CN109574610B - 一种利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法 - Google Patents

一种利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法，属于资源综合利用技术领域。该方法首先将45％～100％钢渣，0％～30％脱硫石膏和0～50％细骨料混合制成固体混合物，然后外加占固体混合物干基质量5％～25％的水并搅拌均匀，压制成型后在碳化室中养护，即得到钢渣碳化建材。本发明克服了钢渣综合利用率低的难题，压制成型的方式提高了生产效率，吸收工业废气中的二氧化碳也可在一定程度上缓解温室效应，具有一定的经济效益、环境效益和社会效益。所制备的建材具有优异的早期强度和安定性。

Description

一种利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法
技术领域
本发明涉及资源综合利用技术领域，特别是指一种利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法。
背景技术
随着中国钢铁产业的迅猛发展，钢渣的排放量逐年增加。我国钢渣累积堆存10亿t以上，年产出量达到1亿t左右，而钢渣的综合利用率只有30％左右，绝大多数钢渣尚未被综合利用。大量堆存的钢渣不仅占用土地、浪费资源，污染环境，而且具有严重的安全隐患。目前，我国钢渣的再利用主要有钢渣提取有价元素，钢渣制作建筑材料和钢渣作为充填材料和路基等方面，利用价值和经济效益远未得到充分发挥。
钢渣等固体废弃物中的钙、镁及二价铁等的氧化物均可参与碳化反应。钢渣中氧化钙的含量占到35％-55％，钙主要存在于硅酸二钙(2CaO.SiO2)、硅酸三钙(3CaO.SiO2)、七铝酸十二钙(12CaO.7Al2O3)、氢氧化钙(Ca(OH)2)以及游离氧化钙(f-CaO)等物质中，镁主要存在于镁的硅氧化物中。含钙、镁以及二价铁的物质一方面与二氧化碳反应生成结构致密的微晶方解石(碳酸钙)、白云石、铁白云石和菱铁矿等，另一方面又可易于与水反应生成C-S-H凝胶和钙矾石等水化产物。两种作用均可促进所制备产品强度的增长。
钢渣碳化可以提高钢渣的早期强度，解决钢渣水化所制备建材的体积膨胀的问题，极大地提高钢渣的利用率，而且可缩短养护周期，与此同时，吸收工业废气中的二氧化碳也可在一定程度上缓解温室效应，具有一定的经济效益、环境效益和社会效益。所制备的碳化产品也可以为碳化板材、碳化砖、人工鱼礁、砌块等多种形式，几乎可以取代目前的所有建材，应用广泛。
发明专利CN107879704A《一种复合钢渣碳化砖的制备方法》公开了一种以钢渣为主要原料制备碳化砖方法。其特征在于：将钢渣、煤油和助磨剂混合球磨后点燃，并冷却，得燃烧渣，再将所得燃烧渣粉碎，过筛，得预处理钢渣粉，再将骨料、预处理钢渣粉、熟石灰和分散液搅拌混合后，浇筑成型，恒温恒湿静置，得砖坯，随后将砖坯进行蒸压养护，并用食醋熏蒸，制得熏蒸砖坯，再将熏蒸砖坯转入碳化箱中，恒温恒湿碳化，出料，即得复合钢渣碳化砖。该技术虽然能够消纳钢渣，但是工艺流程复杂，效率低，还需要食醋、煤油、助磨剂等化学药剂，不利于节能减排和降低成本；另外工艺流程还规定需要蒸汽常压养护或蒸压养护，也造成了生产条件要求苛刻，基建和维护成本过高。
发明内容
