复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，包括如下步骤：S1、将固废制备成建材坯体；S2、将建材坯体放入到反应釜内，并通入烟气以进行矿化处理；当反应釜内达到一定温度时，结束矿化处理；S3、对矿化处理后的建材坯体进行水热处理，以获得建材制品。本发明专利技术基于矿化反应放热的现象，将矿化与水热方式进行耦合，利用前期矿化产生的温度，减少后续水热反应所需的外加热源，达到同时满足经济性和产品性能的需求。足经济性和产品性能的需求。足经济性和产品性能的需求。

【技术实现步骤摘要】
复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法


[0001]本专利技术涉及工业固废处理
，尤其涉及一种复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法。

技术介绍

[0002]随着工业发展步伐的持续加快，钢铁、煤化工、电力、水泥等高碳排放行业每年的排放量已远远超出大气环境可承受的极限，造成了温室效应等严峻的环境问题。与此同时，持续的工业活动伴随着大量固体废弃物的产生，现有的固废处理方式通常包括高温烧结、化学药剂处理、填埋堆存等，这些方式都会面临高能耗、二次污染、无附加利用值等问题。但实际上大多数的固废本身是含有可二次利用的元素的，在经过适当的处理后能产生一定的附加利用值。例如钙基固废中的钢渣、电石渣、矿渣、高炉渣、锰渣、赤泥、镁渣等，以及硅铝基固废中的粉煤灰、玻璃尾砂、建筑垃圾、底灰、红泥、矿石原料等，其中含有的钙、硅、铝等元素在水蒸气、二氧化碳等环境下，能够形成具备一定力学性能的生成物，进而能在消耗固废且捕集二氧化碳的同时，产生高附加值的产品。
[0003]现有的固废制备建材产品的方法主要为蒸压和矿化，如专利CN113135704A中提供了一种蒸压条件下利用钢渣粉、尾矿、垃圾焚烧飞灰、废旧水泥等固废原料制备建材产品的方法，专利CN114290504A提供了一种水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾制备混凝土制品的方法。但现有的蒸压体系普遍存在高温高能耗的问题，而矿化体系在低温低烟气浓度下，制得的制品强度无法达到要求，后续还需依靠大量骨料及胶凝材料对强度进行支撑，不符合现代生产所需的经济性需求。

