钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备的建材及方法技术

本发明专利技术属于固废建筑材料领域，具体为钢渣

【技术实现步骤摘要】
钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备的建材及方法


[0001]本专利技术属于固废建筑材料领域，具体为钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备的建材及方法。

技术介绍

[0002]随着我国钢铁行业的发展，钢渣产量迅速增大。钢渣的大量堆存不仅浪费了资源还给环境带来了极大的污染。钢渣具有一定的胶凝活性，可作为低品位“水泥”使用，但是钢渣中游离CaO和游离MgO含量高，导致钢渣制备胶凝材料出现安定性问题。总体而言，我国钢渣的资源化利用率比较低。
[0003]粉煤灰根据燃烧技术的不同，在性质上具有较大的差别。普通煤粉炉燃烧形成的普通粉煤灰具有很高的活性，可广泛应用于水泥混凝土制品。但是循环流化床锅炉排放的粉煤灰与普通粉煤灰在化学成分和微观形貌上有显著区别。循环流化床锅炉采用炉内脱硫，产生的粉煤灰一般称为固硫灰。固硫灰富含钙质固硫组分游离CaO和CaSO4，应用于水泥基材料容易引起膨胀开裂。并且固硫灰的疏松多孔微观结构和高含碳量，导致用于水泥基材料中需水量增大，从而降低材料强度。因此固硫灰渣也难以应用于水泥基材料，其资源化利用受到限制。
[0004]此外，随着环保对脱硫要求的提高，脱硫石膏年产出量逐步增加，其膏的资源化利用也迫在眉睫。
[0005]CO2为作为温室气体，一个比较有前途的减排方式是碳捕集与封存。其中最安全的方法是基于CO2与钙或镁的氧化物或氢氧化物反应形成稳定的、工业上需要的碳酸盐材料。
[0006]基于此，钢渣、脱硫石膏、粉煤灰，尤其是固硫灰，这些材料中富含的钙质材料，如游离CaO、游离MgO、CaSO4为捕集和固定CO2生成碳酸盐胶结材料提供了可能。利用钢渣、脱硫石膏、粉煤灰的固碳功能制备建筑材料，为它们的资源化利用提供了有效途径。
[0007]专利申请《一种利用钢渣尾泥制备碳化建材的方法》(申请号201910055376.5)、《一种利用钢渣制备轻质碳化建材的方法》(申请号201910054715.8)、《一种利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法》(申请号201910054720.9)、《一种利用钢渣微粉制备高强碳化建材的方法》(申请号201910054726.6)公开了利用钢渣、钢渣尾泥、钢渣微粉，结合脱硫石膏或天然石膏，通过添加细骨料、轻骨料制备碳化建材的方法。上述四个专利以钢渣和脱硫石膏或天然石膏为主要碳化反应原材料，采用常压碳化箱进行碳化养护，存在碳化养护时间长、固碳量小、固废中钙质材料碳化转换率低等缺点，需要数天碳化养护强度达到15～50MPa以上。
[0008]而本专利技术通过添加粉煤灰，尤其是含钙量高的固硫灰，协同钢渣和脱硫石膏，同时添加碳化激发剂碳酸钠和碳酸氢铵，采用两阶段连续碳化，不仅使游离Ca等氧化物能够被碳化，而且可使钢渣、粉煤灰中的含钙无定形相参与碳化反应，使其数小时即可达到50MPa以上的强度。

