СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ МУСОРОСЖИГАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК B09B3/00 C04B28/00 C04B18/10 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к утилизации золошлаковых отходов сжигания твердого бытового мусора при производстве бетона или сборных железобетонных изделий с повышенными требованиями, предъявляемыми к бетонам в дорожном и других видах строительства.

Известен способ физико-механической детоксикации и утилизации золошлаковых отходов (патент РФ №2123989), который принят за прототип. Этот способ характеризуется тем, что золошлаковые отходы предварительно сортируют с сепарацией металлических примесей и несгоревших фракций, сепарированную золошлаковую смесь при массовом соотношении шлак:зола 1:(0,5-2) подвергают механохимической обработке путем совместного сухого или мокрого измельчения в присутствии смеси ионитов в Н⁺- и ОН^- -формах при их массовом соотношении 1:(0,008-0,012), хелатолигантов и комплексной водопонижающей химической добавки при силе механического воздействия 30-120 Вт на 1 кг обрабатываемой смеси в течение 0,75-2,25 ч до образования однородной тонкоизмельченной смеси с тониной помола 3750-5750 см²/г, которую затем подвергают дополнительной химической обработке 1-5%-ным водным раствором крепителя из жидкого стекла и ортофосфорной кислоты при их мольном соотношении 1:(0,5-1,0) и рН среды 7-9, и перемешивают в течение 15-30 мин до полной гомогенизации состава при 20-50°С, а смешивание с цементом и водой затворения осуществляют при непрерывном перемешивании до образования однородной подвижной формовочной смеси с осадкой конуса 4-20 см при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент27,0-41,0Золошлаковая смесь50,0-58,0Комплексная водопонижающая добавка0,5-2,5Смесь ионитов0,01-0,42Хелатолиганды0,01-0,25Водный раствор крепителя1,5-5,0Остаточная вода затворенияОстальное

По этому способу однородную подвижную смесь укладывают в формы и выдерживают в течение 2-3 ч при 20-40°С и относительной влажности воздуха 60-90%, затем подвергают тепловлажностной обработке по режиму 3+6+4 ч при температуре изотермической выдержки 60-80°С до получения строительных изделий и конструкций, в т.ч. и особо легких. При этом для получения легких строительных изделий в подвижную формовочную смесь дополнительно вводят микрокремнеземистую добавку, пенообразователь, стабилизатор пены при следующем соотношении компонентов, мас.ч:

Подвижная формовочная смесь100Пенообразователь0,5-2,5Стабилизатор пены1,5-3,5Микрокремнеземистая добавка3-5,

а для изготовления особо легких строительных изделий в формовочную смесь дополнительно вводят полистирольный заполнитель в виде гранул вспененного полистирола при объемном соотношении формовочная смесь:полистирольный заполнитель 1:(0,75-1,15).

Недостатками указанного способа являются:

- сложность и многодельность процесса детоксикации и утилизации отходов, предусматривающие использование дорогостоящих детоксикантов, что значительно повышает стоимость конечных продуктов независимо от группы их экологической опасности;

- утилизация золошлаковых отходов предусматривает их использование для получения бетонов и бетонных изделий, имеющих невысокие физико-механические характеристики, такие как прочность и морозостойкость, которые могут использоваться в основном в ограждающих конструкциях жилых и общественных зданий, что, с одной стороны, вызывает необходимость обязательного использования дорогостоящей детоксикации, а с другой стороны - ограничивает или исключает возможность утилизации отходов мусоросжигания при производстве бетона и изделий на его основе, например дорожных, к которым предъявляются повышенные требования.

Технической задачей изобретения является создание способа, позволяющего по более простой технологии с меньшими затратами получать бетоны и изделия на их основе с высокими физико-механическими характеристиками.

Поставленная задача решается следующим образом.

После сортировки и сепарации от металлических включений и несгоревших фракций отходы мусоросжигания вместе с цементом и водой, а также заполнителем, модификатором бетона и добавкой детоксиканта в соотношениях по мас.%: цемент 20-25, отходы мусоросжигания 40-50%, крупный заполнитель 15-30%, добавка-модификатор 0,02-0,075, добавка-детоксикант 0-0,35 и вода - остальное, перемешивают в течение 1,0-5,0 мин до получения однородной бетонной смеси.

В качестве добавки-модификатора используют смесь добавок: кремнеземистой, пластифицирующей и ускорителей твердения в соотношении, мас.%: кремнеземистая добавка 0-58, пластифицирующая добавка 17-35 и ускоритель твердения 25-65. При этом в качестве кремнеземистой добавки используют модификатор МБ 10-01, или микрокремнезем, или маршалит.

В качестве добавки-детоксиканта используют недорогие вещества: СДО, СНВ, СГК или их двойные или тройные смеси при массовом соотношении 1:(0,5-1) или 1:1:(0,25-0,3) соответственно.

Указанные выше виды компонентов и их соотношения позволяют получать бетон и изделия из него с повышенными физико-механическими характеристиками при минимальных затратах и обеспечении экологической безопасности его применения, например, в дорожном строительстве.

