CN113264715A - 基于生活垃圾焚烧飞灰的重金属固化性免烧砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用生活垃圾焚烧飞灰与工业固废矿渣、粉煤灰协同生产胶凝材料，从而制备免烧砖的制备工艺，最终的效果是实现生活垃圾焚烧飞灰的固化稳定化，同时还用比较简单的工艺过程，实现了生活垃圾焚烧飞灰和工业固废的综合治理。本发明所用原料包括如下组成：180～270份的矿渣、45～112.5份的粉煤灰、90～180份的生活垃圾焚烧飞灰和2650～2800份的砂。本发明具有低能耗低成本，为生活垃圾焚烧飞灰的综合利用提供新的思路，同时也提高资源利用率、改善生态环境。

Description

基于生活垃圾焚烧飞灰的重金属固化性免烧砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及将固体废物变废为宝，特别是涉及具有潜在活性的危险固体废弃物的固化稳定和无害化处理，利用工业固废固化生活垃圾焚烧飞灰，以废制废。

背景技术

随着工业化和城市化的不断发展，产生了越来越多的工业固废和生活垃圾，中国2019年的生活垃圾生产量为242.06万吨，相比2018年提高了6.16％(国家统计局)，焚烧垃圾厂从331增加到339，(国家统计局)尽管城市生活垃圾焚烧可以产生丰富的能量并将废物量减少85–90％，但它仍然是不完善的生活垃圾处理方法，原因之一就是会产生大量的生活垃圾焚烧飞灰，生活垃圾焚烧飞灰因其中含有大量的重金属、可溶性盐、二噁英和呋喃而被列为危险固废。具体而言，生活垃圾焚烧飞灰(本文中也简称生活垃圾焚烧飞灰)是生活垃圾焚烧过程中产生的，指生活垃圾焚烧设备中烟气净化系统捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰。随着家庭废物排放量的增加和焚化技术的发展，中国每年至少要排放1000万吨的生活垃圾焚烧飞灰，由于含有铅、铬和砷等重金属以及高致癌物的二噁英等物质，生活垃圾焚烧飞灰被列入我国《国家危险废物名录》废物类别HW18(废物代码772-002-18)中，因此在利用和处理之前必须进行固化、稳定化处理。

生活垃圾焚烧飞灰的标准处置方法为使用水泥+化学螯合剂制作固化体后集中填埋。然而该方法目前存在不仅达标稳定性较差，存在环境安全隐患，尤其是存在铅、铬和砷等有害重金属渗入地下水造成二次污染的严峻问题；且该处置方法消耗大量的水泥和螯合剂，导致处置成本居高不下。当前全国各地正兴建生活垃圾焚烧厂。因此，可以预计未来几年内我国生活垃圾焚烧飞灰量将呈几何形式增长。随着环境保护监察工作的完善和周边民众环保诉求的提高，如何解决生活垃圾焚烧飞灰处置问题亟待解决。

目前对生活垃圾焚烧飞灰的处理方法分为三种，分别为分离、热处理和固化/稳定化，其中，最常用的处理生活垃圾焚烧飞灰的方法是固化/稳定化技术，不仅可以将生活垃圾焚烧飞灰对环境的影响降到最小还可以实现变废为宝。固化/稳定化处理通常涉及添加一些添加剂以固定或封装有害物质。在过去的几十年中，使用最广泛的固化/稳定化系统是水泥基材料，近年来，与水泥相比，地质聚合物技术因其较低的CO₂排放和更好的耐久性而被用于固化生活垃圾焚烧飞灰。

地质聚合物材料作为一种新型的无机聚合硅铝酸盐材料，以天然硅铝酸盐矿物或工业固体废弃物为主要原材料，与含铝质黏土和适量碱硅酸盐溶液充分混合后，在20～120℃的养护条件下成型硬化生成的一类硅铝酸盐类沸石材料，具有低碳排放、高耐腐蚀性、耐高温等特点。