技术实现思路

[0009]为解决现有技术的缺点和不足，本专利技术提供了钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备的建材及方法，该方法充分利用钢渣、脱硫石膏、粉煤灰自身的特点，通过合理的原材料配比和碳化养护制备工艺，提高了碳化的转化率和效率。钢渣、脱硫石膏、粉煤灰的固废资源化利用和捕集工业废气CO2制备建材，可广泛应用于绿色固废建筑的制备与生产之中。
[0010]为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0011]钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备的建材，由以下原材料重量份数组成：
[0012]钢渣30～60份，脱硫石膏20～40份，粉煤灰10～15份，碳酸钠0.5～2份，碳酸氢铵0.1～0.3份，细骨料0～100份，粗骨料0～150份，缓凝剂0.05～0.08份，减水剂0.1～0.5份，消泡剂0.1～0.3份。
[0013]进一步，所述粉煤灰为煤粉炉产生的普通粉煤灰、固硫灰、脱硝粉煤灰中的一种或几种按任意比例混合的混合物。普通粉煤灰、固硫灰或脱硝粉煤灰本身具有的火山灰活性在钢渣的碱性环境中得到激发而提供较大的早期强度，最主要的是它们所含的钙质组分在碳化激发下能够提高材料的后期强度，尤其是所含的含钙无定形相在高温碳化阶段能够提高材料的强度。
[0014]进一步，所述细骨料的粒径为0.075mm～4.75mm，包括砂子、再生砂子等的建筑垃圾破碎筛分的细骨料和煤矸石固体废弃物破碎筛分的砂子中的一种或几种经过混合和级配得到的细骨料，或所述细骨料为堆积密度＜1200kg/m3的轻细骨料，包括有膨胀珍珠岩、玻化微珠、膨胀蛭石、聚苯颗粒中的一种或几种按任意比例混合的混合物。普通细骨料如砂子等的加入可显著提高材料的强度，用于制备钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化承重建筑材料，而采用轻细骨料则减轻材料重量提高材料保温性能，可以用来制备保温性能良好的钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化保温建筑材料。
[0015]进一步，所述粗骨料的粒径＞4.75mm，包括石子、再生石子等的建筑垃圾破碎筛分的粗骨料和煤矸石固体废弃物破碎筛分的砂子中的一种或几种的混合和级配得到的粗骨料,或所述粗骨料为堆积密度＜1100kg/m3的轻粗骨料，包括有陶粒、浮石、自燃煤矸石中的一种或几种按任意比例混合的混合物。粗骨料如石子、再生石子等的加入可显著提高材料的强度，用于制备钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化承重建筑材料，而采用轻粗骨料则既减轻材料重量又提高材料保温性能，可以用来制备保温性能良好且强度较高的钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化保温建筑材料。
[0016]进一步，所述缓凝剂为有机酸缓凝剂、磷酸盐缓凝剂、蛋白质类缓凝剂中的一种。采用缓凝剂可以有效解决钢渣、脱硫石膏、粉煤灰和水混合搅拌制备浆体时初凝时间过短而影响后续工艺开展的问题，同时解决由于初凝时间过短导致的强度过低等问题。
[0017]进一步，所述减水剂为聚羧酸减水剂。掺加适量减水剂来改善制备时浆体的工作性能，并可有效较少用水量，显著提高最终制备材料的外观质量和强度。
[0018]进一步，所述固硫灰为循环硫化床锅炉燃产生的固硫灰。固硫灰所含游离CaO和CaSO4远高于普通粉煤灰，作为一种富含钙质固体废弃物，尽管在水泥混凝土中应用受限，但是由于富含的CaO和CaSO4为其制备碳化建材提供了有利条件。利用固硫灰制备碳化建材，为固硫灰的资源化利用提供了一种有效途径。
[0019]进一步，所述有机酸缓凝剂为柠檬酸缓凝剂。柠檬酸作为一种常见有机酸，具有价
格低廉、缓凝效果好的特点。
[0020]钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备建材的方法，包括以下步骤：
[0021](1)按原材料重量份数称取钢渣、脱硫石膏、粉煤灰、碳酸钠、碳酸氢铵、细骨料、粗骨料、缓凝剂、减水剂、消泡剂；
[0022](2)将水与步骤(1)中所述原材料搅拌均匀获得拌合物，将所述拌合物入模，采用振动成型或压制成型工艺获得成型试件，将所述成型试件在常温常压下的空气中放置后拆模获得试件；
[0023](3)将步骤(2)获得的试件置于CO2反应釜中，控制所述CO2反应釜中的温度、相对湿度、CO2体积浓度、CO2气体压力，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备的建材，其特征在于：所述钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备的建材由以下原材料重量份数组成：钢渣30～60份，脱硫石膏20～40份，粉煤灰10～15份，碳酸钠0.5～2份，碳酸氢铵0.1～0.3份，细骨料0～100份，粗骨料0～150份，缓凝剂0.05～0.08份，减水剂0.1～0.5份，消泡剂0.1～0.3份。2.根据权利要求1所述的钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备的建材，其特征在于：所述粉煤灰为煤粉炉产生的普通粉煤灰、固硫灰、脱硝粉煤灰中的一种或几种按任意比例混合的混合物；所述细骨料的粒径为0.075mm～4.75mm，包括建筑垃圾破碎筛分的细骨料和煤矸石固体废弃物破碎筛分的砂子中的一种或几种经过混合和级配得到的细骨料,或所述细骨料为堆积密度＜1200kg/m3的轻细骨料，包括有膨胀珍珠岩、玻化微珠、膨胀蛭石、聚苯颗粒中的一种或几种按任意比例混合的混合物；所述粗骨料的粒径＞4.75mm，包括建筑垃圾破碎筛分的粗骨料和煤矸石固体废弃物破碎筛分的砂子中的一种或几种的混合和级配得到的粗骨料,或所述粗骨料为堆积密度＜1100kg/m3的轻粗骨料，包括有陶粒、浮石、自燃煤矸石中的一种或几种按任意比例混合的混合物；所述缓凝剂为有机酸缓凝剂、磷酸盐缓凝剂、蛋白质类缓凝剂中的一种；所述减水剂为聚羧酸减水剂。3.根据权利要求2所述的钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备的建材，其特征在于：所述固硫灰为循环硫化床锅炉燃产生的固硫灰。4.根据权利要求2所述的钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备的建材，其特征在于：所述有机酸缓凝剂为柠檬酸缓凝剂。5.钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备建材的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)按原材料重量份数称取钢渣、脱硫石膏、粉煤灰、碳酸钠、碳酸氢铵、细骨料、粗骨料、缓凝剂、减水剂、消泡剂；(2)将水与步骤(1)中所述原材料搅拌均匀获得拌合物，将所述拌合物入模，采用振动...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾冠华，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：