CN104987034B - 一种矿渣直接碳化制备建筑用砖的方法 - Google Patents

一种矿渣直接碳化制备建筑用砖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用工业矿渣制备新型矿渣碳化砖的方法：将矿渣磨细过筛，加入适量的水充分搅匀，将混匀后的原料装入模具中成型，制备出砖块坯体。将制备好的坯体放入反应釜中，反应釜通入不同压力的二氧化碳养护(养护条件为湿度80％～95％，温度30～150℃)，养护龄期为12～168小时，制备出一种硬化砖体。采用本方法能够很好的固结气体二氧化碳，减少工业废气对环境的污染。而且制备出的砖块，强度高，养护龄期短，可有效替代建设的普通砖块。本发明充分利用了固体废弃物工业矿渣，并能固结二氧化碳，提高了固体废弃物的资源化利用，具有很好的经济价值和环保价值。

Description

一种矿渣直接碳化制备建筑用砖的方法
技术领域
本发明属于工业固废资源化利用技术领域，具体涉及一种利用矿渣制备直接碳化制备建筑用砖的方法。
背景技术
矿渣是钢铁企业炼铁生产时的副产物，每生产1吨铁将产生约350kg矿渣，我国每年高炉矿渣排量约为4000万吨以上。随着我国钢铁工业的发展，高炉矿渣排量日益增多，历年来已经堆积矿渣近15×107t，占地约1000km2。如此大量矿渣不能得到有效的处理和利用，不但造成资源浪费，还会产生环境污染，破坏生态景观，给环境和企业带来很大负担。
矿渣是以硅酸钙、铝酸钙为主要成分的熔融物，经水淬急冷处理后含有较多的玻璃体，是一种潜在的水硬性胶凝材料。20世纪中期，国外高炉矿渣的综合利用开始发展起来，目前欧美一些发达国家已做到当年排渣，当年用完，全部实现了资源化。
我国高炉矿渣的利用率在85％以上，主要用于下面几个方面：(1)作为水泥混合材料掺入水泥中。但由于其细度较水泥熟料粗，两者硬度相差大，难以磨细，造成矿渣水泥的早期强度低、容易泌水等弊端。致使矿渣水泥掺量大都为40％以下。(张永娟,张雄.矿渣水泥活性研究[J].同济大学学报,2005,33(4):208-211.)；(2)作为混凝土轻骨料。矿渣混凝土的早期强度虽略低于普通混凝土，但其后期强度发展明显优于普通混凝土。由于矿渣掺量过大，会影响矿渣混凝土的抗冻耐久性，一般混凝土产量控制在50％以下。(张德思,成秀珍.矿渣混凝土的长期强度和抗冻融耐久性研究[J].西北建筑工程学院学报,1999,(3):6-9.)；(3)吹制成矿渣棉制造各种隔热、保温材；(4)浇铸成型可做耐磨的热铸矿渣；(5)轧制成型可做微晶玻璃。
全球变暖主要取决于CO2的累积排放，截至到2011年，全球已累积排放0.445-0.585万亿吨CO2。(张晓华,髙云,祁悦,等.IPCC第五次评估报告第一工作组主要结论对《联合国气候变化框架公约》进程的影响分析[J].气候变化研究进展,2014,10(1):14-19.)我国是水泥生产大国，在煅烧熟料过程中，按照1吨CO2/1吨水泥熟料估算，每年CO2排放总量约17亿吨，占全球总排放量的7％。
若将尚未被有效利用的矿渣，通过碳化，制得有用材料，不仅是变废为宝之举，同时能固结CO2，减少环保污染。
发明内容
发明目的：本发明的目的是解决矿渣的环境污染问题，变废为宝，提供一种利用矿渣制备矿渣碳化砖的制作方法，同时能够将二氧化碳永久固化储存在固体废物矿渣中，缓解了温室效应。
技术方案：本发明原料采用工业矿渣，主要是粒化高炉矿渣粉，矿渣的化学组成以氧化钙为主，其含量为(以质量计)30％～46％，除氧化钙以外，还有二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化镁等其他物质。
本发明所述矿渣直接碳化制备建筑用砖的方法，是按下述方案实现的：
将矿渣球磨，然后加入水，进行拌合，拌好的原料放入模具中压制成型，成型的压力为3～20MPa，最大压力时静置30～60s，得到矿渣试块；
将上述矿渣试块放入蒸压釜，通入二氧化碳，蒸压釜养护龄期为12～168小时，得到产品。
上述步骤中所述的球磨采用常见粉磨用球磨机，例如立式高能球磨机，介质球为玛瑙球。所述的球磨是用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm方孔筛筛余为不超过15％为准。方孔筛为150～200目筛，孔径约为0.08mm。
按重量份数计，原料的配比为：矿渣95～99份，水1～5份。
所述的养护条件为：温度30～180℃，湿度60％～90％，CO2压力范围在0.5～250Pa。
进一步的，研究发现，当养护条件为：温度120～150℃，湿度85％～95％，CO2压力范围在35～200Pa时，所制得的建筑用砖强度更好，其7d抗压强度达到25MPa。
有益效果：1，本发明利用工业矿渣为原料，制成矿渣碳化砖。不仅解决了矿渣大量堆积造成的土地污染问题，更永久固化了温室气体二氧化碳，缓解了温室效应。采用本方法制备的碳化砖抗压强度高，7天抗压强度>30MPa，体积安定性良好。
2，本发明利用的原料矿渣是工业废弃物，原料成本较低，有利于推广。
3，本发明的工艺设备简单，有利于工业化大生产。
4，本发明制备的矿渣碳化砖抗压强度高，体积安定性良好，可有效替代普通砖。
5，本发明是在二氧化碳气氛中氧化，能够永久地固化温室气体二氧化碳，缓解温室效应，绿色环保。
具体实施方式：
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
将矿渣装入球磨机中球磨，控制介质球与待磨物料体积比为1：2.5，用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm方孔筛筛余为不超过15％为准。称取7g处理后的矿渣和1.8g水，将矿渣和水充分混匀，装入内径为20mm的圆柱形模具中压制成型，最大压力为5MPa。将成型的试块放入反应釜中，反应釜与二氧化碳气瓶相连，并保证在反应过程中有足够的二氧化碳，试块利用支撑物和底部碳酸钙分离。反应釜内温度为60℃，养护至1天、3天、7天。使用压力试验机测量不同碳化龄期的矿渣碳化砖的力学强度，测得其1天，3天，7天的抗压强度分别达到8.13MPa、11.76MPa、15.09MPa。经检测，产品的体积安定性符合GB/T1346-2011标准要求。
实施例2：
将矿渣装入球磨机中球磨，控制介质球与待磨物料体积比为1：2.5，用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm方孔筛筛余为不超过15％为准。称取7g处理后的矿渣和1.8g水，将矿渣和水充分混匀，装入内径为20mm的圆柱形模具中压制成型，最大压力为5MPa。将成型的试块放入反应釜中，反应釜与二氧化碳气瓶相连，并保证在反应过程中有足够的二氧化碳，试块利用支撑物和底部碳酸钙分离。反应釜内温度为60℃，养护至1天、3天、7天。使用压力试验机测量不同碳化龄期的矿渣碳化砖的力学强度，测得其1天，3天，7天的抗压强度分别达到9.95MPa、18.31MPa、19.98MPa。经检测，产品的体积安定性符合GB/T1346-2011标准要求。
实施例3：
将矿渣装入球磨机中球磨，控制介质球与待磨物料体积比为1：2.5，用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm方孔筛筛余为不超过10％为准。称取7g处理后的矿渣和1.8g水，将矿渣和水充分混匀，装入内径为20mm的圆柱形模具中压制成型，最大压力为5MPa。将成型的试块放入反应釜中，反应釜与二氧化碳气瓶相连，并保证在反应过程中有足够的二氧化碳，试块利用支撑物和底部碳酸钙分离。反应釜内温度为60℃，养护至1天、3天、7天。使用压力试验机测量不同碳化龄期的矿渣碳化砖的力学强度，测得其1天，3天，7天的力学强度分别达到10.32MPa、19.24MPa、22.42MPa。经检测，产品的体积安定性符合GB/T1346-2011标准要求。
实施例4：
将矿渣装入球磨机中球磨，控制介质球与待磨物料体积比为1：2.5，用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm方孔筛筛余为不超过10％为准。称取7g处理后的矿渣和1.8g水，将矿渣和水充分混匀，装入内径为20mm的圆柱形模具中压制成型，最大压力为5MPa。将成型的试块放入反应釜中，反应釜与二氧化碳气瓶相连，并保证在反应过程中有足够的二氧化碳，试块利用支撑物和底部碳酸钙分离。反应釜内温度为60℃，养护至1天、3天、7天。使用压力试验机测量不同碳化龄期的矿渣碳化砖的力学强度，测得其1天，3天，7天的力学强度分别达到13.73MPa、20.01MPa、25.73MPa。经检测，产品的体积安定性符合GB/T1346-2011标准要求。

