一种CO2矿化制备高强度建筑材料的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及二氧化碳利用技术领域，具体涉及B01D53/62，更具体涉及一种CO2矿化制备高强度建筑材料的方法及其应用。CO2矿化制备高强度建筑材料的方法，包括：将固体废弃物和水混合后置于模具中压制成坯体，之后坯体在含有二氧化碳的气体的作用下矿化反应，即得。本申请CO2矿化制备高强度建筑材料的方法可以直接利用含二氧化碳烟气或者废气进行矿化养护，实现了固废的资源化利用。了固废的资源化利用。

【技术实现步骤摘要】
一种CO2矿化制备高强度建筑材料的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及二氧化碳利用
，具体涉及B01D53/62，更具体涉及一种CO2矿化制备高强度建筑材料的方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着全球工业化进程的加速，二氧化碳的高排放量导致全球气候不断变暖。目前，处理二氧化碳的方法主要有两种，一种是将二氧化碳用于原油的开采来降低开采难度，提高原油采收率，同时二氧化碳被封存于地下，然而地质封存技术成本高，对地质要求高，应用面有限；另一种是用大宗固废(如钢渣、电石渣等)矿化利用二氧化碳，但该方法受到矿化温度、压力、孔隙率等因素影响，且工业烟气或捕集后的二氧化碳气体中或多或少都含有一定量的水蒸气，增加了矿化反应的控制难度。CN202010759895通过将钢渣进行破碎后，加水研磨得到浆体，然后通过再添加骨料以及不同粒径的钢渣粉和浆体后，经过成型、养护得到碳化砖，该过程养护时间长达6h，工艺持久，降低生产效率，同时对原料的要求高，不方便操作。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的一些问题，本专利技术第一个方面提供了一种CO2矿化制备高强度建筑材料的方法，包括：将固体废弃物和水混合后置于模具中压制成坯体，之后坯体在含有二氧化碳的气体的作用下矿化反应，即得。
[0004]在一种实施方式中，含有二氧化碳的气体中包括二氧化碳和水蒸气。
[0005]优选的，含有二氧化碳的气体中，二氧化碳的体积分数为8
‑
95％，可以列举的有8％，10％，15％，20％，25％，30％，35％，40％，45％，50％，55％，60％，65％，70％，75％，80％，82％，85％，88％，90％，92％，94％，95％；进一步优选为10
‑
15％，更优选为13.90％。
[0006]优选的，含有二氧化碳的气体中，水蒸气的体积分数为5
‑
12％，进一步优选为6
‑
10％，更优选为8.86％。
[0007]本申请使用二氧化碳的体积分数为8
‑
95％的气体，不仅可以对高浓度含二氧化碳的气体进行矿化，同时可以实现低浓度含有二氧化碳的气体直接矿化，方便易得，可以直接利用收集得到的烟气、废气等，不需要进行再加工，操作方便。
[0008]本申请中含有二氧化碳的气体的来源不作特别限定，本领域技术人员可做常规选择，可以列举的有燃煤电厂烟气、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等。
[0009]优选的，所述固体废弃物的成分中包括含钙化合物、含镁化合物、含硅化合物中一种或多种。
[0010]含钙化合物可以列举的有氧化钙、氢氧化钙、硅酸钙矿物等。
[0011]含镁化合物可以列举的有氧化镁、氢氧化镁矿物等。
[0012]含硅化合物可以列举的有无定型硅胶、硅酸盐矿物等。
[0013]优选的，含钙化合物、含镁化合物、含硅化合物的总含量大于40wt％，更优选为80
‑
85wt％。
[0014]本申请中固体废弃物的来源不作特别限定，本领域技术人员可做常规选择，可以列举的有钢铁炉渣(高炉渣、转炉渣、精炼渣、脱硫渣、电弧炉氧化渣、还原渣等)、炉灰(飞灰、底灰、集尘灰等)、铁渣、粉煤灰、底灰、红泥、建筑垃圾、废旧水泥、尾矿、矿石原料等。
[0015]在一种实施方式中，固体废弃物和水的重量比为1：(0.05
‑
0.3)，优选为1:0.1。
[0016]优选的，固体废弃物和水混合后，密闭放置23
‑
25h，更优选为24h。
[0017]本申请中采用高含钙化合物、含镁化合物以及含硅化合物含量的固体废弃物，使得矿化反应的均匀度降低，申请人在实验中意外的发现，当固体废弃物和水的重量比为1：(0.05
