技术摘要：
本发明公开了一种利用垃圾焚烧飞灰制备免烧结胶凝材料的方法：(1)将硅渣和高炉矿渣混合，研磨过筛后得混合硅材料，将石墨粉和垃圾焚烧飞灰混合，得石墨飞灰；(2)将六偏磷酸钠、混合硅材料和石墨飞灰混合，得胶凝前驱物料；(3)将胶凝前驱物料溶于水中，边搅拌边进行低温  全部
背景技术：
生活垃圾焚烧飞灰是指生活垃圾焚烧后经烟气进化系统捕获的飞灰颗粒。生活垃 圾焚烧飞灰中包含多种有毒有害物质，因此被纳入《国家危险废物名录》进行管理。除了重 金属和二噁英等有毒有害物质外，生活垃圾焚烧飞灰中还含有大量的易溶成分，如硫酸盐、 氯离子、碱金属离子等。生活垃圾焚烧飞灰中的有毒有害物质及易溶成分是困扰其资源化 利用的主要原因。 目前，生活垃圾焚烧飞灰的主要资源化利用途径包括：水泥、路基材料、集料等。利 用水泥窑协同处置飞灰生产水泥，飞灰中的易溶成分(尤其是氯离子和碱金属)容易对水泥 窑造成腐蚀且严重影响所生产水泥的品质，通过水洗的方式可去除飞灰中50％以上的氯离 子，然而水洗预处理不仅会产生大量的废液且会使得飞灰的处置工艺变得更加复杂。利用 飞灰代替部分水泥生产路基材料是当前飞灰的另一条主要的消纳途径，然而飞灰中氯离子 的渗透性高和重金属浸出率高的问题使得这一资源化利用途径变得更加不确定。利用飞灰 制作轻集料虽然可以快速消纳一部分飞灰且可稳定飞灰中的有毒有害物质，不过集料制作 一般需要高温烧结，这不仅显著增加了能耗且带来了重金属及氯化物的逃逸问题。 鉴于上述垃圾焚烧飞灰的资源化利用所存在的各种问题，现有研究利用垃圾焚烧 飞灰制备胶凝材料，可以实现对垃圾焚烧飞灰的无害化、资源化利用。然而当前利用生活垃 圾焚烧飞灰制备的胶凝材料存在重金属固化效果差、材料氯含量高、二噁英浸出浓度高、材 料强度性能等问题。即使可通过合理的原料搭配和激发方式选择在一定程度上提高胶凝材 料强度和解决重金属固化问题，但是材料氯含量高和二噁英浸出仍需要组合应用其它技术 解决。这不但增加了处置利用环节和成本，也增加了二次污染风险。
技术实现要素：
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种利用垃圾焚烧飞灰制备免烧结胶凝材 料的方法，制备胶凝材料的过程中无需进行高温烧结，大大节约能耗，且可有效解决垃圾焚 烧飞灰中重金属、二噁英、氯离子所带来的问题。 技术方案：本发明所述的一种利用垃圾焚烧飞灰制备免烧结胶凝材料的方法，包 括以下步骤： (1)将硅渣和高炉矿渣混合，研磨过筛后得混合硅材料，将石墨粉和垃圾焚烧飞灰 混合，得石墨飞灰； (2)将六偏磷酸钠、混合硅材料和石墨飞灰混合，得胶凝前驱物料； (3)将胶凝前驱物料溶于水中，搅拌的同时进行低温等离子体照射，烘干、研磨过 筛后得次级胶凝材料； 3 CN 111592246 A 说　明　书 2/7 页 (4)将氢氧化铝废料和碱渣混合，研磨过筛后得铝激发剂； (5)将铝激发剂和次级胶凝材料混匀，得免烧结胶凝材料。 其中，所述步骤(1)中硅渣和高炉矿渣的质量比为1～2:1，混合研磨后过200～400  目筛；石墨粉和垃圾焚烧飞灰的质量比为1～5:100。 所述步骤(2)中六偏磷酸钠、混合硅材料和石墨飞灰的质量比为2～6:10～20: 100。 所述步骤(3)中水和胶凝前驱物料的液固比为1～3:1；低温等离子体照射的作用 电压为10～50kV，作用气氛为空气，照射时间为1～3h；烘干研磨后过200～400目筛。 所述步骤(4)中氢氧化铝和碱渣的质量比为2～4:1。 所述步骤(5)中铝激发剂和次级胶凝材料的质量比为5～15:100。 将硅渣和高炉矿渣混合后研磨，研磨过程中硅渣和高炉矿渣颗粒间相互撞击和摩 擦，在机械化学作用下硅渣和高炉矿渣中的晶态硅转化为活性更高的不定型硅。胶凝前驱 物料在低温等离子体作用过程中，高能电子束与水分子反应生成氢氧根自由基、氢自由基 及水合电子并伴随热的释放，氢氧根自由基可通过强氧化作用促进不定型硅、石墨粉、垃圾 焚烧飞灰中的钙溶解到液相中；六偏磷酸钠发生水解，并与溶解到液相中的不定型硅、石 墨、钙离子相互混合，经过进一步聚合后生成氧化石墨烯掺杂的聚硅磷混合凝胶；钙离子均 匀地分布在混合凝胶中；氢自由基和水合电子通过还原作用将氧化石墨烯掺杂的聚硅磷混 合凝胶进一步转化为还原石墨烯掺杂的聚硅磷混合凝胶(即次级胶凝材料)。低温等离子体 作用过程中释放的热量可加快混合凝胶陈化交联过程，从而提高还原石墨烯掺杂的聚硅磷 混合凝胶活性。将铝激发剂与还原石墨烯掺杂的聚硅磷混合凝胶混合，可平衡硅铝比并提 供激发原料。在后期应用过程中，当制备的免烧结胶凝材料与水混合后，还原石墨烯掺杂的 聚硅磷混合凝胶迅速胶化，并将氢氧化铝废料和碱渣包裹起来。碱渣释放出氢氧根离子作 用于胶体内，可通过碱激发方式促进铝快速溶解，并诱发钙离子与聚硅磷混合凝胶反应，生 成水化硅酸钙和羟基磷灰岩。溶解的铝与还原石墨烯掺杂的聚硅磷混合凝胶反应，生成三 维地质聚合物。水化硅酸钙和羟基磷灰岩填充在三维地质聚合物结构中。 有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点是：(1)本发明利用垃圾焚烧飞灰 制备胶凝材料，在实现了对垃圾焚烧飞灰彻底处理的同时，又有效避免了传统垃圾焚烧飞 灰处理带来的二次污染问题，而且制备过程无需高温烧结，大大节约了工艺能耗；(2)  制备 的胶凝材料最高可实现99.24％重金属固化率、98.75％氯去除率和98.37％二噁英类物质 去除率；(3)利用胶凝材料制备的胶砂试块的单轴抗压强度高达50.68MPa；(4)  利用硅渣、 高炉矿渣、碱渣、氢氧化铝废料协同垃圾焚烧飞灰制备胶凝材料，实现了工业固废和城市危 废的无害化和资源化利用。 附图说明 图1是本发明的流程图。