本發明屬于陶粒，具體涉及一種基于飛灰的輕質高強陶粒及其制備方法。
背景技術：
1、隨著城市化進程的加速和人們生活水平的提高，城市生活垃圾的產生量逐年攀升。垃圾焚燒作為一種有效的垃圾處理方式，能夠大幅減少垃圾體積，回收熱能，但同時也會產生一定量的飛灰。飛灰中含有大量的重金屬、二噁英等有害物質，若不加以妥善處理，將對環境造成嚴重污染。傳統的飛灰處理方法如填埋等，不僅占用大量土地資源，還存在二次污染的風險。因此，尋求一種既能實現飛灰無害化處理，又能資源化利用的方法顯得尤為重要。
2、陶粒是一種具有多孔結構的輕骨料，具有質量輕、強度高、保溫隔熱、耐火性好、抗震性能強等諸多優良特性。在建筑領域，陶?？蓮V泛應用于混凝土制備、輕質隔墻板、屋面保溫找平、園林綠化等方面。以陶粒為骨料制作的混凝土，其密度較普通混凝土低，但抗壓強度卻能保持在較高水平，能夠有效減輕建筑物自重，降低基礎工程成本。同時，陶粒的保溫隔熱性能可提高建筑物的能效，其耐火性能夠增強建筑的防火安全性。此外，陶粒還具有一定的吸音性能，可用于聲學設計要求較高的場所。
3、近年來，利用飛灰制備陶粒成為固廢資源化利用領域的研究熱點。研究人員通過將飛灰與其他原料如黏土、污泥、粉煤灰等混合，經預處理、造粒、燒結等工藝，成功制備出具有一定性能的陶粒產品。這些研究在一定程度上實現了飛灰的無害化和資源化，為飛灰的處理提供了新的思路。然而，目前飛灰制備陶粒技術仍處于研究和小試階段，盡管具有良好的應用前景，但在實際應用中仍面臨一些亟待解決的問題。為了降低飛灰中有害物質的含量并提高其成陶性能，通常需要對飛灰進行預處理，如去氯、除雜、穩定化等。然而，這些預處理方法往往繁瑣且成本較高。例如，常用的酸洗、堿洗等化學處理方法會產生大量廢水，處理難度大且容易造成二次污染；而物理方法如水洗雖然相對簡單，但對于去除某些難溶性雜質和重金屬的效果有限。因此，如果能夠通過協同處置，減少飛灰預處理的繁瑣步驟，將會大大提升飛灰的利用效率。
4、此外，雖然飛灰陶粒具有輕質的特點，但在強度方面與傳統陶粒相比仍有一定差距，尤其是在高強度建筑結構材料的應用中受到限制。因此，協同處置飛灰制備高性能陶粒仍有優化和拓展的巨大潛力。
5、有鑒于此，特提出本發明。
技術實現思路
1、本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種輕質高強陶粒，通過協同處置飛灰，提高飛灰的成陶性能。
2、為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種基于飛灰的輕質高強陶粒，包括如下重量份的原料：飛灰10-20份，表面處理污泥5-10份，煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料21-32份，建筑廢棄物15-25份，廢玻璃10-17份，含油硅藻土熱解殘渣7-12份，廢乳化液3-6份。
3、可選的，所述建筑廢棄物中含如下質量百分比的化學成分：sio230-50%，cao5-15%，al2o310-20%。
4、可選的，所述廢玻璃中含如下質量百分比的化學成分：sio2≥70%，na2o10-15%，cao5-10%。
5、可選的，所述含油硅藻土熱解殘渣中含sio2的質量百分比≥60%。
6、可選的，所述飛灰、煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料、建筑廢棄物和含油硅藻土熱解殘渣的粒徑≤100目。
7、可選的，所述一種基于飛灰的輕質高強陶粒，其有效成分及其質量百
8、分比組成為：sio250-60%，al2o315-23%，fe2o33-5%，cao10-13%，mgo1-3%，na2o3-8%，cao/sio2比控制在0.2-0.3。