现有的方法成本偏高，而且不能保证有害重金属固化效果。现状是如果能研发一种重金属固化性，特别是有毒重金属铅、铬和砷的固化性良好的生活垃圾焚烧飞灰处理方法，将极大的解决上述严峻的环保课题。

CN110723929A公开了将生活垃圾焚烧飞灰添加碱性物质、工业废渣及溶剂经碱激发、搅拌制得制砖浆料后，将浆料排至模具中，经震荡、压制、养护后制成免烧砖。制成品可作为建筑用砖进行应用，实用性强。然而，该免烧砖在养护21天后铅的浸出浓度≦0.08mg/L；铬的浸出浓度≦0.2mg/L；仍然无法满足今后更苛刻的重金属固化要求。如何将有害重金属固化，从而有效利用生活垃圾焚烧飞灰一直处于未解决的状态。

另一方面，粉煤灰是燃煤发电厂在生产过程中产生的一种固体工业废弃物，是从燃煤锅炉烟道气体中收集的以SiO₂和Al₂O₃为主要成分，含少量C_aO具备火山灰性质的粉末状物质，属硅铝玻璃质混合体。其主要化学成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、C_aO及未燃烧尽的碳，还含有少量M_g、T_i、P、S等化合物，粉煤灰的颗粒由漂珠、沉珠、磁珠和未燃尽的碳组成。

矿渣是在高炉炼铁过程中的副产品。在炼铁过程中，氧化铁在高温下还原成金属铁，铁矿石中的二氧化硅、氧化铝等杂质与石灰等反应生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经过淬冷成质地疏松、多孔的粒状物，即为高炉矿渣，简称矿渣。粉煤灰和矿渣这些工业固废的堆存量越来越大以及对环境造成的污染越来越严重，最大限度地资源化利用工业废渣已刻不容缓。

科研人员近来尝试将生活垃圾焚烧飞灰与工业固废的处理协同进行，CN111167832A公开了利用红黏土、膨润土、生活垃圾焚烧飞灰按一定质量配比混合均匀，制成混合土体，生活垃圾焚烧飞灰含量为60～70wt％，红黏土含量为15～35wt％、膨润土含量为5～15wt％；对于制成的混合体需加入化学添加剂和固化激发剂，化学添加剂由固化激发剂与海因环氧树脂按质量比为1:10～20组成，所述固化激发剂为3,3'-二氨基二丙胺(C6H17N3)，但是需要特殊的添加剂成本增高，而且会额外导致污染。

CN104607434A利用将生活垃圾焚烧飞灰、碳酸锶废渣、碳酸钾和水泥按质量份书数40-50∶25-38∶3-6∶15-25比例混合，再加入适量纯净水搅拌均匀后，填入成型模型中挤压填实，然后放置于空气中24小时后脱模，得到固化体坯体；固化体坯体再进行养护即可得到可以直接填埋的固化体，养护时间不低于14d，比较耗时。

CN102303036A利用粉煤灰、矿渣、石膏、粘土中的一种或其中两种及两种以上的混合物作为固化剂。需要加入碱激发剂，碱激发剂包括熟石灰、氢氧化钾KOH、氢氧化钠NaOH、偏硅酸钠Na₂SiO₃、偏硅酸钾K₂SiO₃、强碱弱酸盐的一种或其中两种及两种以上的复合物，成本高。

现状是固废和生活垃圾焚烧飞灰给环境造成了严重的威胁，固废难题亟待解决。现状是如果能研发一种重金属固化性，特别是有毒重金属铅、铬和砷的固化性良好的生活垃圾焚烧飞灰、矿渣、粉煤灰的协同处理方法，将极大的解决上述严峻的环保课题。此处，砷虽然严格意义上并非重金属，但是此文中基于环保处理的相似性，也将其归类为有害重金属。