Claims (8)

1.一种矿渣直接碳化制备建筑用砖的方法，其特征在于包括以下步骤：
将矿渣球磨，然后加入水，进行拌合，拌好的原料放入模具中压制成型，成型的压力为3～20MPa，最大压力时静置30～60s，得到矿渣试块；
将上述矿渣试块放入蒸压釜，通入二氧化碳，蒸压釜养护龄期为12～168小时，得到产品。
2.如权利要求1所述的制备建筑用砖的方法，其特征在于所述的矿渣球磨是用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm，方孔筛筛余为不超过15％为准。
3.如权利要求2所述的制备建筑用砖的方法，其特征在于所述的方孔筛为0.08mm方孔筛。
4.如权利要求1所述的制备建筑用砖的方法，其特征在于按重量份数计，矿渣95～99份，水1～5份。
5.如权利要求1所述的制备建筑用砖的方法，其特征在于所述的养护条件为：温度30～150℃，湿度80％～95％，CO2压力范围在0.5～250Pa。
6.如权利要求5所述的制备建筑用砖的方法，其特征在于所述的CO2压力范围在35～200Pa。
7.如权利要求1所述的制备建筑用砖的方法，其特征在于所述的矿渣为粒化高炉矿渣粉，含有质量含量为30％～46％的氧化钙。
8.如权利要求7所述的制备建筑用砖的方法，其特征在于所述的矿渣还含有二氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化镁。
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