一种基于磷石膏和底灰吸音砖的制备

技术领域

本发明涉及固废处理与资源化利用领域，具体涉及一种基于磷石膏和垃圾焚烧底灰的吸音砖及其制备方法。

背景技术

磷石膏主要是湿法磷酸工艺产生的一般工业固体废物，生产1吨磷酸会产生5吨磷石膏。磷石膏中90％以上为CaSO

如何拓宽磷石膏的资源化利用途径、提高磷石膏的综合利用率，已经成为了一个难题。在建材领域中使用不同的工业固废结合利用，从而实现“全固废利用”和“以固废治固废”的资源化利用模式被广泛研究。因此，为了拓宽磷石膏的资源化利用途径，增加其附加价值，需要一种既能够固化磷石膏中的杂质又能物尽其用的方法实现对磷石膏的综合利用。

因此，现有技术仍有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于磷石膏和垃圾焚烧底灰的吸音砖及其制备方法，旨在提供一种新的磷石膏的资源化利用途径，实现对磷石膏的综合利用。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种基于磷石膏和垃圾焚烧底灰的吸音砖的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：

将垃圾焚烧底灰进行破碎处理，得到第一底灰颗粒；将所述第一底灰颗粒进行球磨处理，得到第二底灰颗粒；

将磷石膏进行煅烧处理，得到半水磷石膏；

将所述半水磷石膏、第二底灰颗粒与掺合料混合，得到混合料；将所述混合料、碱性激发剂与水混合，并搅拌，得到浆体；

将所述浆体浇筑于模具中，然后密封所述模具，进行静置，养护，得到所述吸音砖。

可选地，所述第一底灰颗粒的粒径小于4.75mm。

可选地，所述球磨处理的球磨速度为250～350rad/min，所述球磨处理的球磨时间为30～40min。

可选地，所述煅烧处理的温度为160～200℃，所述煅烧处理的时间为1～2h。

可选地，所述掺合料选自矿渣粉、粉煤灰和偏高岭土中的一种。

可选地，所述碱性激发剂由氢氧化钠颗粒和水玻璃组成。

可选地，所述半水磷石膏、第二底灰颗粒、掺合料、氢氧化钠颗粒、水玻璃和水的质量份数为：

可选地，所述静置的时间为24～48小时。

可选地，所述养护的条件：在标准养护室中进行恒温恒湿养护，养护的时间为28～56天。

本发明的第二方面，提供一种基于磷石膏和垃圾焚烧底灰的吸音砖，其中，所述吸音砖采用本发明所述的制备方法制备得到。

有益效果：本发明利用碱激发技术，以磷石膏与垃圾焚烧底灰为原材料，加入掺合料、碱性激发剂和水，经碱激发反应，然后经静置成型，养护，得到强度和吸声功能兼备的吸音砖。与常规的吸音砖制备方法相比，本发明的吸音砖制备方法无需额外使用发泡剂。本发明提供的制备方法操作简单、成本低廉、经济环保，为磷石膏与垃圾焚烧底灰这两种大宗固废提供了新的资源化途径，既充分利用了固废作为原材料的特性，又实现了对垃圾焚烧底灰中重金属的固化。同时，吸音砖实现了对磷石膏和垃圾焚烧底灰这两种大宗固废的回收利用，实现了废弃物循环利用，促进了循环经济的发展。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于磷石膏和垃圾焚烧底灰的吸音砖的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于磷石膏和垃圾焚烧底灰的吸音砖及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了解决现有技术中对磷石膏的资源化利用途径少、综合利用率低的问题，本发明利用大宗固废“垃圾焚烧底灰”与磷石膏结合，采用碱激发技术制备了一种能实现全固废利用、绿色环保的吸音砖。

具体地，本发明实施例提供了一种基于磷石膏和垃圾焚烧底灰的吸音砖的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括：

步骤一、将垃圾焚烧底灰进行破碎处理，得到第一底灰颗粒；将所述第一底灰颗粒进行球磨处理，得到第二底灰颗粒；

步骤二、将磷石膏进行煅烧处理，得到半水磷石膏；

步骤三、将所述半水磷石膏、第二底灰颗粒与掺合料混合，得到混合料；将所述混合料、碱性激发剂与水混合，并搅拌，得到浆体；

步骤四、将所述浆体浇筑于模具中，然后密封所述模具，进行静置，养护，得到所述吸音砖。

本实施例利用碱激发技术，以磷石膏与垃圾焚烧底灰为原材料，加入掺合料、碱性激发剂和水，经碱激发反应，然后经静置成型，养护，得到强度和吸声功能兼备的吸音砖。与常规的吸音砖制备方法相比，本实施例的吸音砖制备方法无需额外使用发泡剂。本实施例提供的制备方法操作简单、成本低廉、经济环保，为磷石膏与垃圾焚烧底灰这两种大宗固废提供了新的资源化途径，既充分利用了固废作为原材料的特性，又实现了对垃圾焚烧底灰中重金属的固化。同时，吸音砖实现了对磷石膏和垃圾焚烧底灰这两种大宗固废的回收利用，实现了废弃物循环利用，促进了循环经济的发展。