发明内容

针对生活垃圾焚烧飞灰具有重金属溶出超标和含有大量有害物质的现象，本发明提供一种工业固废制备地聚合物固化稳定化生活垃圾焚烧飞灰的方法，具体是利用工业固废与生活垃圾焚烧飞灰的成分协同配合，形成胶凝材料，代替水泥，掺和砂之后制成免烧砖，该免烧砖可达到抑制有害物质浸出、实现重金属固化的目的，且制备的固化体性能较好，可用作建筑材料。生活垃圾焚烧飞灰重金属固化的问题得到解决的同时，本发明还有效利用了矿渣和粉煤灰，一举多得。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明具体的技术方案为一种重金属固化性免烧砖，其由包括矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰和砂的原料经过混合、成形、低温养护而成，所述组分按重量份数计为：180～270份的矿渣、45～112.5份的粉煤灰、90～180份的生活垃圾焚烧飞灰、2650～2800份的砂。

本发明的砂没有特别限定，可以使用工业上常用的砂，例如河砂、海砂。从原料成本角度考虑，在优选的实施方式中，砂优选为粒径0.16mm～2.36mm的天然河砂，含泥量＜0.5％。

本发明还提供一种重金属固化性胶凝材料，其包括180～270份的矿渣、45～112.5份的粉煤灰、90～180份的生活垃圾焚烧飞灰。

基于上述的胶凝材料，本发明可以提供一种混凝土，上述的重金属固化性胶凝材料与骨料混合、成形、养护而成。所述骨料优选为砂。

本发明的上述重金属固化性免烧砖的制备方法没有特别的限制，其典型的制备工艺包括以下步骤：

S1.将所需矿渣、粉煤灰以及生活垃圾焚烧飞灰按照180～270份的矿渣、45～112.5份的粉煤灰、90～180份的生活垃圾焚烧飞灰比例称取，加入混料机中，搅拌之后加入2650～2800份的砂，按照0.3～0.7的水胶比加入水，得到混合浆料；

S2.将上述得到的混合浆料装入模具中，成型；

S3.将上述装有混合浆料的模具置于18～24℃相对湿度大于等于90％的标准养护条件下养护20～30h后脱模，继续置于18～24℃相对湿度大于等于90％的标准养护条件下养护20～60h。

本发明中优选使用0.4～0.6的水胶比，更优选0.5的水胶比。

养护过程的湿度其实并无特别限制，优选可以是90％以上，优选95％以上。如果在湿度低于上述湿度的条件下，养护过程也可以通过喷洒水的方式保持养护湿度。

在优选的实施方式中，将上述装有混合浆料的模具置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护20～24h后脱模，继续置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护到20～24h。

本发明与现在技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明制备免烧砖的方法易于实施，所制成的免烧砖性能较好，对生活垃圾焚烧飞灰中的重金属和有害物质进行了有效固封，尤其是可以有效的对生活垃圾焚烧飞灰中的重金属进行有效的固封，可用于建筑材料。

(2)本发明不需要使用强碱，利用生活垃圾焚烧飞灰的强碱性激发粉煤灰和矿渣的活性，并且也不使用水泥等物质，可有效降低固化生活垃圾焚烧飞灰的成本，经济效果显著，适用范围广泛。

(3)解决了大量固废堆积浪费的问题；充分利用了资源，大量降低了处理成本，缓解了不可再生资源的压力。

(4)本发明还发现特殊的矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰的搭配，能够提供更好的砖强度。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的重金属固化性免烧砖，其由包括矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰和砂的原料经过混合、成形、低温养护而成，组分按重量份数计为：180～270份的矿渣、45～112.5份的粉煤灰、90～180份的生活垃圾焚烧飞灰、2650～2800份的砂。

本发明通过利用生活垃圾焚烧飞灰的碱性激发矿渣和粉煤灰的活性，形成一种新型水硬性胶凝材料，加入骨料(砂)既可形成类似混凝土的建筑材料，可以用来制作免烧砖，这种免烧砖的有害重金属固化性非常良好，尤其是铅、铬、砷的固化性。本发明的一个重要特定是不添加额外的其他碱剂，完全利用生活垃圾焚烧飞灰自身的碱性，即可实现胶凝材料的功能。

