块矿渣通过碳酸盐化转化成辅助胶凝材料制造技术

本发明专利技术涉及辅助胶凝材料、生产辅助胶凝材料的方法、辅助胶凝材料的用途、包含辅助胶凝材料的粘结剂、制备粘结剂的方法、以及粘结剂用于制造水硬建筑材料(如混凝土)的用途。用于制造水硬建筑材料(如混凝土)的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】blast
‑
furnace slag(玻璃含量对高炉矿渣水硬潜力的影响),National Slag Association,184
‑
2,1
‑
4描述，胶凝粘结剂的反应性随着矿渣结晶部分的增加而降低。
[0008]为了生产粒化(玻璃态)高炉矿渣，将熔融矿渣运输到制粒厂。高炉矿渣倾向于迅速冷却，且其粘度增加，这会削弱制粒行为，并因此削弱反应性。矿渣制粒的最常见方法是在高过量水下使其淬火，并分成细颗粒。虽然它是有效的淬火方法，但从环境和生产的观点来看，水制粒有几个缺点。循环过程水必须重新冷却。此外，淬火水会变得被已从矿渣浸出的物质污染，例如硫和硫化物。这样的物质与水反应成硫化氢。除了潜在的空气和水污染外，所获得的矿渣可能具有高达20重量％的高残余水分含量，且必须在研磨用于胶凝用途之前干燥，这意味着密集的能量输入。此外，在熔融矿渣中结合的约1.5GJ/t热量在这个过程中仍然没有使用。
[0009]一种补救方法可以为干矿渣制粒，它允许使用这种结合热。也已开发了替代制粒方法，例如空气制粒，但这些不能大规模使用，因为冷却速率太低。
[0010]矿渣的结晶部分，例如代表的黄长石族、白硅钙石或钙长石，对于28天或甚至90天的较长时间为惰性，这对水泥品质是重要的。出于此原因，结晶矿渣对水泥的强度发展没有明显的贡献，因此是不希望的。
[0011]玻璃态部分(基本上)低于66％的空气冷却高炉矿渣没有或有太小的潜在
‑
水硬反应性，因此在很多国家经常用作道路建设所用石料和/或砂砾的替代品。X射线无定形部分常常小于15％。这样的材料由于其惰性特性更适合作为混凝土中的骨料，并产生非常高的硬度。
[0012]然而，增加结晶矿渣的反应性或其反应相含量并将其用于水泥中作为熟料替代品更符合升级回收和常见零废物概念的理念。这样的结晶材料的活化将具有巨大的技术和生态优势。
[0013]F.等人,Minerals Engineering 41(2013),46
‑
52涉及矿渣矿物钙铝石、镁硅钙石、镁黄长石、钙铝黄长石、γ
‑
硅酸盐和铝酸三钙在溶解过程中的行为研究。结果显示，矿物的性质和晶体结构影响溶解。在高pH值，溶解速率一般较慢。
[0014]A.Ehrenberg,Cement International,4(2012),第10卷,65
‑
79涉及经储存和新鲜高炉矿渣的物理性质和反应性的比较。这项研究显示，如果经储存粒化高炉矿渣正确处理，则预料不会对作为潜在的水硬粘结剂的性能有不利影响。虽然高炉矿渣能够结合来自大气或来自CO2浓度较高环境的CO2，但过程缓慢，且没有显著的实际影响。研究还显示，如果不进行恰当地研磨，高炉矿渣的反应性，对水泥和混凝土强度的贡献，会因碳酸盐化而降低。由于如果粒化高炉矿渣具有增加的点火损失，用Blaine值表征粒化高炉矿渣细度会导致误解。
[0015]S.