技术实现思路

>[0004]为克服上述缺点，本专利技术的目的在于提供一种复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，基于矿化反应放热的现象，将矿化与水热方式进行耦合，利用前期矿化产生的温度，减少后续水热反应所需的热量，达到同时满足经济性和产品性能的需求。
[0005]为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将固废制备成建材坯体；S2、将建材坯体放入到反应釜内，并通入烟气以进行矿化处理；当反应釜内达到一定温度时，结束矿化处理；S3、对矿化处理后的建材坯体进行水热处理，以获得建材制品；在步骤S2中，反应釜内达到的一定温度为建材坯体与烟气发生矿化反应过程中自发热可达到的最高温度。本专利技术的有益效果在于：在步骤S2中通过烟气与建材坯体的矿化反应，能在提供建材坯体成型所需的部分热量的同时，实现对烟气中二氧化碳的消耗，进而实现了固废、废气的再利用，达到节约能
源、保护环境的目的；然后通过步骤S3进一步对具有一定温度的建材坯体进行水热处理，既避免了因矿化处理温度过低导致的制品强度不高的问题，又能利用矿化产生的温度，减少水热过程中所需要的热量，进而减少所需添加的蒸汽量，降低固废处理成本，达到同时满足经济性和产品高强度性能的需求。
[0006]在矿化反应的过程中，建材坯体与烟气反应的自发热现象会使反应釜内的温度持续上升；当矿化反应结束的瞬间，即自发热结束时，反应釜内的温度会达到最高值，而后反应釜内的温度会伴随着反应的结束开始逐渐下降。因此，为了最大化利用矿化产生的热量，减少后续水热反应所需的热量，可将矿化与水热的耦合时间点设定为矿化反应自发热结束的时间点。具体操作时，可通过监测矿化反应过程中反应釜的实时温度，当实时温度出现降温现象时即可判定该时间点为矿化反应自发热结束的时间点，即反应釜内达到矿化反应的最高温度，此时，结束矿化处理并进行水热处理，即可最大化利用矿化反应产生的热量。
[0007]进一步来说，在步骤S3中，水热处理所需的最小蒸汽热量为：Q
min
={1.1483
×
107×
d2×
(d1+d2)
×
L+3.1651
×
105×
d3×
(d1+2d2+d3)
×
L+(1328.7+348.78n)
ꢀ×
[1
‑
1273.89
×
m/(ρ
×
d
12
×
L)]×
V+4200
×
m
×
(103×
w+18
×
a3×
k3×
103/74)+8.4
×
m
×
a1×
105‑
8.4
×
m
×
a1×
k1×
105+8.4
×
m
×
a2×
105‑
8.4
×
m
×
a2×
k2×
105+1.142
×
m
×
a3×
106‑
1.142
×
m
×
a3×
k3×
106+1.106
×
m
×
106×
a3×
k3+9.51
×
m
×
105×
a1×
k1+1.075
×
m
×
106×
a2×
k2+7.3355
×
105×
m
×
(1
‑
w
‑
a1‑
a2‑
a3)+2.515
×
105×
m
×
a1×
k1+1.897
×
105×
m
×
a2×
k2}
×
(T1‑
T0)
‑
6.7117
×
108×
m
×
a1×
k1‑
6.1654
×
108×
m
×ꢀ
a2×
k2‑
1.5384
×
109×
m
×
a3×
k
3；
其中，d1为反应釜内径，d2为反应釜壁厚，d3为反应釜内保温岩棉厚度，L为反应釜长，m为反应釜内建材坯体的总质量，n为烟气中二氧化碳的体积占比，ρ为建材制品的密度，V为反应釜容积，w为建材坯体的含水率，T1为水热处理时水热反应的温度，T0为反应釜的初始温度，a1、a2、a3分别为建材坯体中硅酸二钙、硅酸三钙、氢氧化钙的质量占比，k1、k2、k3分别为硅酸二钙、硅酸三钙、氢氧化钙的反应常数。
[0008]专利技术人结合长期研发工作所获得的经验，通过对影响蒸汽热的各参数的研究推演得出了在矿化耦合水热体系下，水热处理所需的最小蒸汽热的理论计算公式，进而能在对不同固废配方进行处理时，均能通过该公式计算出水热处理所需的最小蒸汽热，从而为水热处理时所需通入的蒸汽用量提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将固废制备成建材坯体；S2、将建材坯体放入到反应釜内，并通入烟气以进行矿化处理；当反应釜内达到一定温度时，结束矿化处理；S3、对矿化处理后的建材坯体进行水热处理，以获得建材制品；在步骤S2中，反应釜内达到的一定温度为建材坯体与烟气发生矿化反应过程中自发热达到的最高温度。2.根据权利要求1所述的复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，在步骤S3中，水热处理所需的最小蒸汽热量为：Q
min
={1.1483
×
107×
d2×
(d1+d2)
×
L+3.1651
×
105×
d3×
(d1+2d2+d3)
×
L+(1328.7+348.78n)
×
[1
‑
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×
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×
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×
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×
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×
m
×
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103/74)+8.4
×
m
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a1×
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×
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×
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×
a2×
k2×
105+1.142
×
m
×
a3×
106‑
1.142
×
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×
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106+1.106
×
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×
106×
a3×
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×
m
×
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×
m
×
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×
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‑
w
‑
a1‑
a2‑
a3)+2.515
×
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m
×
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×
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×
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108×
m
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6.1654
×
108×
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×ꢀ
a2×
k2ꢀ‑
1.5384
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109×
m
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郦怡，成铭钊，任天斌，朱伟豪，潘钰伟，
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：