本发明的矿渣是在高炉炼铁过程中的副产品。其成分与矿物组成与生产原料和冷却方式有关。在慢冷结晶态的矿渣中，碱性高炉渣中的主要矿物为钙铝黄长石和钙镁黄长石，其次为硅酸二钙、假硅灰石、钙长石、钙镁橄榄石、镁蔷薇石及镁方柱石等。酸性高炉渣中的矿物成分主要为黄长石、假硅灰石、辉石和斜长石等。钒钛高炉渣中的主要矿物是钙钛石、安诺石、钛辉石、巴依石和尖晶石等。锰铁渣中主要矿物是橄榄石。高铝渣中主要矿物是铝酸一钙、三铝酸五钙和二铝酸一钙。镜铁渣中主要矿物是蔷薇辉石。在结晶态的矿渣中，除高铝渣外，仅硅酸二钙具有胶凝性，其他矿物均不具有或只具有微弱的胶凝性，所以基本不具有水硬性。而急冷渣主要由玻璃体组成，其含量与矿渣熔体的化学成分和冷却速度有很大关系，一般酸性矿渣的玻璃体含量高于碱性矿渣，冷却速度快则玻璃体含量就高。虽然成分复杂，但是上述的矿渣都可以作为本发明的原料使用。

本发明的粉煤灰是粉煤灰或烟灰。由燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物。如燃煤电厂从烟道气体中收集的细灰。粉煤灰是煤粉进入1300～1500℃的炉膛后，在悬浮燃烧条件下经受热面吸热后冷却而形成的。由于表面张力作用，粉煤灰大部分呈球状，表面光滑，微孔较小。一部分因在熔融状态下互相碰撞而粘连，成为表面粗糙、棱角较多的蜂窝状组合粒子。粉煤灰的化学组成与燃煤成分、煤粒粒度、锅炉型式、燃烧情况及收集方式等有关。其中主要物相是玻璃体，占50～80％；所含晶体矿物主要有：莫来石、α-石英、方解石、钙长石、硅酸钙、赤铁矿和磁铁矿等，此外还有少量未燃碳。

本发明的发明人经过研究发现，生活垃圾焚烧飞灰主要成分为CaO和Cl-，且具有强碱性，而粉煤灰和矿渣富含SiO₂和Al₂O₃,在生活垃圾焚烧飞灰所提供的碱性环境下，Si-O,Al-O键断裂生成单个基团，与Ca,Cl元素结合生成水化硅酸钙(C-S-H)、水化碳铝酸钙(C-A-C-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和3CaO·Al₂O₃·CaCl₂·10H₂O晶体(Friedel’s salt)，它们共同形成了生活垃圾焚烧飞灰-矿渣-粉煤灰三元胶凝材料体系的主要强度来源。

本发明形成免烧砖并能固化有害重金属成分的机理还需进一步研究，通过查阅相关文献及微观测试，发现地聚合物体系可很好地固化飞灰。其中飞灰作为碱性激发剂，矿渣、粉煤灰在碱性环境下硅氧四面体和铝氧四面体结构被破坏，形成硅氧四面体与铝氧四面体单个集团，这些集团可以与飞灰里面的钙离子和氯离子形成F盐和C-S-H等。F盐通过物理包裹、化学沉淀、离子交换等方式降低重金属的浸出率，飞灰里面的有害重金属会被形成的C-S-H包裹以及置换C-S-H中的钙离子，形成新的产物，例如C-S-H-Pb、C-S-H-Zn等。通过本发明的胶凝材料及其制备工艺固化飞灰的有害重金属，是本发明首次披露的，目前尚无类似技术。

本发明同时还发现特殊的矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰的搭配，能够提供更好的砖强度。实际的应用中发现，单独使用粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰的搭配也可以有一定效果的重金属固化性，然而，存在毒性的铅的固化性不好，而且无法提供足够的砖强度，实用性差。

