CN111574146A - 一种复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法 - Google Patents

一种复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，所述方法包括：(1)将炉底渣研磨后进行筛分和调控级配，筛分的筛孔尺寸直径为4.75mm‑150μm，调控级配至20％以上分布在250微米‑425微米；(2)将包括炉底渣、水泥和辅助胶凝材料的胶凝材料干料充分混合，将加水后的混合胶凝材料压制成型，经过预养护之后进行CO2矿化养护，得到工业固废基免烧砖。本发明提供的方法使其适应CO2矿化养护特性，解决炉底渣的利用途径单一、附加值低的利用问题获得性能优异的建材制品。

Description

一种复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧 砖的方法
技术领域
本发明属于固废资源化利用和建筑材料技术领域，涉及一种复合砂浆胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法。
背景技术
我国在《巴黎协定》中明确提出了2030年碳排放达到峰值的发展目标，如何有效降低CO2排放已经成为世界各国重要的政治经济议题。要应对气候变化，实现碳减排目标，必须大力推广CCUS(二氧化碳捕集利用与封存)技术。CO2矿化养护技术是利用早期成型后的混凝土材料和CO2气体的碳酸化反应和产物的沉积过程取代传统的高能耗蒸汽养护或自然养护工艺，实现产品力学性能的提升，大规模利用和储存温室气体；同时缩短养护时间，降低生产能耗，获得高附加值的建筑材料。
我国工业的快速发展产生了每年约10亿吨固体废弃物，虽然近年来大中型城市一般工业固废产量逐年下降，但处理方式以贮藏为主，导致工业固废逐渐累积，需要扩大高附加值的利用途径。我国的工业固废中含碱性钙、镁成分的固废分布广泛，固碳潜力超过1亿吨/年，将其作为骨料添加进混凝土等建材产品中可以最大化实现碳减排目标，提高经济效益。
炉底渣是燃煤电厂的燃料在炉膛中燃烧产生的从炉底排渣口排出的灰渣，其化学成分与粉煤灰相似，在高温熔融状态下形成具有高反应活性的玻璃体，颗粒较粉煤灰较粗。目前炉底渣的主要利用途径是道路路基和矿山回填材料，这些方式并没有充分利用其潜在活性，因此需要开发炉底渣的综合利用技术。
中国发明专利(CN 104987034A)公开了一种利用工业矿渣制备新型矿渣碳化砖的方法，所用原料为单一矿渣，但CO2养护温度高，养护龄期长，材料需水化较长时间才能形成强度。中国发明专利(CN 10311186A)公开了一种强化钢渣固定CO2的方法，在碳酸化养护前钢渣需用添加含碱金属的催化剂预先处理，以提高其中氧化钙组分的转化率。中国发明专利(CN 101269920A)使用粒径≤15mm转炉钢渣在350℃-800℃、0.1-3.6个大气压和水蒸气5-25％的养护条件下和CO2气体反应2-12小时，以快速获得处理后的钢渣。以上方法均需要较长时间和较高的温度进行碳酸化处理，且目前发明专利中未见采用炉底渣作为原料制备复合砂浆胶凝体系应用于CO2矿化混凝土技术。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，使其适应CO2矿化养护特性，解决炉底渣的利用途径单一、附加值低的利用问题获得性能优异的建材制品。
具体技术方案如下：
一种复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，所述方法包括：
(1)将炉底渣研磨后进行筛分和调控级配，筛分的筛孔尺寸直径为4.75mm-150μm，调控级配至炉底渣中的20％以上分布在250微米-425微米；
(2)将包括炉底渣、水泥和辅助胶凝材料的胶凝材料干料充分混合后加水，将加水后的混合胶凝材料压制成型，经过预养护之后进行CO2矿化养护，得到工业固废基免烧砖。
所述步骤1)中炉底渣使用燃煤电厂的锅炉炉膛排渣口排出的灰渣。
所述步骤1)采用燃煤电厂直出炉底渣，生产过程涉及在炉内加石灰石，在脱硫塔内部添加了熟石灰，因此CaO成分含量较高，理论固碳能力较好。
所述步骤1)中炉底渣的研磨采用常见粉末研磨机，例如立式高速粉碎机。所述步骤1)中炉底渣原始粒径尺寸集中在150μm-250μm之间。
作为优选，在步骤(1)中，研磨是用粉碎机将粒径不小于5mm的炉底渣研磨至2mm方孔筛筛余不超过10％为准；方孔筛为7目-60目筛。
作为优选，在步骤(1)中，调控级配采用间断级配方式，40目筛分级筛余控制在25％-30％，60目筛分级筛余控制在55％-60％。