本发明提供一种利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法，旨在解决钢渣碳化制品难以得到利用以及制备成本高、效率低等技术难题，同时还能够提高产品附加值。(1)通过在钢渣中掺入石膏以促进钢渣快速碳化，实现快速增加制品强度的目的，通过研究发现，掺加适量石膏时，石膏在体系中对水化反应和碳化反应均起到催化作用。(2)然后通过掺加细骨料可节省成本和降低建材的密度，当细骨料为超基性岩的铁尾矿时，其作用还包括协同固碳。(3)本发明采用压制成型的制备方法，大大提高了生产效率，而且可由此得到的坯体由于内部的毛细孔作用，碳化速率更快，大大加快了碳化速率，再加之成型压强可人为控制，因此使得操作更灵活，对碳化后试块压强的可控制性更强。通过以上方法可得到1天强度达到20MPa以上，14天强度达到35MPa以上的建材制品。
该方法利用钢渣、石膏和铁尾矿制备抗压强度超过15MPa的建筑预制构件，以实现大比例消纳钢渣和铁尾矿、降低能源消耗和降低CO2排放的目的，具备步骤如下：
(1)将钢渣烘干至含水率0～1％，烘干后的钢渣磨细并进行级配；将石膏烘干至含水率0～1％，烘干后的石膏磨细至比表面积400～1000kg/m2；将细骨料烘干至含水率0～1％，烘干后的细骨料磨细至比表面积400～1000kg/m2；
(2)按干基重量百分比将步骤(1)烘干后的钢渣、石膏和细骨料按照钢渣45～100％、石膏0～30％、细骨料0～50％配得混合干料，向混合干料中加入占混合干料总质量5％～25％的水搅拌90～180秒，得到混合湿粉；
(3)称取步骤(2)得到的混合湿粉并放入成型模具中进行压制成型，成型后脱模；
(4)将步骤(3)中成型后脱模的试块放入恒温恒湿的碳化箱中进行碳化养护，得到碳化产品。
其中，步骤(1)中钢渣为电炉钢渣、转炉钢渣或平炉钢渣中的任意一种，其中，钢渣中CaO含量为30％以上。
步骤(1)中钢渣也可以为钢渣尾泥。
步骤(1)中钢渣磨细并进行级配具体为：烘干后的钢渣分别磨细至比表面积250～400kg/m2和500～800kg/m2两份；并按照比表面积250～400kg/m2和500～800kg/m2两种的质量比为1:2～1:0.5混合均匀制得钢渣混料。
步骤(1)中石膏为电厂或钢铁厂产生的脱硫石膏，或天然石膏。
步骤(1)中细骨料为河沙、沉积沙、尾矿砂、建筑垃圾制成的砂中的一种或多种，优选超基性岩的铁尾矿。
步骤(3)压制成型的成型压强为2～35MPa，保压时间不少于1分钟。
步骤(4)碳化养护的养护温度为20～40℃，养护相对湿度为60％～100％，碳化箱中二氧化碳体积浓度为17％～23％，养护时间不少于2h。
步骤(4)得到的碳化产品碳化1天强度达到20MPa以上,14天强度达到35MPa以上，安定性合格，主要为碳化砖，也可以为碳化板材、碳化砖、人工鱼礁、砌块等多种形式，几乎可以取代目前的所有建材，应用广泛。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)由于钢渣水化反应较慢，利用浇铸成型的方法制备块体后再碳化养护产生生产效率低和占用空间大的问题，本发明采用压制成型的方式既提高了生产效率，又能实现对成型压强的控制，增加了可控性和可操作性，而且通过压制成型制得的试块碳化速率更高，材质更轻，便于加工、运输和施工。
(2)利用难以利用的钢渣制备建材，几乎百分之百是固体废弃物，达到资源的高效利用，极大地减少水泥的用量，保护环境，且通过吸收废气中的二氧化碳达到节能减排、缓解温室效应的目的。
(3)掺加一定量的石膏以加快水化和碳化进程，研究表明，石膏在体系中起到催化作用，少量石膏即可促进试块强度的发展。
(4)由于钢渣易磨性差，通过掺加细骨料可节省成本和降低建材的密度，当细骨料为超基性岩的铁尾矿时，其作用还包括协同固碳。