‑
0.3)，尤其是1:0.1，结合后期密闭静置23
‑
25h，此时矿化均匀度高，解决了高含钙化合物、含镁化合物以及含硅化合物含量的固体废弃物不利于矿化均匀度的技术问题，提高了成品的良率，可能一方面促进了固体废弃物表面张力值的均匀化，另一方面避免了后期矿化反应时高温高压作用初期，固体废弃物表面或者近表面以及内部传热差异影响矿化。
[0018]在一种实施方中，压制成坯体的压力为10
‑
400MPa，优选为20
‑
50MPa，更优选为40MPa。
[0019]在一种实施方式中，所述矿化反应的温度为45
‑
120℃，可以列举的有45℃、60℃、80℃、100℃、120℃等。
[0020]在一种实施方式中，所述矿化反应的压力为0.05
‑
2.3MPa，可以列举的有0.05MPa、0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.9MPa、1MPa、1.1MPa、1.2MPa、2MPa、2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa等。
[0021]在一种实施方式中，矿化反应的压力P满足P≥1/w
·
10^(7.96681
‑
1668.21/(T+228))
·
133.28947，其中w为含有二氧化碳的气体中水蒸气的摩尔分数或体积分数，T为矿化反应的温度。随着矿化反应的压力增高，矿化程度较好，同时二氧化碳吸收率保证较好的水平。
[0022]在一种实施方式中，所述矿化反应的时间为1
‑
4h，可以列举的有1h、2h、4h。
[0023]本专利技术第二个方面提供了一种所述CO2矿化制备高强度建筑材料的方法制备得到的建筑材料在建筑砖中的应用。
[0024]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0025](1)本申请使用二氧化碳的体积分数为8
‑
95％的气体，方便易得，可以直接利用收集得到的烟气、废气等，对于低浓度含有二氧化碳的气体，不需要进行再加工，操作方便，极大节省了成本，降低了工业推广的难度。
[0026](2)本申请中采用含量较高的含钙化合物、含镁化合物、含硅化合物，在一定程度上增加了建筑材料的抗压强度。
[0027](3)采用重量比为1：(0.05
‑
0.3)的固体废弃物和水，于密闭放置23
‑
25h，协调作用，解决了申请中特定的固体废弃物带来的矿化均匀度低的问题，提高了成品的良率。
[0028](4)本申请中CO2矿化制备高强度建筑材料的方法，通过调控矿化反应的压力，与本申请含有二氧化碳的气体中水蒸气含量相辅相成，使得在矿化反应中可以充分利用气体中的水蒸气，在矿化反应中达到最佳的环境湿度，进而加快矿化反应速度，提高了工业烟气中二氧化碳的利用率，且得到的建筑材料强度高。
[0029](5)本申请中在满足P≥1/w
·
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CO2矿化制备高强度建筑材料的方法，其特征在于，包括：将固体废弃物和水混合后置于模具中压制成坯体，之后坯体在含有二氧化碳的气体的作用下矿化反应，即得，所述矿化反应的压力为0.05
‑
2.3MPa。2.根据权利要求1所述CO2矿化制备高强度建筑材料的方法，其特征在于，含有二氧化碳的气体中包括二氧化碳和水蒸气，水蒸气的体积分数为5
‑
12％。3.根据权利要求2所述CO2矿化制备高强度建筑材料的方法，其特征在于，含有二氧化碳的气体中，二氧化碳的体积分数为10
‑
15％。4.根据权利要求3所述CO2矿化制备高强度建筑材料的方法，其特征在于，含有二氧化碳的气体来源包括燃煤电厂烟气、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任一种或多种。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述CO2矿化制备高强度建筑材料的方法，其特征在于，所述固体废弃物的成分中包括含钙化合物、含镁化合物、含硅化合物中一种或多种。6.根据权利要求5所述CO2矿化...

【专利技术属性】
技术研发人员：成铭钊，郦怡，任天斌，朱伟豪，
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：