本发明的砂没有特别限定，可以使用工业上常用的砂，例如河砂、海砂。从原料成本角度考虑，在优选的实施方式中，砂优选为粒径0.16mm～2.36mm的天然河砂，含泥量＜0.5％。

本发明还提供一种重金属固化性胶凝材料，其包括180～270份的矿渣、45～112.5份的粉煤灰、90～180份的生活垃圾焚烧飞灰。本发明的核心是发现矿渣、粉煤灰和生活垃圾焚烧飞灰三者的配比不但可以很好的发挥各自的作用，还可以通过三者的协同配合实现重金属的固化。

基于上述的胶凝材料，本发明可以提供一种混凝土，上述的重金属固化性胶凝材料与骨料混合、成形、养护而成。骨料优选为砂。虽然后续的实施例未进行本发明的胶凝材料与其他骨料配合制备混凝土的例子，但是加入骨料之后并未引入有害成分，因而也会有非常好的重金属固化性能。

本发明的上述重金属固化性免烧砖的制备方法没有特别的限制，其典型的制备工艺包括以下步骤：

S1.将所需矿渣、粉煤灰以及生活垃圾焚烧飞灰按照180～270份的矿渣、45～112.5份的粉煤灰、90～180份的生活垃圾焚烧飞灰比例称取，加入混料机中，搅拌之后加入2650～2800份的砂，按照0.3～0.7的水胶比加入水，得到混合浆料。

S2.将上述得到的混合浆料装入模具中，成型。

S3.将上述装有混合浆料的模具置于18～24℃相对湿度大于等于90％的标准养护条件下养护20～30h后脱模，继续置于18～24℃相对湿度大于等于90％的标准养护条件下养护20～60h。

在本发明中所谓的水胶比，是水和胶凝材料比例的意思，胶凝材料是指混凝土与骨材反应形成网格结构的材料，本发明中，矿渣、粉煤灰以及生活垃圾焚烧飞灰这三种物质，统称胶凝材料，水胶材料中的“胶”，即指该成分。

本发明中优选使用0.4～0.6的水胶比，更优选0.5的水胶比。

本发明中的所谓水，可以是建筑工程领域常用的水的统称，可以是河水、海水、自来水等。

在S2步骤中，优选使用涂了脱膜剂的模具，这样更加有利于快速制备免烧砖。常见的混凝土脱模剂都可以使用，例如使用废机油、乳化剂OE-100和水调制的脱模剂。

在S3步骤中，本发明通过很短时间的养护就可以达到较高的强度，生产效率很高。

养护过程的湿度其实并无特别限制，优选可以是90％以上，优选95％以上。如果在湿度低于上述湿度的条件下，养护过程也可以通过喷洒水的方式保持养护湿度。

在优选的实施方式中，将上述装有混合浆料的模具置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护20～24h后脱模，继续置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护到20～24h。

涂有脱模剂的模具没有特别限制，按照通常的建筑材料转的规格，可以选择40mm×40mm×160mm的模具，但是并不限于此。当将浆料放入模具时，可以通过震荡等方式脱泡并使其均匀，例如放到振动台上振动成型。

成形可以利用常用的免烧砖制备设备，压制成形，当然也可以是其他成形方法。本发明中的所谓的低温养护，不需要进行煅烧，只要是120℃以下低温放置即可，例如将砖坯置于室温，相对湿度大于95％的状态下，放置(养护)20～60h即可以形成免烧砖。所谓养护，也有时称为老化，指放置等待内部化学反应进行完全，仅放置即可实现养护，与其他免烧砖生产工艺相同，没有特别限定。

以下结合实施例直观地说明本发明的技术方案。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰的重量份数为270份的矿渣、90份的粉煤灰和90份的生活垃圾焚烧飞灰。砂的质量分数为2650份，砂为天然河砂，粒径0.16mm～2.36mm，含泥量＜0.5％。其具体步骤如下：

将矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰按照重量分数依次加入到砂浆搅拌机中搅拌均匀，得到复合胶凝材料拌合物；

