一种利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法技术

本发明专利技术涉及IPC分类的C04B28/00领域，尤其涉及一种利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法及应用。利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法，步骤至少包含有固废原料的混合，矿化反应，水热反应和块化成型。本发明专利技术通过原料配比和材料设计，从热力学角度充分发挥固废中各元素的活性，以低碳排的手段解决大宗硅铝质固废处理处置问题的同时，也能对CO2进行高效利用，得到具有高性价比的资源化产品。得到具有高性价比的资源化产品。

【技术实现步骤摘要】
一种利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法


[0001]本专利技术涉及IPC分类的C04B28/00领域，尤其涉及一种利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法。

技术介绍

[0002]随着经济的发展，人们生活环境的城镇化的加快，煤炭、电力和建筑等行业也随之快速发展，但是与此同时，相关领域所排放的大宗固体废弃物的质量也在逐年攀升。这些大宗固体废弃物的出现不仅占用了大量的土地资源进行储存，还因为其内部复杂的成分，对于环境、水体等都造成了严重的污染。
[0003]目前，固废的资源化手段主要集中于建材化利用，而现有的固废建材化利用手段多数都是高耗能的。例如现有技术(CN104072193B)中公开了一种基于含硅铝固废的发泡陶瓷材料及制备防火保温板的方法，以硅铝质固废为原材料，通过添加少量含钙矿石、助溶剂及发泡剂，制备发泡陶瓷材料和防火保温板，该方法虽然实现了硅铝质固废的资源化利用，但其生产过程中的能耗很高，产生了大量的CO2。现有技术(CN106915938B)公开了一种利用工业固废制备硫铝酸盐超高水充填材料的系统和方法，主要利用煤矸石等硅铝铁基固废和脱硫石膏等硫酸钙基固废作为原材料，经过原料粉磨、均化、烧成、熟料粉磨等工艺，制得基体材料，而该方法中用到的粉磨、烧成等工艺均是高耗能。此外，现有技术在大宗固废以及二氧化碳的协同矿化，资源再利用方面的研究也较少，且通过矿化反应制得的建筑材料产品的强度也普遍较低，为保证使用性能都需额外添加水泥等辅助胶凝材料，而胶凝材料的生产过程又是高碳排的。
[0004]因此，亟需一种具有低能耗、低碳排的优点，且能够有效利用大宗固废与二氧化碳的协同作用，制备的建筑材料具有优异的力学强度的利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术第一方面提供了一种利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法，步骤包括制备固废混合料、矿化反应、水热反应和块化成型；所述矿化反应的顺序位于块化成型步骤之前或之后；所述固废混合料包括固废和水。
[0006]作为一种优选的方案，所述矿化反应的顺序位于块化成型步骤之前，所述制备建筑材料的方法依次包括以下步骤：(1)制备固废混合料；(2)矿化反应；(3)块化成型；(4)水热反应。
[0007]作为一种优选的方案，所述矿化反应步骤和块化成型步骤之间还包括调节固废混合料的固含量；所述调节固废混合料的固含量具体为：向固废混合料中补加固废或补加固废和石膏；
[0008]作为一种优选的方案，所述步骤(1)制备的固废混合料中水与固废的质量比为1:1～10:1。
[0009]作为一种优选的方案，所述矿化反应的顺序位于块化成型步骤之后，所述制备建筑材料的方法依次包括以下步骤：(1)制备固废混合料；(2)块化成型；(3)矿化反应；(4)水热反应。
[0010]作为一种优选的方案，所述块化成型为模具中浇筑振动成型，所述块化成型所用的固废混合料的固含量为50～85％；所述块化成型为压制成型，所述块化成型所用的固废混合料的固含量为65～95％。
[0011]本申请中，所述用于块化成型的固废混合料，根据矿化反应顺序的不同，可以是步骤(1)制备的固废混合料，也可以是调节固含量之后的固废混合料。
[0012]作为一种优选的方案，所述块化成型为模具中浇筑振动成型，所述块化成型所用的固废混合料中还包括石膏。
[0013]作为一种优选的方案，所述固废混合料中的元素组成满足：
[0014]n(CaO)≥4n(Al2O3)+1.5n(SiO2)
‑
n(CaSO4)；
[0015]其中，n(CaO)为固废中可发生碳化反应的以氧化物组成计的Ca 元素摩尔量；n(Al2O3)为固废中以氧化物组成计的Al元素摩尔量； n(SiO2)为固废中以氧化物组成计的Si元素摩尔量；n(CaSO4)为石膏中CaSO4的摩尔量。
[0016]作为一种优选的方案，所述石膏的含量为固废混合料中固废总质量的0.1～5％。