作为优选，在步骤(2)中，所述辅助胶凝材料选自粉煤灰、钢渣或电石渣中的一种或至少两种的组合。
作为优选，在步骤(2)中，所述的胶凝材料干料中的重量配比为：炉底渣20wt％-30wt％，钢渣20wt％-30wt％，粉煤灰10wt％-20wt％，电石渣10wt％-20wt％，水泥10wt％-20wt％。
作为优选，在步骤(2)中，所述的水泥为硅酸盐水泥，强度标号不低于42.5。
作为优选，在步骤(2)中，所述的混合胶凝材料时水与干料的重量比为0.25-0.30。
所述步骤2)中成型压力是指10-20MPa，最大压力保压时间60-70s。
作为优选，步骤2)所述的制备混合胶凝材料时应采用喷淋的方式均匀加水。
作为优选，步骤2)所述的压制成型之前可将模具放在震荡台上震荡5-10s，以去除混合胶凝材料中的微小气泡，减少混凝土制品的原始缺陷。
作为优选，在步骤(2)中，所述的预养护条件为：环境压力，温度15-25℃，湿度70％-90％RH，养护时间48-72小时。
作为优选，在步骤(2)中，预养护之后控制合胶凝材料内部含湿量为初始含水量的50％-75％。
作为优选，在步骤(2)中，所述的CO2矿化养护为：CO2压力范围在0.5-2MPa，温度为40-60℃，反应时间2-4小时。
其中CO2气体采用浓度为99.9％的工业气体。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明通过对电厂炉底渣进行研磨和粒径的重新调配，有效实现炉底渣作为混凝土轻骨料的低成本资源化利用，通过二氧化碳矿化养护，可实现产品性能的大幅提升。
(2)本发明涉及到多种固废的综合利用，将工业固废分为可以碳酸化和不可碳酸化两类，分别用以替代免烧砖中的胶凝材料和轻骨料，形成多种固废耦合机制。
附图说明
图1为实施例1-2和对比例1-2中采用不同级配炉底渣和河沙试样的抗压强度对比结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
炉底渣来源：来自杭州杭联热电有限公司的燃煤锅炉排渣口处收集炉底渣。
粉煤灰来源：来自杭州杭联热电有限公司的低钙粉煤灰。
水泥(P.O.42.5)来源：来自上海海螺水泥供应的普通硅酸盐水泥。
实施例1
(1)将炉底渣放入高速研磨机中研磨，并使用筛孔目数为7-60目的方孔套筛进行筛分，并按表1所示进行粒径的调配。
表1炉底渣粒径调配方案
Figure BDA0002458266010000061
(2)将调配好的炉底渣与粉煤灰、钢渣、电石渣、水泥按照质量比1:1:1:1:1的比例均匀干混，加入干料总质量30％的水充分混合，填充进内径为75mm的圆柱形铬钢模具中压制成型，自然静置1小时后脱模，之后放入预养护箱中静置48h，控制25℃和70％湿度，控制内部含湿量为初始水量的2/3左右，置入特制的CO2矿化养护装置，通入99.9％的CO2气体，将内部气体压力维持在1MPa，初始温度设定在40℃，实际反应过程中温度保持在40-60℃，进行4h加速碳酸化制备混凝土免烧砖，得到的样品抗压强度为19.9MPa，如图1所示。
实施例2
(1)将炉底渣放入高速研磨机中研磨，并使用筛孔目数为7-60目的方孔套筛进行筛分，并按表2所示进行粒径的调配。
表2炉底渣粒径调配方案
Figure BDA0002458266010000071
(2)将调配好的炉底渣与粉煤灰、钢渣、电石渣、水泥按照质量比1:1:1:1:1的比例均匀干混，加入干料总质量30％的水充分混合，填充进内径为75mm的圆柱形铬钢模具中压制成型，自然静置1小时后脱模，之后放入预养护箱中静置48h，控制25℃和70％湿度，控制内部含湿量为初始水量的2/3左右，置入特制的CO2矿化养护装置，通入99.9％的CO2气体，将内部气体压力维持在1MPa，初始温度设定在40℃，实际反应过程中温度保持在40-60℃，进行4h加速碳酸化制备混凝土免烧砖，得到的样品抗压强度为24.7MPa，如图1所示。
实施例3
(1)将炉底渣放入高速研磨机中研磨，并使用筛孔目数为7-60目的方孔套筛进行筛分，并按表2所示进行粒径的调配。
(2)将调配好的炉底渣与粉煤灰、钢渣、电石渣、水泥按照质量比5:4:5:4:2的比例均匀干混，加入干料总质量30％的水充分混合，填充进内径为75mm的圆柱形铬钢模具中压制成型，自然静置1小时后脱模，之后放入预养护箱中静置48h，控制25℃和70％湿度，控制内部含湿量为初始水量的2/3左右，置入特制的CO2矿化养护装置，通入99.9％的CO2气体，将内部气体压力维持在1MPa，初始温度设定在40℃，实际反应过程中温度保持在40-60℃，进行4h加速碳酸化制备混凝土免烧砖，得到的样品抗压强度为15.9MPa。
