基于乙酸循环的利用含CO2尾气消除钢渣安定性并制备碳封存回收骨料的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于乙酸循环的利用含CO2尾气消除钢渣安定性并制备碳封存回收骨料的方法，包括以下步骤：破碎筛分、乙酸腐蚀钢渣、乙酸钙和乙酸镁混合液的碳化沉积、乙酸溶液的循环利用。本申请针对不同类别钢渣采取差异化的处理工艺，利用乙酸腐蚀钢渣消除其体积安定性，并利用腐蚀液与二氧化碳尾气制备碳封存回收骨料；本发明专利技术有效针对不同种类的钢渣颗粒，以低能耗的方式处理得到体积稳定的钢渣颗粒，并利用了工业尾气中的二氧化碳，改善了回收骨料的界面过渡区，整个生产工艺具有低碳环保、循环可再生、反应效率高等优点。反应效率高等优点。反应效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于乙酸循环的利用含CO2尾气消除钢渣安定性并制备碳封存回收骨料的方法


[0001]本专利技术涉及绿色低碳建材
，尤其是一种基于乙酸循环的利用含CO2尾气消除钢渣安定性并制备碳封存回收骨料的方法。

技术介绍

[0002]钢渣是工业炼钢过程产生的固体废弃物，其产率为粗钢产量的12％
‑
20％。但钢渣目前利用率较低，综合利用率仅30％，部分大型钢铁厂钢渣堆积量超10亿吨。钢渣低利用率除了自身水化活性差之外，最难处理的是体积安定性问题。钢渣中含有大量游离氧化钙、游离氧化镁(f
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CaO、f
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MgO)，易在水化过程中转化为Ca(OH)2和Mg(OH)2，膨胀量分别为98％和148％，掺入混凝土中将造成混凝土局部膨胀甚至开裂，且钢渣中固溶体(RO)中的一定量的MgO、MnO、FeO也会导致体积安定性不良问题。传统钢渣安定性处理方法如热闷法、水淬法、高温陈化法等，尽管应用较为普遍，却存在安定性消除不彻底、工艺复杂、能耗高等一系列问题。
[0003]CO2捕集、利用与封存(CCUS)技术是是降低建材行业碳排放的有效措施，如利用高碳排工业(水泥、钢铁、电力行业)过程中产生的二氧化碳尾气，将其注入混凝土中以提升强度，或用于制造合成骨料或矿化混凝土砌块等。研究表明，富含碱土金属(Ca、Mg)的矿物可与溶解的CO2反应，形成碳酸盐产物。该过程中，CO2被捕集并转化成碳酸盐，通过凝固硬化，填充基质空隙，可形成致密且稳定的结构。目前，中国钢渣的平均化学组成为CaO(40r/>‑
50％)，SiO2(10
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15％)，Fe2O3(3.14％)，Al2O3(1
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5％)，MgO(12％)，较高的游离氧化钙/镁(f
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CaO/f
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MgO)含量决定了自身具有较高的碳化反应活性。因此，基于CC US技术，对钢渣进行CO2矿化养护，可消除造成钢渣体积安定性问题的f
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CaO/f
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MgO，获得性能稳定的钢渣。实验室阶段常用纯CO2气体用于制备各种钢渣建材产品，而实际工业生产难以较低成本获取纯CO2气体，缺乏对非纯CO2工业尾气的应用。此外，一些CO2矿化养护生产工艺也是采用固相钢渣与气相直接反应，存在反应效率低下的问题。
[0004]由于不同炼钢工艺生产钢渣的物理化学性质组成存在差异，如钢包炉渣(LFS)的CaO(MgO)含量在65～75％，碱性氧气转炉渣(BOFS)的CaO(MgO)(MgO)含量在45～65％，电弧炉还原渣(EAFRS)的CaO(MgO)含量在45～65％，电弧炉氧化渣(EAFOS)的CaO(MgO)含量在30～45％。而高CaO(MgO)含量通常意味着较高的碳化反应活性，理论上生产制备建材产品时无需过多的机械活化，因此所需的能耗较低。但目前工业生产均一化的制备工艺未有效利用钢渣的元素组成特性，导致实际生产过程产生中不必要的能耗以及生产效率较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于乙酸循环的利用含CO2尾气消除钢渣安定性并制备碳封存回收骨料的方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：一种基于乙酸循环的利用含CO2尾气消除钢渣安定性
并制备碳封存回收骨料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1、破碎筛分：将不同种类的钢渣原渣破碎至不同粒径后并筛分得到钢渣颗粒；
[0008]步骤2、乙酸腐蚀钢渣：将步骤1得到的钢渣颗粒浸泡于乙酸溶液中，钢渣颗粒中的f