将上述得到的拌合物与砂混合搅拌，加入适量的自来水搅拌均匀，得到混合浆料；

将上述得到的混合浆料取一定的量装入涂有脱模剂的40mm×40mm×160mm的模具中，放到振动台上振动成型。

将装有免烧砖的模具置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护24h后脱模，继续置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护到规定龄期。得到样品1。

实施例2：

矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰的重量份数为270份的矿渣、67.5份的粉煤灰和112.5份的生活垃圾焚烧飞灰。砂的质量分数为2700份，砂为天然河砂，粒径0.16mm～2.36mm，含泥量＜0.5％。其具体步骤如下：

将矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰按照重量分数依次加入到砂浆搅拌机中搅拌均匀，得到复合胶凝材料拌合物；

将上述得到的拌合物与砂混合搅拌，加入适量的自来水搅拌均匀，得到混合浆料；

将上述得到的混合浆料取一定的量装入涂有脱模剂的40mm×40mm×160mm的模具中，放到振动台上振动成型。

将装有免烧砖的模具置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护24h后脱模，继续置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护到规定龄期。得到样品2。

实施例3：

矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰的重量份数为202.5份的矿渣、112.5份的粉煤灰和135份的生活垃圾焚烧飞灰。砂的质量分数为2750份，砂为天然河砂，粒径0.16mm～2.36mm，含泥量＜0.5％。其具体步骤如下：

将矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰按照重量分数依次加入到砂浆搅拌机中搅拌均匀，得到复合胶凝材料拌合物；

将上述得到的拌合物与砂混合搅拌，加入适量的自来水搅拌均匀，得到混合浆料；

将上述得到的混合浆料取一定的量装入涂有脱模剂的40mm×40mm×160mm的模具中，放到振动台上振动成型。

将装有免烧砖的模具置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护24h后脱模，继续置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护到规定龄期。得到样品3。

实施例4：

矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰的重量份数为180份的矿渣、112.5份的粉煤灰和157.5份的生活垃圾焚烧飞灰。砂的质量分数为2800份，砂为天然河砂，粒径0.16mm～2.36mm，含泥量＜0.5％。其具体步骤如下：

将矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰按照重量分数依次加入到砂浆搅拌机中搅拌均匀，得到复合胶凝材料拌合物；

将上述得到的拌合物与砂混合搅拌，加入适量的自来水搅拌均匀，得到混合浆料；

将上述得到的混合浆料取一定的量装入涂有脱模剂的40mm×40mm×160mm的模具中，放到振动台上振动成型。

将装有免烧砖的模具置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护24h后脱模，继续置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护到规定龄期。得到样品4。

实施例5：

矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰的重量份数为225份的矿渣、45份的粉煤灰和180份的生活垃圾焚烧飞灰。砂的质量分数为2800份，砂为天然河砂，粒径0.16mm～2.36mm，含泥量＜0.5％。其具体步骤如下：

将矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰按照重量分数依次加入到砂浆搅拌机中搅拌均匀，得到复合胶凝材料拌合物；

将上述得到的拌合物与砂混合搅拌，加入适量的自来水搅拌均匀，得到混合浆料；

将上述得到的混合浆料取一定的量装入涂有脱模剂的40mm×40mm×160mm的模具中，放到振动台上振动成型。

将装有免烧砖的模具置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护24h后脱模，继续置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护到规定龄期。得到样品5。

对比例1：

粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰的重量份数为225份的粉煤灰和225份的生活垃圾焚烧飞灰。砂的质量分数为2800份，砂为天然河砂，粒径0.16mm～2.36mm，含泥量＜0.5％。其具体步骤如下：

将粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰按照重量分数依次加入到砂浆搅拌机中搅拌均匀，得到复合胶凝材料拌合物；

将上述得到的拌合物与砂混合搅拌，加入适量的自来水搅拌均匀，得到混合浆料；

将上述得到的混合浆料取一定的量装入涂有脱模剂的40mm×40mm×160mm的模具中，放到振动台上振动成型。

将装有免烧砖的模具置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护24h后脱模，继续置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护到规定龄期。得到对比样品1。

