烧底灰石头碎片可能类似于骨料，并且垃圾发电厂产生的大量焚烧底灰石头碎片使得焚烧底灰石头碎片成为弥补骨料供需缺口的便捷替代品。即便如此，焚烧底灰石头碎片往往含有高浓度的有毒重金属，这些重金属可能容易浸出，并且与处理过的焚烧底灰相比，可能具有相对较弱的强度特性，如未经处理的焚烧底灰的强度特性。因此，使用未经处理的iba作为混凝土骨料替代品仍然是一个挑战。

4、因此，需要一种可扩展、可持续且成本效益好的处理方法，用于将iba转化为可用材料，例如预拌混凝土生产中的粗骨料或细骨料。

技术实现思路

1、在第一方面，提供了一种骨料，所述骨料包括：水泥，所述水泥包括普通波兰特水泥；磨碎的粒状高炉矿渣；以及底灰；其中，所述水泥在磨碎的粒状高炉矿渣的存在下水合以形成硅酸钙的水合物或其衍生物，所述硅酸钙的水合物或其衍生物包封底灰。

2、另一方面，提供了一种生产第一方面的各实施方案中的所述骨料的方法，所述方法包括：在水的存在下，将水泥和磨碎的粒状高炉矿渣与底灰混合以形成预涂底灰；以及将所述预涂底灰粒化。

技术特征：

1.一种骨料，所述骨料包括：

2.根据权利要求1所述的骨料，其中，所述普通波特兰水泥包括石灰(cao)、二氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3)、三氧化二铁(fe2o3)和/或氧化镁(mgo)。

3.根据权利要求1或2所述的骨料，其中，所述普通波特兰水泥包括以至少50重量％的量存在的石灰和二氧化硅。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的骨料，其中，所述磨碎的粒状高炉矿渣包括cao、sio2和/或mgo。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的骨料，其中，所述磨碎的粒状高炉矿渣包括：

6.根据权利要求1至5中任一项所述的骨料，其中，所述底灰包括来自任何发电厂和/或任何焚烧设施的底灰。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的骨料，其中，所述底灰包括重金属、卤化物和/或挥发性有机化合物。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的骨料，其中，

9.根据权利要求8所述的骨料，其中，所述微细普通波特兰水泥的比表面积为750m2/kg或更高。

10.根据权利要求8或9所述的骨料，其中，所述微细磨碎的粒状高炉矿渣的比表面积为750m2/kg或更高。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的骨料，其中，所述骨料包括至少约40重量％的所述普通波特兰水泥。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的骨料，其中，所述骨料包括至少约10重量％的所述磨碎的粒状高炉矿渣。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的骨料，其中，包封所述底灰的所述硅酸钙水合物或其衍生物的平均厚度为200μm至700μm。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的骨料，其中，所述骨料的平均直径为0.8mm或更大。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的骨料，其中，所述骨料还包括添加剂，其中所述添加剂包括膨润土、粘土、碳纳米纤维、生物炭、粉煤灰和/或硅粉。

16.一种生产权利要求1至15中任一项所述的骨料的方法，所述方法包括：

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，将所述预涂底灰粒化进行至少3分钟的持续时间；或者

19.根据权利要求16所述的方法，还包括在将所述水泥和所述磨碎的粒状高炉矿渣与所述底灰混合之前，将所述水泥和所述磨碎的粒状高炉矿渣与水混合以形成浆料。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述预涂覆的底灰粒化包括向所述预涂底灰中添加更多的水泥。

21.根据权利要求19或20所述的方法，还包括在将所述预涂底灰粒化之后，将所述预涂底灰造粒。

22.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，还包括将所述骨料固化，其中，将所述骨料固化包括：

23.根据权利要求22所述的方法，其中，将所述骨料固化还包括在所述湿度室中对所述骨料进行汽蒸。

技术总结
本文公开了一种骨料，该骨料包括水泥，该水泥包括普通波特兰水泥；磨碎的粒状高炉矿渣；以及底灰。其中，该水泥在磨碎的粒状高炉矿渣的存在下水合以形成硅酸钙水合物或其衍生物，该硅酸钙水合物或其衍生物包封底灰。本文还公开了一种生产骨料的方法，该方法包括在水的存在下将水泥和磨碎的粒状高炉矿渣以及底灰混合以形成预涂底灰，以及将该预涂底灰粒化。

技术研发人员：岳志强,郑络兴,苏尔亚·普拉卡什,罗瑞雄,陈毓勋
受保护的技术使用者：昂国企业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21