对比例1
将炉底渣放入高速研磨机中研磨，并使用筛孔目数为7-60目的方孔套筛进行筛分，选取单一粒径的10目炉底渣与粉煤灰、钢渣、电石渣、水泥按照质量比1:1:1:1:1的比例均匀干混，加入干料总质量30％的水充分混合，填充进内径为75mm的圆柱形铬钢模具中压制成型，自然静置1小时后脱模，之后放入预养护箱中静置48h，控制25℃和70％湿度，控制内部含湿量为初始水量的2/3左右，置入特制的CO2矿化养护装置，通入99.9％的CO2气体，将内部气体压力维持在1MPa，初始温度设定在40℃，实际反应过程中温度保持在40-60℃，进行4h加速碳酸化制备混凝土免烧砖，得到的样品抗压强度为14.2MPa，如图1所示。
对比例2
(1)将河沙放入高速研磨机中研磨，并使用筛孔目数为7-60目的方孔套筛进行筛分，并按表2所示进行粒径的调配。
(2)将调配好的河沙与粉煤灰、钢渣、电石渣、水泥按照质量比1:1:1:1:1的比例均匀干混，加入干料总质量30％的水充分混合，填充进内径为75mm的圆柱形铬钢模具中压制成型，自然静置1小时后脱模，之后放入预养护箱中静置48h，控制25℃和70％湿度，控制内部含湿量为初始水量的2/3左右，置入特制的CO2矿化养护装置，通入99.9％的CO2气体，将内部气体压力维持在1MPa，初始温度设定在40℃，实际反应过程中温度保持在40-60℃，进行4h加速碳酸化制备混凝土免烧砖，得到的样品抗压强度为29.7MPa，如图1所示。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将炉底渣研磨后进行筛分和调控级配，筛分的筛孔尺寸直径为4.75mm-150μm，调控级配至炉底渣中的20％以上分布在250微米-425微米；
(2)将包括炉底渣、水泥和辅助胶凝材料的胶凝材料干料充分混合后加水，将加水后的混合胶凝材料压制成型，经过预养护之后进行CO2矿化养护，得到工业固废基免烧砖。
2.根据权利要求1所述的复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，其特征在于，在步骤(1)中，研磨是用粉碎机将粒径不小于5mm的炉底渣研磨至2mm方孔筛筛余不超过10％为准；方孔筛为7目-60目筛。
3.根据权利要求1所述的复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，其特征在于，在步骤(1)中，调控级配采用间断级配方式，40目筛分级筛余控制在25％-30％，60目筛分级筛余控制在55％-60％。
4.根据权利要求1所述的复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述辅助胶凝材料选自粉煤灰、钢渣或电石渣中的一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求4所述的复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的胶凝材料干料中的重量配比为：炉底渣20wt％-30wt％，钢渣20wt％-30wt％，粉煤灰10wt％-20wt％，电石渣10wt％-20wt％，水泥10wt％-20wt％。
6.根据权利要求1或5所述的复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的水泥为硅酸盐水泥，强度标号不低于42.5。
7.根据权利要求1所述的复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的混合胶凝材料中水与干料的重量比为0.25-0.30。
8.根据权利要求1所述的复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的预养护条件为：环境压力，温度15-25℃，湿度70％-90％RH，养护时间48-72小时。
9.根据权利要求1所述的复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，其特征在于，在步骤(2)中，预养护之后控制合胶凝材料内部含湿量为初始含水量的50％-75％。
10.根据权利要求1所述的复合胶凝材料结合碳酸化养护技术制备工业固废基免烧砖的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的CO2矿化养护为：CO2压力范围在0.5-2MPa，温度为40-60℃，反应时间2-4小时。
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