[0017]本申请中，通过对石膏加入量的限定，不仅有效实现了大宗固废与废气的协同利用，还同时有效提高了所制得的建筑材料的力学性能，使其具有优异的抗氧强度和CO2吸收效果。本申请人推测为：适宜含量的石膏的加入，能够在固废混合物的块化成型的过程中，加速混合物的成型以及脱模效率，加强了混合成型后的内容水泥与固废的连接强度，并且促进形成的微小孔隙能够有效地产生银纹和裂纹的转化作用，从而提高极限外作用力的作用下的建筑材料的压力承担上限。但是，石膏的加入量同时需要保持在一个合适的范围内，若石膏的加入量过多，若石膏加入量过多，不利于最终产物种类的优化，影响产品性能。
[0018]作为一种优选的方案，所述块化成型为压制成型，所述固废混合料中的元素组成满足：
[0019]n(CaO)≥4n(Al2O3)+1.5n(SiO2)；
[0020]其中，n(CaO)为固废中可发生碳化反应的以氧化物组成计的Ca 元素摩尔量；n(Al2O3)为固废中以氧化物组成计的Al元素摩尔量； n(SiO2)为固废中以氧化物组成计的Si元素摩尔量。
[0021]作为一种优选的方案，所述的固废为电石渣、镁渣、磷矿渣、钢铁炉渣、炉灰、铁渣、气化渣、粉煤灰、大渣灰、底灰、飞灰、红泥、建筑垃圾、废旧水泥、尾矿、矿石原料中至少一种。
[0022]作为一种优选的方案，所述矿化反应采用含有CO2的气体进行，所述含有CO2的气体中CO2的体积分数为8～100％，矿化反应时间为 30～240min，矿化反应温度为20～120℃。
[0023]作为一种优选的方案，含有CO2的气体为燃煤电厂烟气、石灰窑烟气、钢铁厂烟气、化工厂烟气、水泥厂烟气、碳捕集解析后的气体中的至少一种。
[0024]作为一种优选的方案，所述水热反应的具体操作为：将需要进行水热反应的坯体置入反应釜，抽至真空，通入高温水蒸气进行水热反应，反应温度为120～240℃，反应时间为4～12h。
[0025]作为一种优选的方案，所述矿化反应过程中的矿化压力为 0.3～2MPa。
[0026]作为一种优选的方案，所述水热反应过程中的压力为1～3MPa。
[0027]本专利技术第二方面提供了一种上述利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法的应用，包括该利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法在建材的制备以及CO2的回收利用工艺中的应用。
[0028]有益效果：
[0029]1、本申请中提供的一种建筑材料的制备方法，其通过多源大宗固废复配和材料设计，既能够充分利用固废中的活性钙元素捕集废气中的CO2，又能够在热力学的角度充分的利用大宗固废中各元素的活性，获得具有极高性价比的建筑材料。
[0030]2、本申请中提供的一种建筑材料的制备方法，其能够通过极低碳排的手段同时解决大宗固废的处理处置问题和CO2的捕集利用问题，降低能耗，且适用于已有建材制备产线，具有流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法，其特征在于：步骤包括制备固废混合料、矿化反应、水热反应和块化成型；所述矿化反应的顺序位于块化成型步骤之前或之后；所述固废混合料包括固废和水。2.根据权利要求1所述的利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法，其特征在于：所述矿化反应的顺序位于块化成型步骤之前，所述制备建筑材料的方法依次包括以下步骤：(1)制备固废混合料；(2)矿化反应；(3)块化成型；(4)水热反应。3.根据权利要求2所述的利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法，其特征在于：所述矿化反应步骤和块化成型步骤之间还包括调节固废混合料的固含量；所述调节固废混合料的固含量具体为：向固废混合料中补加固废或补加固废和石膏；所述步骤(1)制备的固废混合料中水与固废的质量比为1:1～10:1。4.根据权利要求1所述的利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法，其特征在于：所述矿化反应的顺序位于块化成型步骤之后，所述制备建筑材料的方法依次包括以下步骤：(1)制备固废混合料；(2)块化成型；(3)矿化反应；(4)水热反应。5.根据权利要求1所述的利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法，其特征在于：所述块化成型为模具中浇筑振动成型，所述块化成型所用的固废混合料的固含量为50～85％；所述块化成型为压制成型，所述块化成型所用的固废混合料的固含量为65～95％。6.根据权利要求1所述的利用大宗固废协同矿化CO2制备建筑材料的方法，其特征在于：所述块化成型为模具中浇筑振动成型，所述块化成型所用的固废混合料中还包括石膏。7.根据权利要求6所述的利用大宗固废协同矿化CO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋正武，郦怡，成铭钊，任天斌，李晨，
申请(专利权)人：江苏集萃功能材料研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：