В качестве примера поставленная задача решается следующим образом.

В бетоносмеситель подаются:

- бездобавочный портландцемент М-500 в количестве 22,2%;

- золошлаковые отходы мусоросжигания 50,0%;

- гранитный крупный заполнитель фракции 5-20 мм в количестве 20,0%;

- добавка-модификатор в количестве 0,05% смеси, состоящая из добавки МБ10-Ш в количестве 0,023%, пластифицирующей добавки С-3 в количестве 0,011% и ускорителя твердения Na₂SO₄ в количестве 0,016%;

- добавка-детоксикант - смола древесная омыленная (СДО) в количестве 0,009% смеси;

- вода в количестве 7,55%.

Указанные компоненты перемешиваются в бетоносмесителе принудительного действия в течение 2,0 мин.

Полученная бетонная смесь имеет жесткость 50 сек и из нее методом вибропрессования получают тротуарную плитку с прочностью бетона на сжатие 41,1 МПа и морозостойкостью F200.

Другие примеры конкретной реализации предложенного технического решения приведены в табл.1-2.

Как видно из табл.1, 2, применение предложенного способа позволяет повысить физико-механические характеристики бетонов по прочности и морозостойкости и упростить процесс детоксикации отходов мусоросжигания.

Таблица 1Состав бетонной смеси№№ опытовСостав бетона и раствора ^*), мас.%:Состав добавки-модификатора, мас.%:ЦОМ (ЗШС)ЗДМДДКВДСИХГBPKВПВКремнеземистая добавкаПластифицирующая добавкаУскоритель твердения12046,0300,0750,35----0,25остальное035 (С-3)65 (СН)222,550,0150,020,175----0,08-«-29(МРШ)26 (мелмент)45 (АН)32046,0300,0750,35----0,25-«-035 (С-3)65 (СН)422,550,0150,020,175----0,08-«-29(МКК)26 (мелмент)45 (АН)5 (прот.)2758,0---2,50,420,255,00,25-«----6 (конт.)2046,0302,70,175----0,25-«--35 (С-3)65 (СН)^*)Ц - цемент; ОМ - отходы мусоросжигания; З - заполнитель; ДМ - добавка-модификатор; ДЦ - добавка-детоксикант;ЗШС - золошлаковая смесь; КВД - комплексная водопонижающая добавка; СИ - смесь ионитов; ХГ - хелатолиганды;BPK - водный раствор крепителя; ВП - вредные примеси; В - вода затворения; МКК - микрокремнезем; МРШ - маршалит;СН - сульфат натрия; АН - алюминат натрия

Таблица 2Физико-механические свойства спецбетонаНаименование параметраЕдиница измер.Величина параметра для составов1234561. Плотность кг/м³2400220023702250200024002. Прочность МПа49,842,039,741,225,044,23. Морозостойкостьцикл205180157190752104. Токсичность <ПДК (<или>),<ПДК<ПДК<ПДК<ПДК>ПДК<ПДК5. Себестоимость единицы продукции%7477757610076

Способ утилизации золошлаковых отходов мусоросжигания включает их сортировку и сепарацию от металлических включений и несгоревших фракций, перемешивание с цементом, добавками детоксиканта, модификатора бетона и водой и твердение получаемой бетонной массы. В смеситель подают (мас.%): цемент 20-25, золошлаковые отходы мусоросжигания 40-60, крупный заполнитель 0-30, добавку модификатора бетона 0,02-0,075, добавку-детоксикант 0-0,35 и воду - остальное. В течение 1,0-5,0 мин проводят перемешивание компонентов до получения однородной бетонной смеси. Технический результат: получение экологически безопасных бетонов и изделий на их основе, отвечающих повышенным требованиям, предъявляемым в дорожном и других видах строительства, и повышение эффективности процесса детоксикации. Спецбетон, полученный предложенным способом, имеет следующие физико-механические показатели: плотность 2000-2400 кг/м³, прочность при сжатии 35,7-50,3 МПа, морозостойкость 153-220 циклов, содержание вредных примесей - ниже ПДК. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ утилизации золошлаковых отходов мусоросжигания, включающий процессы их сортировки и сепарации от металлических включений и несгоревших фракций, перемешивания с цементом, добавками детоксиканта, модификатора бетона и водой и твердения образуемой бетонной массы, отличающийся тем, что для получения экологически безопасных бетонов и изделий на их основе, отвечающих повышенным требованиям, предъявляемым в дорожном и других видах строительства, и повышения эффективности процесса детоксикации в смеситель подают цемент, золошлаковые отходы мусоросжигания, крупный заполнитель, добавки модификатора бетона и добавки детоксиканта при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цемент20-25золошлаковые отходы мусоросжигания40-60заполнитель0-30добавка-модификатор0,02-0,075добавка-детоксикант0-0,35водаостальное

затем в течение 1,0-5,0 мин проводят перемешивание компонентов до получения однородной бетонной смеси.

кремнеземистая добавка0-29пластифицирующая добавка26-35ускоритель твердения46-65