‑
CaO和f
‑
MgO与乙酸反应生成乙酸钙和乙酸镁和水，反应时间为1
‑
3小时，同时得到腐蚀后的多孔钢渣颗粒；
[0009]步骤3、乙酸钙和乙酸镁混合液的碳化沉积：
[0010]取出部分步骤2的乙酸钙和乙酸镁混合液，将建筑物拆除过程得到的回收骨料浸泡于溶液中，再通入含CO2工业尾气，生成碳酸盐堆积在回收骨料界面过渡区，以增强表面致密程度，从而改善回收骨料制砂浆混凝土拌合物工作性与硬化体力学性能；
[0011]在剩余混合液内通入含CO2工业尾气，与乙酸钙和乙酸镁反应生成碳酸盐堆积在钢渣颗粒表面，以封存CO2并制备钢渣碳利用骨料，
[0012]根据吉布斯自由能理论计算，乙酸钙与二氧化碳在液相环境中反应生产碳酸钙和乙酸的吉布斯自由能为
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2.75kJ/mol，即反应可自发进行；
[0013]步骤4、乙酸溶液的循环利用：步骤3中乙酸钙和乙酸镁溶液与CO2完全反应后的产物为碳酸盐沉淀和乙酸，过滤出反应后的固体颗粒或改性后的钢渣颗粒与回收骨料，即可得到乙酸溶液，回收乙酸溶液用于步骤2中腐蚀钢渣，以此循环再生。
[0014]本申请针对不同类别钢渣采取差异化的处理工艺，利用乙酸腐蚀钢渣消除其体积安定性，并利用腐蚀液与二氧化碳尾气制备碳封存回收骨料。根据钢渣种类，破碎至不同粒径，并浸泡于不同浓度乙酸水溶液中，可将引起钢渣安定性问题的f
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CaO/f
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MgO溶解形成可溶性乙酸钙与乙酸镁混合液。根据吉布斯自由能理论计算，乙酸钙与二氧化碳在液相环境中反应生产碳酸钙和乙酸的吉布斯自由能为
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2.75kJ/mol，即反应可自发进行。因此，通过将回收骨料预先浸泡于乙酸盐的溶液中，再通入含二氧化碳的工业尾气，可在疏松多孔的回收骨料与水泥浆界面涂覆形成碳酸钙沉淀，降低回收骨料表面孔隙率与吸水率，增强回收骨料制砂浆混凝土拌合物工作性与硬化体强度；此外，该反应生成乙酸，得到的乙酸溶液可进一步用于腐蚀钢渣，不断循环利用。本专利技术有效针对不同种类的钢渣颗粒，以低能耗的方式处理得到体积稳定的钢渣颗粒，并利用了工业尾气中的二氧化碳，改善了回收骨料的界面过渡区，整个生产工艺具有低碳环保、循环可再生、反应效率高等一系列优点。
[0015]进一步的，所述的步骤1中，不同类型的钢渣原渣破碎的粒径如下：
[0016]电弧炉氧化渣的细度为＜1.18mm，
[0017]碱性氧气转炉渣和电弧炉还原渣的细度为1.18
‑
2.36mm，
[0018]钢包炉渣的细度为2.36mm
‑
4.75mm。
[0019]考虑钢渣种类影响，消除钢渣体积安定性。本申请针对钢渣化学元素、硬度、孔隙率差异，调整钢渣破碎工艺以最低化能耗，并利用乙酸腐蚀钢渣，将钢渣中f
‑
CaO/f
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MgO溶解形成可溶性乙酸钙与乙酸镁混合液，消除钢渣安定性问题，得到稳定的钢渣颗粒。
[0020]封存工业尾气中的CO2，以降低碳排放。在固体废弃物经乙酸处理溶解出的乙酸钙/乙酸镁混合液中，通入工业尾气，可将CO2气体转变成碳酸盐固体，即可将CO2封存，降低环境中CO2尾气排放量。
[0021]制得钢渣碳利用骨料。直接向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于乙酸循环的利用含CO2尾气消除钢渣安定性并制备碳封存回收骨料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、破碎筛分：将不同种类的钢渣原渣破碎至不同粒径后并筛分得到钢渣颗粒；步骤2、乙酸腐蚀钢渣：将步骤1得到的钢渣颗粒浸泡于乙酸溶液中，钢渣颗粒中的f
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CaO和f
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MgO与乙酸反应生成乙酸钙和乙酸镁和水，反应时间为1
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3小时，同时得到腐蚀后的多孔钢渣颗粒；步骤3、乙酸钙和乙酸镁混合液的碳化沉积：取出部分步骤2的乙酸钙和乙酸镁混合液，将建筑物拆除过程得到的回收骨料浸泡于溶液中，再通入含CO2工业尾气，生成碳酸盐堆积在回收骨料界面过渡区；在剩余混合液内通入含CO2工业尾气，与乙酸钙和乙酸镁反应生成碳酸盐堆积在钢渣颗粒表面；步骤4、乙酸溶液的循环利用：步骤3中乙酸钙和乙酸镁溶液与CO2完全反应后的产物为碳酸盐沉淀和乙酸，过滤出反应后的固体颗粒或改性后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓加鑫，顾磊，王道正，施宇磊，张晓翔，
申请(专利权)人：江苏尼高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：