9、sio2：是陶粒的主要骨架成分，通過高溫燒結，sio2與al2o3反應形成穩定的硅酸鹽結構，并與cao（cao/sio2=0.2-0.3）生成硅灰石（casio3），降低熔融黏度，促進液相均勻分布，協同提高陶粒的強度和穩定性。
10、al2o3：增強陶粒的硬度，同時在燒結過程中與sio2形成玻璃相，提高陶粒的強度。
11、cao+mgo：cao可與sio2、al2o3等成分反應形成穩定的硅酸鹽和鋁酸鹽，提高陶粒的強度。同時，cao可能與飛灰中的cl元素反應，減少cl元素的浸出。mgo則抑制高溫下玻璃相析晶，提升抗蠕變性，降低高溫變形率。
12、fe2o3：在高溫燒結過程中發生氧化還原反應，釋放氣體，輔助造孔，形成多孔結構，降低陶粒密度。
13、na2o：降低燒結溫度，促進顆粒間的熔融與結合，提高陶粒的強度，同時減少能源消耗。
14、本發明還提供一種基于飛灰的輕質高強陶粒的制備方法，包括以下步驟：
15、s1：將飛灰、表面處理污泥、煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料、建筑廢棄物、含油硅藻土熱解殘渣和廢乳化液在攪拌設備中進行充分混合，得到混合料；
16、s2：將所述混合料輸送至均質機中進行加壓均質，得到均質料；
17、s3：將所述均質料輸送至噴霧干燥機進行噴霧干燥，得到干粒料；
18、s4：將所述干粒料輸送至高溫燒結爐，將所述高溫燒結爐預熱至400-500℃，保持30-50min，然后升溫至1050-1150℃，保持20-40min，冷卻，得到產品。
19、可選的，所述加壓均質的工藝參數包括：均質壓力為30-35mpa，均質溫度為40-50℃，均質時間為15-20min。
20、可選的，所述噴霧干燥的工藝參數包括：進風溫度200-230℃，出風溫度70-80℃，噴霧壓力為0.8-1.0mpa。
21、本發明中各原料的成分及作用如下：
22、飛灰：主要成分為sio2、al2o3、cao、fe2o3等氧化物，其中sio2含量最高，其次是al2o3，飛灰中含有重金屬，如pb、cd?等，其含量受垃圾的組成和焚燒工藝的影響。飛灰提供硅鋁酸鹽骨架，高溫下形成玻璃相，重金屬可以通過高溫協同固化。
23、表面處理污泥：屬于hw17表面處理廢物，具體來源于：金屬或者塑料表面酸(堿)洗、除油、除銹(不包括噴砂除銹)、洗滌、磷化、出光、化拋工藝產生的廢腐蝕液、廢洗滌液、廢槽液、槽渣和廢水處理污泥(不包括:鋁、材(板)表面酸(堿)洗、粗化、硫酸陽極處理、磷酸化學拋光廢水處理污泥，鋁電解電容器用鋁電極箔化學腐蝕、非硼酸系化成液化成廢水處理污泥，鋁材擠壓加工模具堿洗(煲模)廢水處理污泥，碳鋼酸洗除銹廢水處理污泥，包括：磷化污泥、酸洗污泥、含氟污泥，等，其中含有一定量的重金屬元素和有機物等，部分有機物可高溫分解發泡造孔，降低密度，合理添加優化孔隙率，同時重金屬可在高溫玻璃相或礦相中得以固定，降低浸出風險。
24、煤矸石：主要含sio2、al2o3、fe2o3、少量c，其中，sio220-50%，al2o315-30%，fe2o31-7%，cao0.5-5%，主要提供硅鋁源，高溫下形成骨架結構，提高陶粒強度；少量炭可調節發泡，降低密度。煤矸石和建筑廢棄物提供骨架支撐，防止陶粒因微孔過多而塌陷，保持較低密度的同時確保強度。
25、污染土：選用工業源污染土，除了含有硅、鋁、鐵等礦物成分外，還含有一定量的重金屬和有機物。作為制備陶粒的原料，污染土可提供硅鋁源，與煤矸石結合使用，能夠據需調整二者配比，優選的，煤矸石與污染土的質量比為（1-9）：1，以滿足陶粒的骨架結構需要；同時污染土中的重金屬可在高溫下固化減少溶出，有機物可在分解后進一步處理，同時也有一部分氣體參與陶粒造孔，降低陶粒密度。
