一种钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的方法技术

本发明专利技术涉及C04B领域，具体为一种钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的方法，所述方法以钢铁行业固废为原料，通过控制成型方式得到坯体，坯体在通有二氧化碳的烟气密闭环境中进行矿化反应，制得成品建筑材料。本发明专利技术针对现有钢渣制品存在密度高、应用场景少、工艺净减排较低、矿化程度低的问题，设计提出了一种钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的制备方法，通过成型方式的改变、原料配方及相关工艺的优化等方法调控试块密度，进而保证矿化效率，同时合理利用矿化过程产生的自发热，提高矿化产品的固碳效果。提高矿化产品的固碳效果。

【技术实现步骤摘要】
一种钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的方法


[0001]本专利技术涉及C04B领域，具体为一种钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的方法。

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，同时钢渣原料自身密度较大，建材利用后制品强度高，产品应用场景小。总体而言，我国钢渣的资源化利用率比较低。同时在生产中不仅排放钢渣，还产生大量二氧化碳排放，这些尾气中CO2的浓度为10％～30％。尾气中的CO2利用是实现钢铁企业减排的有效技术措施之一。矿化技术作为从根源上解决碳排放问题的关键技术能够满足消纳钢铁产业的大量固体废弃物并协同处理排放的二氧化碳废气的目标，是当前背景下最优异的解决方案。
[0003]钢渣含有大量的活性硅酸二钙及硅酸三钙，其可作为矿化原料，通过矿化技术与二氧化碳进行反应，不仅可固定钢铁行业产生的大量二氧化碳，降低行业碳排放，同时矿化产物可作为建材制品形成良好的经济效益。但矿化反应受体系内气体分压、温度等工艺条件的影响较大。专利CN114163205A中描述了一种钢渣基碳化材料及其制备方法和应用，在钢渣中加入干炉渣、石英砂尾矿、粉煤灰、石粉、矿粉、硅灰和脱硫石膏等混合得到混合物，在8
‑
30MPa的压力下压制成砖体，并且所用原料大部分需经过球磨，通过使用较大成型压力及较小原料粒径从而保证试块的强度及固碳效率。专利CN112266204B中描述了一种增强二氧化碳养护效果的高强度全钢渣砌块及其制备方法，成型压力为5
‑
15MPa，通过全部使用钢渣保证试块强度，并且将钢渣粒径控制于5
‑
75微米，从而保证试块的密度保持在1650
‑
1850kg/m3，工艺及原料成本较大。上述因素通过调控成型压力及原材料粒径等条件提升矿化程度，但制品密度较高，成品应用场景较小，同时矿化反应时需要一定的温度，导致整个工艺的碳排放量进一步提高，不利于全工艺碳净减排。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术针对现有钢渣制品存在密度高、应用场景小、工艺净减排较低、矿化程度低的问题，设计提出了一种钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的制备方法，通过成型方式的改变、相关工艺的调控等方法调控试块密度，进而保证矿化效率，同时合理利用矿化过程产生的自发热，提高矿化产品的固碳率以及强度。
[0005]本专利技术提供了一种钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的方法，所述方法以钢铁行业固废为原料，通过控制原料组成和成型方式得到坯体，坯体在通有含二氧化碳气体的密闭环境中进行矿化反应，制得成品建筑材料。
[0006]作为一种优选的技术方案，所述钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的方法，具体包括以下步骤：
[0007](1)将含钙固废、硅铝质固废进行混合得混合固废，将混合固废和水送入搅拌系统混合均匀，得到混合料；
[0008](2)将混合料送入粉混系统搅拌至混合料混合均匀得到粉混物料；
[0009](3)将粉混物料送入消解系统消解20min
‑
60min得到消解物料；
[0010](4)将消解物料送入振动成型系统制备得到坯体；
[0011](5)将坯体按一定填充率送入反应釜中，通入含二氧化碳气体矿化反应一定时间，得到成品建筑材料。