(5)本发明所需要的钢渣、脱硫石膏以及废气均易于在钢铁厂中得到，钢渣原位固碳可大大节省运输成本、实现废气中热量的高效利用。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法。
该方法包括步骤如下：
(1)将钢渣烘干至含水率0～1％，烘干后的钢渣磨细并进行级配；将石膏烘干至含水率0～1％，烘干后的石膏磨细至比表面积400～1000kg/m2；将细骨料烘干至含水率0～1％，烘干后的细骨料磨细至比表面积400～1000kg/m2；
(2)按干基重量百分比将步骤(1)烘干后的钢渣、石膏和细骨料按照钢渣45～100％、石膏0～30％、细骨料0～50％配得混合干料，向混合干料中加入占混合干料总质量5％～25％的水搅拌90～180秒，得到混合湿粉；
(3)称取步骤(2)得到的混合湿粉并放入成型模具中进行压制成型，成型后脱模；
(4)将步骤(3)中成型后脱模的试块放入恒温恒湿的碳化箱中进行碳化养护，得到碳化产品。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1：
步骤一、将钢渣烘干至含水率0～1％，烘干后的钢渣分别磨细至比表面积400kg/m2和600kg/m2两份；并按照质量比为1:1混合均匀制得钢渣混料；将脱硫石膏烘干至含水率0～1％，烘干后的脱硫石膏磨细至比表面积650kg/m2；将铁尾矿烘干至含水率0～1％，烘干后的铁尾矿磨细至比表面积450kg/m2；
步骤二、按干基重量百分比将步骤一准备的原料按照钢渣84.6％，脱硫石膏5.4％，铁尾矿10％配得混合干料，向混合干料中加入占混合干料总质量20％的水搅拌180秒钟，得到混合湿粉；
步骤三、称取一定量步骤二得到的混合湿粉并放入成型模具中进行压制成型，在27MPa的成型压强下保压1分钟后脱模待碳化养护；
步骤四、将成型后的试块放入恒温恒湿的碳化箱中进行碳化养护，养护1天、3天、14天、28天后测得试块的抗压强度。
表1实施例1所制备出的碳化试块的抗压强度值
Figure BDA0001952042700000051
实施例2：
步骤一、将钢渣烘干至含水率0～1％，烘干后的钢渣分别磨细至比表面积400kg/m2和600kg/m2两份；并按照质量比为1:1混合均匀制得钢渣混料；将脱硫石膏烘干至含水率0～1％，烘干后的脱硫石膏磨细至比表面积650kg/m2；将超基性岩铁尾矿烘干至含水率0～1％，烘干后的铁尾矿磨细至比表面积450kg/m2；
步骤二、按干基重量百分比将步骤一准备的原料按照钢渣47％，脱硫石膏3％，铁尾矿50％配得混合干料，向混合干料中加入占混合干料总质量20％的水搅拌180秒钟，得到混合湿粉；
步骤三、称取一定量步骤二得到的混合湿粉并放入成型模具中进行压制成型，在35MPa的成型压强下保压1分钟后脱模待碳化养护；
步骤四、将成型后的试块放入恒温恒湿的碳化箱中进行碳化养护，养护1天、3天、14天、28天后测得试块的抗压强度。
表2实施例2所制备出的碳化试块的抗压强度值
Figure BDA0001952042700000052
实施例3：
步骤一、将钢渣烘干至含水率0～1％，烘干后的钢渣分别磨细至比表面积400kg/m2和600kg/m2两份；并按照质量比为1:1.5混合均匀制得钢渣混料；将脱硫石膏烘干至含水率0～1％，烘干后的脱硫石膏磨细至比表面积650kg/m2；将河沙烘干至含水率0～1％；
步骤二、按干基重量百分比将步骤一准备的原料按照钢渣84.6％，脱硫石膏5.4％，河沙10％配得混合干料，向混合干料中加入占混合干料总质量15％的水搅拌180秒钟，得到混合湿粉；
步骤三、称取一定量步骤二得到的混合湿粉并放入成型模具中进行压制成型，在35MPa的成型压强下保压1分钟后脱模待碳化养护；