‑
Y.Pan等人,J.of Cleaner production,137(2016),617
‑
631涉及对已被碳酸化的不同钢矿渣类型的物理化学性质的研究，如碱性氧炉矿渣、电弧炉矿渣和钢包精炼炉矿渣。
[0016]Chen等人,J.of Cleaner production,124(2016),350
‑
360涉及开发CO2固定和用作辅助胶凝材料的研究。前体材料为碱性氧炉矿渣，它经受高重力碳酸盐化过程。碱性氧炉矿渣是来自铁加工成钢的副产物。另外，碱性氧炉矿渣具有3.3的碱度B1。
[0017]US 2003/0131762涉及矿渣水泥混合物，其中混合物包含化铁炉矿渣，这是化铁炉
中铸铁的副产物。所公开的矿渣已在空气中研磨。然而，天然存在的CO2不在该专利技术的意义上。
[0018]已知的建议没有显示使空气冷却高炉矿渣和类似组成的材料可用作辅助胶凝材料，而不需要不希望量的能量和/或经济努力的方式。因此，本专利技术的一个目的是提供一种辅助胶凝材料，其中非反应性结晶高炉矿渣已转化成反应性辅助胶凝材料。
[0019]现已令人惊讶地发现，在碳酸盐化后，空气冷却的高炉矿渣和块矿渣或具有给定范围碱度B1‑
B4的其它矿渣，在水硬粘结剂中为反应性。由此，根据本专利技术，通过碳酸化空气冷却高炉矿渣、块矿渣或其它矿渣作为辅助胶凝材料解决了上述问题。
[0020]因此，本专利技术涉及包含Si、Ca、Mg、Al、Fe的辅助胶凝材料，其中基于辅助胶凝材料总重量，X射线无定形部分为至少15％重量，并且其中基于通过前体材料碳酸盐化获得的辅助胶凝材料总重量，碳酸化钙和碳酸化镁的量的总和为至少15％重量，所述前体材料具有由通过X射线荧光(XRF)测量的氧化物的量确定在0.60至1.25范围的碱度B1[0021][0022]本专利技术还涉及一种生产辅助胶凝材料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0023]i)提供前体材料，所述前体材料包含Si、Ca、Mg、Al、Fe，具有在0.60至1.25范围的碱度B1，具有小于66％的X射线无定形部分，且具有通过激光粒度法测定D
90
≤500μm，优选≤200μm的粒度分布，ii)碳酸盐化步骤i)的前体材料，以提供辅助胶凝材料。
[0024]前体材料的X射线无定形部分通过碳酸盐化来增加。换句话讲，对于特定前体材料，X射线无定形部分低于所得辅助胶凝材料的X射线无定形部分。术语玻璃态在本文中应指X射线无定形。
[0025]本专利技术还涉及以上和以下定义的辅助胶凝材料用于制造水硬建筑材料的用途。
[0026]本专利技术还涉及包含以上和以下定义的辅助胶凝材料和水泥的水硬粘结剂。
[0027]本专利技术还涉及用于制造以上和以下定义的水硬粘结剂的方法，所述方法包括
[0028]a)提供以上和以下定义的辅助胶凝材料，
[0029]b)共混a)的辅助胶凝材料与至少一种水泥，以提供粘结剂，
[0030]c)任选共混b)的粘结剂与至少一种掺加剂和/或添加剂，以提供水硬粘结剂组合物。
[0031]本专利技术还涉及以上和以下定义的粘结剂用于制造水硬建筑材料，尤其是混凝土的用途。
[0032]根据本专利技术的碳酸化矿渣(辅助胶凝材料)具有以下优点中的至少之一。
[0033]‑
可避免技术上和能量上复杂的湿法制粒和随后的干燥。
[0034]‑
可减少CO2排放。
[0035]‑
可将非反应性结晶高炉矿渣处理成反应性材料，而没有高能量要求。
[0036]‑
碳酸化高炉矿渣在水泥中作为熟料替代品的应用是可能的，并有若干优点。
[0037]‑
本专利技术的方法代表CO2汇(CO
2 sink)有两个原因。来自大气或来自具有较高CO2浓度废气的CO2结合在辅助胶凝材料中。此外，当碳酸化高炉矿渣用作熟料的替代品时，这样的程序再一次减少了CO2排放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包含Si、Ca、Mg、Al、Fe的辅助胶凝材料，其中基于辅助胶凝材料总重量，X射线无定形部分为至少15％重量，并且其中基于通过前体材料碳酸盐化获得的辅助胶凝材料总重量，碳酸化钙和碳酸化镁的量的总和为至少15％重量，所述前体材料具有由通过X射线荧光(XRF)测量的氧化物的量确定在0.60至1.25范围的碱度B12.根据权利要求1的辅助胶凝材料，所述材料具有通过激光粒度法测定D
90
≤500μm，优选≤200μm的粒度分布。3.根据前述权利要求中任一项的辅助胶凝材料，其中所述前体材料为空气冷却高炉矿渣。4.一种生产辅助胶凝材料的方法，所述方法包括以下步骤i)提供前体材料，所述前体材料包含Si、Ca、Mg、Al、Fe，具有在0.60至1.25范围定义为CaO与SiO2重量比的碱度B1，具有小于66％的X射线无定形部分，且具有通过激光粒度法测定D
90
≤500μm的粒度分布，ii)碳酸盐化步骤i)的前体材料，以提供辅助胶凝材料。5.根据权利要求4的方法，其中步骤ii)中的碳酸盐化在20℃至200℃范围的温度和/或在1巴至100巴，优选1巴至90巴，特别是2巴至40巴范围的压力进行。6.根据权利要求4或5的方法，其中步骤ii)中的碳酸盐化时间在1至48小时的范围内，优选在4至24小时的范围内。7.根据权利要求4至6之一的方法，其中步骤ii)中CO2的浓度在10至100体积％的范围内，优选在20至80体积％的范...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：海德堡水泥公司，
类型：发明
国别省市：