实施例获得样品评价

对实例1-5制得的免烧砖进行抗压强度、重金属浸出浓度测试。按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)进行抗压强度测试，采用《固体废物-浸出毒性浸出方法》(HJ/T 300-2007)中醋酸缓冲溶液法进行重金属浸出浓度测试并将测试结果与《生活垃圾填埋场控制标准》(GB 16889-2008)中浓度限值作对比。

表1各实施例免烧砖性能测定结果

由表1可以看出，本发明实施例1-5所制得的免烧砖的强度随养护龄期的增加呈上升趋势，在养护28d时强度均高于30MPa实施例可以得出，当选用适量的工业固废固化生活垃圾焚烧灰时，重金属浸出量均满足《生活垃圾填埋场控制标准》(GB 16889—2008)的限值要求，说明用工业固废矿渣、粉煤灰固化生活垃圾焚烧灰是完全可行的，生活垃圾焚烧飞灰中的有害物质得到了很好的固化。而对比例1不放矿渣，其强度较低，重金属固化能力较差。

现有技术中对资源化利用生活垃圾焚烧飞灰最大的难点是如何保证重金属溶出不会造成二次污染。本发明与CN110723929A公开的将生活垃圾焚烧飞灰制砖的技术方案相比，本发明的最大的特点就是本发明的免烧砖、混凝土对于铅、铬、砷的固化性尤其优秀，是现有对于生活垃圾飞灰应用方式中罕见的，极大的解决了生活垃圾飞灰资源性利用过程中的环保忧虑。

对比例1的强度方面不理想，本发明的原料组合对于提高强度也起到至关重要作用。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种重金属固化性免烧砖，其特征在于，其由包括矿渣、粉煤灰、生活垃圾焚烧飞灰和砂的原料经过混合、成形、低温养护而成，各组分按重量份数计为：180～270份的矿渣、45～112.5份的粉煤灰、90～180份的生活垃圾焚烧飞灰、2650～2800份的砂。

2.根据权利要求1所述的重金属固化性免烧砖，其特征在于，砂为粒径0.16mm～2.36mm的天然河砂，含泥量＜0.5％。

3.一种重金属固化性胶凝材料，其特征在于，其包括180～270份的矿渣、45～112.5份的粉煤灰和90～180份的生活垃圾焚烧飞灰。

4.一种混凝土，其特征在于，通过权利要求3所述的重金属固化性胶凝材料与骨料混合、成形、养护而成。

5.根据权利要求4所述的混凝土，其特征在于，所述骨料为砂。

6.一种重金属固化性免烧砖的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1.将所需矿渣、粉煤灰以及生活垃圾焚烧飞灰按照180～270份的矿渣、45～112.5份的粉煤灰、90～180份的生活垃圾焚烧飞灰比例称取，加入混料机中，搅拌之后加入2650～2800份的砂，按照0.3～0.7的水胶比加入水，得到混合浆料；

S2.将上述得到的混合浆料装入模具中，成型；

S3.将上述装有混合浆料的模具置于18～24℃养护20～30h后脱模，继续置于18～24℃养护20～60h。

7.根据权利要求6所述的重金属固化性免烧砖的制备方法，其特征在于，其中，S1中使用0.4～0.6的水胶比。

8.根据权利要求6所述的重金属固化性免烧砖的制备方法，其特征在于，其中，S3中的养护在湿度90％以上的环境下进行。

9.根据权利要求6所述的重金属固化性免烧砖的制备方法，其特征在于，其中，将上述装有混合浆料的模具置于温度20±2℃条件下养护20～24h，再放置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护20～24h。

10.根据权利要求6所述的重金属固化性免烧砖的制备方法，其特征在于，其中，将上述装有混合浆料的模具置于温度20±2℃养护20～24h，再放置于20±2℃相对湿度大于等于95％的标准养护条件下养护20～24h。