本实施例首先对原材料进行预处理，然后经固化，养护，得到吸音砖。所述吸音砖的降噪系数大于0.4。吸音砖中的重金属元素浸出浓度满足《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)中的要求。本实施例制备的吸音砖具有噪音吸收效果好、耐火、耐腐蚀、绿色环保的特点，拥有良好的吸声效果的同时也能兼强度。关于耐火和耐腐蚀的特点，介绍如下：

1.耐火性：本发明属于碱激发材料的范围，所用的碱性激发剂中有水玻璃，其主要成分是硅酸钠。水玻璃常常用作耐高温材料。据资料显示，常规的碱激发胶凝材料的导热系数在0.24～0.38W/(m·k)，数值上接近轻质耐火黏土砖，说明本发明碱激发材料具有良好的耐火性。

2.耐腐蚀性：包括耐硫酸盐腐蚀和耐酸腐蚀的两部分内容。

2.1耐硫酸盐腐蚀：硫酸盐进入胶凝材料基体内部会与钙离子、硅酸盐和碳酸盐反应生成碳硫硅钙石Ca

2.2耐酸腐蚀：环境中的酸性气体(CO

步骤一是对垃圾焚烧底灰进行预处理。具体是，首先将垃圾焚烧底灰中的大颗粒破碎成小颗粒(即上文指的第一底灰颗粒)，便于后续步骤中的球磨处理过程。然后将破碎后的小颗粒球磨成细颗粒(即上文指的第二底灰颗粒)，从而增大了垃圾焚烧底灰的比表面积，使其在后续反应中具有更高的反应活性。

在一种实施方式中，所述将垃圾焚烧底灰进行破碎处理，得到第一底灰颗粒的步骤，具体包括：将垃圾焚烧底灰在颚式破碎机中进行破碎处理，得到第一底灰颗粒。

在一种实施方式中，所述第一底灰颗粒的粒径小于4.75mm，如此更利于后续步骤中的球磨处理过程。

在一种实施方式中，所述球磨处理的球磨速度为250～350rad/min，所述球磨处理的球磨时间为30～40min。将粗颗粒的原材料研磨成细粉末是为了让颗粒变细，使其拥有更高的比表面积，在碱聚合反应中拥有更大的反应活性。球磨的速度和时间设置在这两个区间能够将底灰研磨成微米级别的颗粒。若球磨速度过小或研磨时间不足，球磨效果不佳；若球磨速度过高或球磨时间长，研磨出的颗粒更细，但会引起更高的能耗。

步骤二是对磷石膏进行预处理。具体是，将磷石膏煅烧处理，得到半水磷石膏。其中，磷石膏的主要成分为CaSO

在一种实施方式中，所述将磷石膏进行煅烧处理的步骤，具体包括：将磷石膏投入马弗炉中进行煅烧处理。

在一种实施方式中，所述煅烧处理的温度为160～200℃，所述煅烧处理的时间为1～2h。在该条件下煅烧，可以确保磷石膏充分转变成半水磷石膏。

在步骤三中，将所述半水磷石膏、第二底灰颗粒与掺合料混合，得到混合料；再将所述混合料、碱性激发剂(可以由氢氧化钠颗粒和水玻璃组成)与水混合，并搅拌(时间约为7～10分钟)，得到浆体。

经预处理得到的半水磷石膏、第二底灰颗粒和氢氧化钠颗粒、水玻璃、水发生聚合反应制备吸音砖。该吸音砖具有起到对声音吸附作用的孔和空腔结构。这是因为浆体未凝固硬化之前，第二底灰颗粒中的单质铝与浆体环境中的氢氧化钠反应生成氢气，氢气从浆体中逸出的过程中会在未凝固的浆体内部留下连通的孔洞，从而形成吸音砖所需的的孔和空腔结构。需说明的是，碱聚合反应在搅拌过程中开始，并在后续浆体浇筑、养护的过程中持续进行。

加入掺合料，是为了在碱激发聚合反应中补充具有反应活性的硅和铝，以保证有足够的强度。在一种实施方式中，所述掺合料选自矿渣粉、粉煤灰和偏高岭土等中的一种。

使用碱激发技术来制备吸音砖，能使吸音砖同时具有吸声的功能和强度。

碱性激发剂有两方面的作用：

一方面可以形成碱性环境，使浆体硬化前形成吸音砖所必须的孔和空腔结构。由于金属铝极易被氧化，导致第二底灰颗粒中的单质铝被一层致密的氧化铝膜覆盖。在碱激发浆体的碱性环境中，在第二底灰颗粒中铝外表的氧化铝薄膜被碱侵蚀，内部的单质铝得以释放然后与碱反应生成氢气。生成的氢气在逸出的过程会在浆体内部留下很多孔，以形成吸音砖所必须的孔和空腔结构。反应过程如下：

Al

2Al+2NaOH+2H

另一方面，氢氧化钠和水玻璃其激发剂的作用，促使半水磷石膏、第二底灰颗粒和掺合料中活性物质的溶出，促进水化产物如钙矾石和C-S-H凝胶的产生，这些水化产物即提供了强度，也起到固化重金属的作用。