[0012]作为一种优选的技术方案，所述步骤(1)中混合料中各组分的质量百分比为：含钙质固废15
‑
70％、硅铝质固废15
‑
80％、水5
‑
30％；优选的，所述步骤(1)中混合料中各组分的质量百分比为：含钙质固废25％
‑
45％，硅铝质固废35％
‑
65％，水10
‑
20％；进一步优选的，所述步骤(1)中混合料中水胶比(水与固废的质量比)为0.1
‑
0.2：1。
[0013]优选的，所述含钙质固废可以为钢渣、矿渣、镁渣、废石灰、废水泥等中的一种或者多种；优选的，所述硅铝质固废可以是再生骨料、磷石膏、建筑渣土、黄磷渣、粉煤灰、冶炼渣、赤泥中的一种或多种；优选的，所述硅铝质固废按照粒径分布可以是粗骨料、细骨料其中的一种或二种；进一步优选的，所述硅铝质固废按照粒径分布包括粗骨料和细骨料；
[0014]作为一种优选的技术方案，所述含粗骨料、细骨料的质量比为(0.5
‑
1.5)：(0.6
‑
1.7)；优选的，所述粗骨料、细骨料的质量比为(0.6
‑
1.3)：(0.7
‑
1.5)；进一步优选的，所述粗骨料、细骨料的质量比为(0.7
‑
1.2)：(0.8
‑
1.4)。
[0015]所述粗骨料的粒径为0.05
‑
7mm，优选为1
‑
6mm；所述细骨料的粒径为0.05
‑
0.6mm，优选为0.075
‑
0.5mm。
[0016]作为一种优选的技术方案，所述步骤(4)中振动成型系统的振动频率为1200
‑
4200次/min；优选的，所述步骤(4)中振动成型系统的振动频率为1800
‑
3800次/min；优选的，所述振动频率为2400
‑
3600次/min；进一步优选的，所述振动频率为2800
‑
3200次/min。
[0017]作为一种优选的技术方案，所述步骤(4)中振动成型系统的振动成型时间为2
‑
30s；优选的，所述振动成型时间为5
‑
20s。
[0018]本专利技术提供的方法，通过级配以及成型工艺调控，一方面可降低产品的密度，使得产品应用更加广泛；另一方面，增加气体进入块体的孔隙，提高矿化程度，提升产品性能，同时减少钢渣用量，降低降资源化利用成本，协同二氧化碳处理并制备出固碳性能良好且物理性能优异的建材制品，有利于该工艺在钢铁行业的推广及应用。
[0019]基于本专利技术体系中钢铁行业固废原料包含粒径不同的含钙质固废、硅铝制固废粗骨料、硅铝制固废细骨料，采用振动成型系统制备坯体，通过控制振动成型的时间和频率，使得粒径大小不同的固废原料之间进行嵌接，调控坯体的密度，同时提高二氧化碳的扩散速度，进而保证矿化效率，同时合理利用矿化过程产生的自发热，提高矿化产品的固碳率以及强度。
[0020]作为一种优选的技术方案，所述步骤(5)反应釜中坯体的填充率(V/V)为10
‑
50％。
[0021]作为一种优选的技术方案，所述步骤(5)反应釜中坯体的填充率(V/V)为30
‑
40％。
[0022]作为一种优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的方法，其特征在于，所述方法以钢铁行业固废为原料，通过控制原料组成和成型方式得到坯体，坯体在通有含二氧化碳气体的密闭环境中进行矿化反应，制得成品建筑材料。2.根据权利要求1所述的钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)将含钙固废、硅铝质固废进行混合得混合固废，将混合固废和水送入搅拌系统混合均匀，得到混合料；(2)将混合料送入粉混系统搅拌至混合料混合均匀得到粉混物料；(3)将粉混物料送入消解系统消解20min
‑
60min得到消解物料；(4)将消解物料送入振动成型系统制备得到坯体；(5)将坯体按一定填充率送入反应釜中，通入含二氧化碳气体矿化反应一定时间，得到成品建筑材料。3.根据权利要求2所述的钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合料中各组分的质量百分比为：含钙固废15
‑
70％、硅铝质固废15
‑
80％、水5
‑
30％。4.根据权利要求2所述的钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的方法，其特征在于，所述硅铝质固废按照粒径分布可以是粗骨料、细骨料中的一种或二种。5.根据权利要求4所述的钢铁行业固废及二氧化碳协同制备建筑材料的方法，其特征在于，所述粗骨料的粒径为0.5
‑
7mm；所述细骨料的粒径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郦怡，成铭钊，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：