一种以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法及其应用。所述以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法为：通过控制反应原料中的可矿化钙成分来控制体系中矿化反应进行程度，利用矿化反应释放热量调控体系温度，达到水热反应所需条件，使体系内既能进行矿化反应又能进行水热反应，从而制得高强度建材成品。本发明专利技术有效实现了工业固废的高效资源化利用，制备得到的建材产品相比于传统的硅酸盐水泥制品的总碳排放低50％以上，对我国建材行业的低碳化发展具有重要的推动作用。有重要的推动作用。

【技术实现步骤摘要】
一种以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及建筑材料
，尤其涉及一种以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法及其应用。

技术介绍

[0002]近些年来，将工业固体废弃物作为原料，通过一些再生加工手段来制成建筑材料，是资源化利用的有效途径。这样的方法一方面能够满足绿色环保的发展需求，另一方面可以满足固废的资源化目标，是节约资源、保护环境、消除废弃、实现“双赢”的可行路线。
[0003]目前建材再生利用的主要技术手段为矿化，比如中国专利文献CN109126412B提供了一种采用含盐废水强化固体废弃物矿化二氧化碳的方法，通过对固体废弃物进行加湿后干燥处理，然后对经过废水处理的烟气进行矿化，有效捕获二氧化碳，实现大宗固体废弃物的利用；但是该现有技术在矿化反应过程中需要450
‑
650℃的温度。中国专利文献CN104987034B提供了一种矿渣直接碳化制备建筑用砖的方法，通过对固体废弃物进行球磨后矿化处理，在矿化反应过程中需要30
‑
180℃的温度，这部分热量提高了整个工艺的碳排放。目前现有技术的矿化手段都需要对体系提供一定的热量，存在能耗大的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术通过提供一种以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法，解决了现有固体废弃物的排放量大，建筑材料需求量大，而固废的处理能耗高，难以实现资源再利用等技术问题，通过无需外加热源的技术手段，采用Ca基固体废弃物对工业尾气源CO2进行固定，制备高强建筑材料。
[0005]本申请在实际探究过程中发现，二氧化碳与固废中可矿化钙反应是放热反应，对这一部分热量进行利用，既能够满足矿化反应所需温度，又能够降低能耗，而目前鲜少有研究对这部分热量加以利用。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种以Ca(钙)基固体废弃物再生高强负碳建材的方法，通过控制反应原料中的可矿化钙成分来控制体系中矿化反应进行程度，利用矿化反应释放热量调控体系温度，达到水热反应所需条件，使体系内既能进行矿化反应又能进行水热反应，从而制得高强度建材成品。
[0007]在一些优选的实施方式中，所述以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法中全程不使用外加热源，也无需额外通入水蒸气。
[0008]在一些优选的实施方式中，所述以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法包括以下步骤：
[0009]S1.采用Ca基固体废弃物进行处理，制备建材预制品；
[0010]S2.将建材预制品转移至反应釜中，通入含CO2气体进行复合矿化反应，得到高强负碳建材成品。
[0011]在一些优选的实施方式中，所述Ca基固体废弃物的原料包括碳化材料和辅助材
料。
[0012]所述碳化材料，包括但不限于电石渣、飞灰、白泥中的一种或多种。
[0013]进一步的，所述碳化材料中钙基成分(氧化钙和/或氢氧化钙)的质量分数不低于80％。
[0014]所述辅助材料，包括但不限于粉煤灰、底灰、红泥、建筑垃圾、废弃水泥、尾矿、矿石原料中的一种或多种。
[0015]进一步优选的，所述Ca基固体废弃物的原料包括碳化材料及辅助材料，碳化材料和辅助材料的重量比为(10
‑
40)：(40
‑
80)。
[0016]专利技术人在探究过程中发现，将Ca基固体废弃物搅拌、粉混、消解、压制后得预制品，对CO2进行矿化固定，能够有效实现废弃资源的重复利用，既解决了废弃物排放量大、难以处理的问题，又能够应对建材市场的使用需求。进一步在探究过程中，调控固体废弃物原料、含CO2尾气、反应釜装置参数，发现控制固体废弃物中氢氧化钙含量在一定范围内，能够促使矿化反应迅速释放热能，反应体系温度自发升高，在矿化反应的同时达到水热反应的温度，充分利用固体废弃物对CO2进行有效固定的同时，通过水热反应提高制品强度。更进一步发现，当Ca基固体废弃物的钙基成分(氢氧化钙和/或氧化钙)的含量满足一定关系式时，反应体系中CO2与可矿化钙放出的热能，可达到水热反应较优温度，使矿化反应与水热反应达到平衡，一方面使得建材制品的固碳率上升，另一方面能够使建材制品的机械强度保持在较高水平。
