一种利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及烟气治理和建筑材料领域，尤其涉及一种利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法及其应用。所述利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，通过控制反应釜中的坯体填充，使体系内矿化反应产生的热量达到水热反应所需条件，使体系内既能进行矿化反应，也能进行水热反应。本申请中的方法，能够充分利用固废中硅酸二钙及硅酸三钙固定二氧化碳时产生的大量反应热，协同制备出固碳性能良好且物理性能优异的建材制品，极大降低了固废处置成本，并且无需外加热源，通过反应热量提升环境温度，进而提升矿化效率的方法。矿化效率的方法。矿化效率的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及烟气治理和建筑材料领域，尤其涉及一种利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着“双碳”目标的提出，二氧化碳的资源化利用与产业化的发展显得极为必要。低碳技术作为从根源上解决碳排放问题的关键技术已经成为当前背景下最优异的解决方案。此外，钢铁、磷业、冶金、建筑、垃圾处理等国民重点行业所排放的大宗固体废弃物（如钢渣、磷渣、镁渣、建筑垃圾等）的量也在逐年增加，这些废弃物不仅占用了大量土地资源，而且还对环境、水体造成了严重的污染，这类固废主要成分为硅酸二钙、硅酸三钙的固废目前资源化处置方法一般为建材利用。
[0003]现有技术（中国专利申请文献CN113929394A）中描述了一种赤泥基碳化砖及其制备方法，在矿化过程中需保证40℃以上矿化温度。现有技术（中国专利申请文献CN106145878A）中描述了一种CO2矿化钢渣制备轻质建材及其制备的方法，容器加热量在5
‑
65℃。以上方法都需要对釜外加热源，提升能耗的同时造成大量碳排放。
[0004]因此，为了解决上述问题，并且提高CO2矿化制备建筑材料的反应效率，本申请中提供了一种用硅钙基固废固定二氧化碳的方法。

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硅钙基固废固定二氧化碳的方法，通过控制反应釜中的坯体填充，使体系内矿化反应产生的热量达到水热反应所需条件，使体系内既能进行矿化反应，也能进行水热反应。
[0006]本方法无需外加热源仅靠体系反应放热即可提高矿化反应程度，同时满足水热反应所需温度条件，将矿化反应与水热反应进行结合，减少能量输入的同时，提高制备效率并提升至制品性能。
[0007]作为一种优选的方案，所述利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，包括以下步骤：（1）固体废弃物与水的混合搅拌；（2）混合料的坯体成型；（3）反应釜中的复合矿化反应（所谓复合矿化反应是指并非单纯进行矿化反应，在本体系中，既发生矿化反应，也发生水热反应）。
[0008]作为一种优选的方案，所述固体废弃物与水的混合搅拌的具体操作为：将固体废弃物按照比例进行混合，按照一定的水固质量比加水送入粉混系统搅拌至混合料混合均匀，之后将混合料送入消解系统消解30~60分钟。
[0009]作为一种优选的方案，所述步骤（1）中固体废弃物与水的混合搅拌的水固质量比L/S为0.05~0.30：1。
[0010]作为一种优选的方案，所述固体废弃物包括钙质固体废弃物以及硅铝质固体废弃物；所述钙质固体废弃物为钢渣、矿渣、高炉渣、赤泥、煤渣、镁渣、磷渣、锰渣中的至少一种；
所述硅铝质固体废弃物为粉煤灰、底灰、红泥、建筑垃圾、废旧水泥、尾矿、矿石原料中的至少一种。
[0011]作为一种优选的方案，所述固体废弃物中硅酸二钙和硅酸三钙的质量分数为30~60%；所述混合料中硅酸二钙和硅酸三钙的质量分数为5~50%。
[0012]作为一种优选的方案，所述固体废弃物中硅酸二钙和硅酸三钙的质量分数为30~45%；所述混合料中硅酸二钙和硅酸三钙的质量分数为15~40%。
[0013]作为一种优选的方案，所述混合料的坯体成型的具体操作为：将混合料送入机械成型系统的模具当中，压制成块，成型压力为5~100MPa。在具体实施方式中，也可以采用浇筑成型方式将混合料成型为坯体。
[0014]作为一种优选的方案，所述步骤（3）反应釜中的复合矿化反应的具体操作为：将步骤（2）中成型脱模后的混合料的坯体置入反应釜中，通入含二氧化碳气体，气体和坯体直接接触发生反应，保持反应1~8小时，反应压力0.1~1MPa。
[0015]作为一种优选的方案，所述含二氧化碳气体为燃煤电厂烟气、石灰窑烟气、钢铁厂烟气、化工厂烟气、水泥厂烟气和碳捕集解析后气体中至少一种。
[0016]作为一种优选的方案，所述含二氧化碳气体中的二氧化碳体积分数为8~100%。
[0017]作为一种优选的方案，所述反应釜中的反应原料的填充率（坯体填充占反应釜体积的比例）为5~55%。