步骤四、将成型后的试块放入恒温恒湿的碳化箱中进行碳化养护，养护1天、3天、14天、28天后测得试块的抗压强度。
表3实施例3所制备出的碳化试块的抗压强度值
Figure BDA0001952042700000061
实施例4：
步骤一、将钢渣烘干至含水率0～1％，烘干后的钢渣分别磨细至比表面积300kg/m2和500kg/m2两份；并按照质量比为1:1.5混合均匀制得钢渣混料；将脱硫石膏烘干至含水率0～1％，烘干后的脱硫石膏磨细至比表面积650kg/m2；将铁尾矿烘干至含水率0～1％，烘干后的铁尾矿磨细至比表面积450kg/m2；
步骤二、按干基重量百分比将步骤一准备的原料按照钢渣63％，脱硫石膏7％，铁尾矿30％配得混合干料，向混合干料中加入占混合干料总质量10％的水搅拌180秒钟，得到混合湿粉；
步骤三、称取一定量步骤二得到的混合湿粉并放入成型模具中进行压制成型，在15MPa的成型压强下保压1分钟后脱模待碳化养护；
步骤四、将成型后的试块放入恒温恒湿的碳化箱中进行碳化养护，养护1天、3天、14天、28天后测得试块的抗压强度。
表4实施例4所制备出的碳化试块的抗压强度值
Figure BDA0001952042700000071
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)将钢渣烘干至含水率0～1％，烘干后的钢渣磨细并进行级配；将石膏烘干至含水率0～1％，烘干后的石膏磨细至比表面积400～1000kg/m2；将细骨料烘干至含水率0～1％，烘干后的细骨料磨细至比表面积400～1000kg/m2；
(2)按干基重量百分比将步骤(1)中 烘干后的钢渣、石膏和细骨料按照钢渣45～100％、石膏0～30％、细骨料0～50％配得混合干料，向混合干料中加入占混合干料总质量5％～25％的水搅拌90～180秒，得到混合湿粉；
(3)称取步骤(2)中 得到的混合湿粉并放入成型模具中进行压制成型，成型后脱模；
(4)将步骤(3)中成型后脱模的试块放入恒温恒湿的碳化箱中进行碳化养护，得到碳化产品；
所述步骤(1)中钢渣磨细并进行级配具体为：烘干后的钢渣分别磨细至比表面积250～400kg/m2和500～800kg/m2两份；并按照比表面积250～400kg/m2和500～800kg/m2两种的质量比为1:2～1:0.5混合均匀制得钢渣混料；
所述步骤(3)中压制成型的成型压强为2～35MPa，保压时间不少于1分钟；
所述步骤(1)中钢渣为电炉钢渣、转炉钢渣或平炉钢渣中的任意一种，其中，钢渣中CaO含量为30％以上；
所述步骤(4)中碳化养护的养护温度为20～40℃，养护相对湿度为60％～100％，碳化箱中二氧化碳体积浓度为17％～23％，养护时间不少于2h；
所述步骤(4)中得到的碳化产品碳化1天抗压强度达到20MPa以上，14天抗压强度达到35MPa以上。
2.根据权利要求1所述的利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法，其特征在于：所述步骤(1)中钢渣为钢渣尾泥。
3.根据权利要求1所述的利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法，其特征在于：所述步骤(1)中石膏为电厂或钢铁厂产生的脱硫石膏，或天然石膏。
4.根据权利要求1所述的利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法，其特征在于：所述步骤(1)中细骨料为河沙、沉积沙、尾矿砂、建筑垃圾制成的砂中的一种或多种。
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