[0017]在一些优选的实施方式中，所述S1步骤具体为，先将Ca基固体废弃物与水混合均匀得到混合料(即为反应原料)，将混合料进行消解粉混，然后成型，得到建材预制品。
[0018]进一步优选，Ca基固体废弃物的原料与水的固液比为1：(0.05
‑
0.3)。
[0019]在一些优选的实施方式中，所述成型方法为：将物料转移至模具中，施加一定压力制成建材预制品；进一步优选的，所述成型压力为5
‑
110MPa。
[0020]在一些优选的实施方式中，所述S2步骤具体为，将建材预制品转移至反应釜中，通入含CO2气体进行复合矿化反应(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)，反应1
‑
8h后得到高强建材成品。
[0021]进一步优选的，所述S2步骤中复合矿化反应的压力为0.05
‑
1MPa。
[0022]进一步优选的，所述将建材预制品转移至反应釜时填充率为10
‑
60％；更进一步优选的，填充率为15
‑
50％。
[0023]在一些优选的实施方式中，所述以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法满足如下公式：
[0024]a>[H+3.593*105*v/T0‑
3.593*m*108/(T0*ρ)+4.446*v*105*(P
‑
37.315/T0)
‑
4.446*m*108(P
‑
37.315/T0)/ρ+1.321*106*m
‑
4.864*106*P+2.344*108/(373.15
‑
T0)
‑
2.344*10
11
*m/(373.15*ρ*v
‑
T0*ρ*v)]/[1.538*109*m*k/(373.15
‑
T0)
‑
4.1*105*m
‑
9.86*105*m*k]；
[0025]其中：m为建材预制品的质量，单位为t，H为反应釜的热容，单位为J/K；v为反应釜的体积，单位为m3；ρ为建材预制品的真密度(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)，单位为kg/m3；T0为反应初始温度，单位为K；P为反应压力，单位为MPa；a为反应原料中钙基成分的质量分数(本申请实施例中为氢氧化钙的总质量分数)，单位为％；k为经验反应常数，单
位为1。
[0026]计算过程中，将以上各参数按照上述单位代入公式中，进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法，其特征在于，通过控制反应原料中的可矿化钙成分来控制体系中矿化反应进行程度，利用矿化反应释放热量调控体系温度，达到水热反应所需条件，使体系内既能进行矿化反应又能进行水热反应，从而制得高强度建材成品。2.根据权利要求1所述的以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法，其特征在于，所述以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法中全程不使用外加热源，也无需额外通入水蒸气。3.根据权利要求1或2所述的以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法，其特征在于，所述以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法包括以下步骤：S1.采用Ca基固体废弃物制备建材预制品；S2.将建材预制品转移至反应釜中，通入含CO2气体进行复合矿化反应，得到高强负碳建材成品。4.根据权利要求1所述的以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法，其特征在于，所述Ca基固体废弃物的原料包括碳化材料和辅助材料；所述碳化材料包括电石渣、白泥、飞灰中的一种或多种；所述辅助材料包括粉煤灰、底灰、红泥、建筑垃圾、废弃水泥、尾矿、矿石原料中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法，其特征在于，所述碳化材料中钙基成分的质量分数不低于80％。6.根据权利要求3所述的以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法，其特征在于，所述S1步骤具体为，将Ca基固体废弃物与水混合均匀得到混合料，将混合料进行消解粉混，然后成型，得到建材预制品。7.根据权利要求1所述的以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法，其特征在于，所述以Ca基固体废弃物再生高强负碳建材的方法满足如下公式：a>[H+3.593*105*v/T0‑
3.593*m*108/(T0*ρ)+4.446*v*105*(P
‑
37.315/T0)
‑
4.446*m*108(P
‑
37.315/T0)/ρ+1.321*106*m
‑
4.864*106*P+2.344*108/(373.15
‑
...

【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：