[0018]作为一种优选的方案，所述反应釜中的反应原料的填充率（坯体填充占反应釜体积的比例）为20~50%。
[0019]本申请中，设定反应釜的体积为v，装置中釜体各组分材料的热容分别为c1、c2、c3、c4~c
n
，釜体各组分的质量为m1、m2、m3、m4~m
n
，其满足：H=c1*m1+c2*m2+c3*m3+
……
c
n
*m
n
；其中反应装置的材料由釜体及保温材料构成，其中釜体材料可以是碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它复合材料等其中的一种或一种以上；保温材料可以是稀土保温材料、岩棉、无机硅酸盐浆料、新型无机保温材料、聚苯板、聚氨酯发泡材料、玻璃棉、硅酸铝棉等其中的至少一种。
[0020]作为一种优选的方案，所述利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法满足：其中，m为填充的坯体质量，单位t；v为反应釜的体积，单位m3；H为反应装置的热容，单位J/K；ρ为坯体的真密度（真密度（True Density）指材料在绝对密实的状态下单位体积的固体物质的实际质量，即去除内部孔隙或者颗粒间的空隙后的密度），单位kg/m3；a1为
混合料中硅酸二钙质量分数，单位%；a2为混合料中硅酸三钙质量分数，单位%；k1、k2为反应经验常数；T0为反应初始温度，单位K，P为反应压力，单位MPa。
[0021]另一方面，本专利技术中，所述m还同时满足以下两个条件：其中，ρ0为坯体表观密度，单位kg/m3；反应经验常数k1为0.6
‑
1，k2为0.8
‑
1。
[0022]本申请中，通过利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法中控制反应釜中的坯体填充，使体系内发生矿化反应，利用体系反应热量改变体系温度，从而使得反应釜内体系达到水热反应所需条件，并且进一步确定了反应釜条件与混合料条件所需满足的结果，并且确定了反应过程中反应釜填充率的适宜范围，若反应釜的填充率过低，则容易减弱矿化反应的放热效率和放热总量，从而减弱或延迟后续水热反应的反应进程和反应活性，从而明显地降低最后制品的力学强度和固碳率，但是，同样的若填充率过高，反应体系温度提升过快，水热反应在矿化反应还未基本完全完成时就已经开始，反而容易降低最终制品对于二氧化碳的吸收效率。
[0023]本专利技术第二方面提供了一种上述利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法的应用，包括该方法在固废协同矿化CO2的建筑材料中的应用。
[0024]有益效果：1、本申请提供的一种利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，能够充分利用固废中硅酸二钙及硅酸三钙固定二氧化碳时产生的大量反应热，协同制备出固碳性能良好且物理性能优异的建材制品，极大降低了固废处置成本，并且无需外加热源，通过反应热量提升环境温度，进而提升矿化效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，其特征在于：通过控制反应釜中的坯体填充，使体系内矿化反应产生的热量达到水热反应所需条件，使体系内既能进行矿化反应，也能进行水热反应。2.根据权利要求1所述的利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）固体废弃物与水的混合搅拌；（2）混合料的坯体成型；（3）反应釜中的复合矿化反应。3.根据权利要求2所述的利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，其特征在于：所述步骤（1）中固体废弃物与水的混合搅拌的水固质量比L/S为0.05~0.30：1。4.根据权利要求3所述的利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，其特征在于：所述固体废弃物包括钙质固体废弃物以及硅铝质固体废弃物；所述钙质固体废弃物为钢渣、矿渣、高炉渣、赤泥、煤渣、镁渣、磷渣、锰渣中的至少一种；所述硅铝质固体废弃物为粉煤灰、底灰、红泥、建筑垃圾、废旧水泥、尾矿、矿石原料中的至少一种。5.根据权利要求4所述的利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，其特征在于：所述固体废弃物中硅酸二钙和硅酸三钙的质量分数为30~60%；所述混合料中硅酸二钙和硅酸三钙的质量分数为5~50%。6.根据权利要求5所述的利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，其特征在于：所述步骤（3）的具体操...

【专利技术属性】
技术研发人员：郦怡，成铭钊，任天斌，朱伟豪，吴家宝，
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：