26、建筑廢棄物：主要含cao、sio2、al2o3，其中以質量計，sio230-50%，cao5-15%，al2o310-20%，為制作陶粒提供鈣源和硅鋁源，增強煤矸石和/或污染土的骨架結構，促進高溫液相生成，增強燒結致密性。
27、廢玻璃：主要含sio2、na2o、k2o，其中sio2≥70%，na2o10-15%，cao5-10%，作為低溫熔融劑，降低燒結溫度（1000-1150℃），降低能耗；同時促進玻璃相形成，包裹重金屬并增強強度。
28、含油硅藻土熱解殘渣：為含油硅藻土的熱解產物，含油硅藻土產生于潤滑油添加劑生產過程，屬于危廢，環境風險大，目前含油硅藻土處理采用無氧高溫熱解蒸餾法工藝，產生的固相為硅藻土、無機物及剩余殘炭。傳統處理是將去油硅藻土、無機物及殘炭分離。本發明直接利用該固相部分，其主要含sio2≥60%，還含有碳氧化合物和少量殘碳，具有多孔結構，其中的殘留有機物多孔結構提供成孔模板，且殘留有機物二次高溫發泡，進一步降低陶粒密度。
29、廢乳化液：屬于國家危險廢物名錄(2025年版)中的hw09油/水、烴/水混合物或乳化液，內含三個小代碼900-005-09、900-006-09、900-007-09，產生廢乳化液的行業主要有機械加工行業、電子行業、表面處理行業等，主要污染特征為高有機物。廢乳化液主要含水、油類、表面活性劑等，可以改善原料成型性，油類在高溫下裂解產生氣體，發泡造孔，優化孔隙分布，降低密度。
30、與現有技術相比，本發明的有益效果如下：
31、本發明基于上述技術方案提供一種輕質高強陶粒，通過協同處置飛灰，提高飛灰的成陶性能，將飛灰與特定量的表面處理污泥、煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料、建筑廢棄物、含油硅藻土熱解殘渣和廢乳化液配合，通過成分及工藝的協同，實現對陶粒強度的進一步提升。
32、在本發明中，飛灰和表面處理污泥中的氧化物與煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料、建筑廢棄物中的硅鋁成分反應，形成堅固的玻璃態物質，提高陶粒強度；同時飛灰中的cao和表面處理污泥中的重金屬化合物在燒結時發生化學反應，形成穩定的玻璃態物質，降低重金屬浸出風險。煤矸石或污染土或兩者任意比例混合料與建筑廢棄物，二者均富含sio2和al2o3，協同增強陶粒骨架，防止陶粒因微孔過多而塌陷，保持較低密度的同時確保強度，提升耐久性，減少有害物質浸出。廢玻璃助熔作用與含油硅藻土熱解殘渣的微孔形成作用相結合，降低燒結溫度，減少能源消耗，同時在陶粒內部形成大量微孔，降低密度并提高保溫隔熱性能。廢乳化液與含油硅藻土熱解殘渣二者均含有碳氫化合物，在燒結過程中燃燒分解，形成大量微孔，進一步降低陶粒密度。
33、本發明基于原料特性，優化常規陶粒制備工藝，采用預混、均質、噴霧干燥與高溫燒結相結合的工藝，使原料在充分混合、均勻化的基礎上進行粒化，降低成分偏析，使粒料中各成分在高溫燒結中充分反應；?；^程采用噴霧干燥，嚴格控制工藝參數，使均質料可控地轉化為粒料，干燥過程中水分蒸發形成初始孔隙，為后續燒結造孔奠定基礎；噴霧干燥后的粒料進入高溫燒結爐進行燒結制陶，高溫燒結爐內采用兩段控溫，首先400-500℃，保持30-50min，分解粒料中的有機物，避免升溫后分解釋放過快導致結構崩塌，然后升溫至1050-1150℃，保持20-40min，各成分反應形成致密表層和內部多孔結構。
34、本發明通過原料與工藝的協同處置，所得陶粒的堆積密度≤800kg/m3，尤其包括密度等級為800、700、600、500和400，1h吸水率在6%-10%之間，筒壓強度≥6.0mpa，煮沸質量損失≤3.0%，燒失量≤4.2%，硫化物和硫酸鹽含量（按so3計）、有機物含量、氯化物（以氯離子含量計）含量、放射性均滿足gb/t17431.1的規定。