在一种实施方式中，所述半水磷石膏、第二底灰颗粒、掺合料、氢氧化钠颗粒、水玻璃和水的质量份数为：

半水磷石膏中存在较多的CaSO

第二底灰颗粒的作用有两个：一是提供单质铝，该铝与碱反应形成吸音砖需要的孔和空腔结构；二是为碱激发反应提供一定的SiO

加入一定比例的掺合料，掺合料中具有反应活性较好的硅和铝。因为第二底灰颗粒中的SiO

上述质量配比的半水磷石膏、第二底灰颗粒、掺合料，实现了吸音砖强度与孔隙之间的平衡。

碱性激发剂由氢氧化钠颗粒与水玻璃共同组成，氢氧化钠和水玻璃为碱激发聚合反应提供了强碱环境和游离的SiO

在步骤四中，在一种实施方式中，所述静置的时间为24～48小时，如24小时、32小时、48小时等。

在一种实施方式中，所述养护的条件：在标准养护室中进行恒温恒湿养护，养护的温度为20±2℃，养护的时间为28～56天。养护28～56天，水化程度基本完全，养护时间再延后对性能的发展不明显。

在一种实施方式中，将所述浆体浇筑于模具中，然后密封所述模具，进行静置，养护，得到所述吸音砖的步骤，具体包括：将搅拌好的碱激发后的浆体浇筑在240mm×115mm×53mm的制砖模具中；使用密封保鲜纸覆盖所述模具表面，静置一段时间后，拆除模具，然后存放于温度为20±2℃，相对湿度大于95％的标准养护室中进行恒温恒湿养护28～56天，得到具有足够孔隙与强度的吸音材料。

本发明实施例提供一种基于磷石膏和垃圾焚烧底灰的吸音砖，其中，所述吸音砖采用本发明实施例所述的制备方法制备得到。

下面通过具体的实施例对本发明进行进一步地详细说明。

以下实施例中使用的磷石膏、垃圾焚烧底灰、掺合料与水玻璃的化学成分组成分别如表1-4所示。

表1、磷石膏的化学成分组成(wt％)

表2、垃圾焚烧底灰的化学成分组成(wt％)

表3、三种掺合料的化学成分组成(wt％)

表4、水玻璃的成分

实施例1

本实施例的一种基于磷石膏和垃圾焚烧底灰的吸音砖的制备方法，包括以下步骤：

将垃圾焚烧底灰投入颚式破碎机中将粒径大于4.75mm的大颗粒破碎成粒径小于4.75mm的小颗粒，然后使用行星式球磨机以300rad/min的速率运转30min，将垃圾焚烧底灰小颗粒磨细成具有更大比表面积、更高反应活性的细底灰。

将磷石膏投入马弗炉中以200℃煅烧2h，得到具备胶凝性的半水磷石膏。

将半水磷石膏、细底灰和矿渣粉混合，然后加入氢氧化钠颗粒、水玻璃和自来水充分搅拌10分钟形成浆体。其中，半水磷石膏、细底灰、矿渣粉、氢氧化钠颗粒、水玻璃和自来水的质量比为250：200：50：19：110：164。

将上述浆体浇筑于240mm×115mm×53mm的制砖模具中，用密封保鲜纸覆盖表面，静置24h后，拆除模具得到吸音砖中间样品，将中间样品存放于标准养护室中进行恒温恒湿(温度为20±2℃，相对湿度大于95％)养护28天，得到吸音砖样品，记为A1。

实施例2

与实施例1的区别仅在于：半水磷石膏、细底灰、矿渣粉、氢氧化钠颗粒、水玻璃和自来水的质量比为200：250：50：19：110：164，最后制得的吸音砖样品记为A2。

实施例3

与实施例1的区别仅在于：半水磷石膏、细底灰、矿渣粉、氢氧化钠颗粒、水玻璃和自来水的质量比为200：250：50：26：145：145，最后制得的吸音砖样品记为A3。

实施例4

与实施例1的区别仅在于：掺合料从矿渣粉变更为粉煤灰，最后制得的吸音砖样品记为A4。

实施例5

与实施例1的区别仅在于：掺合料从矿渣粉变更为偏高岭土，最后制得的吸音砖样品记为A5。

实施例1～5中吸音砖A1～A5的性能测试：

根据GBJ 88—85《驻波管法吸声系数与声阻孔率测量规范》测试A1～A5的降噪系数。A1～A5性能测试的结果如表5所示。从表5可知，A1～A5的降噪系数均大于0.4，表明A1～A5的噪音吸收性能良好。

根据《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)测试A1～A5的重金属浸出浓度，测试结果如表6所示。从表6可知，所有A1～A5的重金属的浸出浓度为Cr＜5mg/L、Pb＜5mg/L、Cd＜1mg/L、Ni＜5mg/L、Zn＜100mg/L、Cu＜100mg/L，低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)中的限值，表明A1～A5实现了对垃圾焚烧底灰中重金属的固化。

表5、A1～A5的相关性能

表6、A1～A5的浸出性(mg/L)

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。