CN111892340A - 一种低成本钢渣碳化砖的制备方法 - Google Patents

一种低成本钢渣碳化砖的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低成本钢渣碳化砖的制备方法，首先将钢渣破碎和粉磨，分别得到颗粒粒径分布在0.1‑1mm之间的钢渣粉A、15‑30μm之间的钢渣粉B，钢渣粉B加水调至水料比为0.5‑1之间的浆液送至湿磨机湿磨得到中值粒径为2‑4μm的钢渣浆体C，按质量份数计，将90‑180份再生骨料、10‑30份钢渣粉A、30‑60份钢渣粉B和15‑40份钢渣浆体C搅拌，之后压制成型并采用10MPa的压强稳压2min后脱模，最后送入碳化养护箱中养护4‑6h得到碳化砖。本发明的制备工艺简单、生产周期短、成本低、固碳节能，制备的碳化砖力学性能优良，无体积安定性问题。

Description

一种低成本钢渣碳化砖的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种低成本钢渣碳化砖的制备方法。
背景技术
钢渣是粗铁炼钢时排放的固体废弃物，我国钢铁产能在世界上排名第一，随之而来的是大量的钢渣排放。在中国，超过1亿吨的钢渣未能得到有效处理，这些钢渣露天堆积，不仅暂用土地，而且还会污染土壤和水体，给人类的健康带来严重的威胁。钢渣的主要化学成份是CaO 35-50％、SiO2 10-20％、MgO 2-15％、Fe2O3 2-35％、MnO 1-5％、Al2O3 1-4％、P2O5 0.5-4％，主要的矿物成份为硅酸三钙(C3S)、β型硅酸二钙(β-C2S)，γ型硅酸二钙(γ-C2S)、游离氧化钙(f-CaO)、游离氧化镁(f-MgO)、FeO-CaO-MgO-MnO固溶体(RO相)、铁酸钙(CaO·Fe2O3)、铁酸二钙(2CaO·Fe2O3)、黄长石(CaO·Al2O3·2SiO2)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、碳酸钙(CaCO3)和少量的单质铁(Fe)。虽然钢渣的矿物组成和波特兰水泥熟料类似，有着“劣质水泥熟料”的称号，但是其水化活性远远低于水泥熟料，甚至不具备活性，原因有二，其一是具有水化活性的物质含量较少，惰性组分较多；其二是具有水化活性的C3S、β-C2S、γ-C2S、f-CaO、f-MgO经过1500℃以上的高温熔融过程，形成的晶体颗粒尺寸粗大而且致密，水化能力极低。此外，钢渣中的f-CaO和f-MgO会带来严重的体积安定性问题，进一步限制其在建材中广泛应用。
钢渣碳化是指采用二氧化碳对钢渣进行处理以使其具备胶凝特性，同时解决体积安定性不良的技术手段。将钢渣资源化利用的同时还能固化二氧化碳，可谓一举两得。
中国专利CN 107879704 A公开一种复合钢渣碳化砖的制备方法，该专利首先将钢渣、煤油和助磨剂混合球磨后点燃，并冷却，得燃烧渣，经过一系列过程制成砖坯，随后将砖坯进行蒸压氧化，并用食醋熏蒸，再将熏蒸砖坯转入碳化箱中，才能得到钢渣碳化砖。该专利采用煤油占钢渣质量的10-25％，虽然这样的粉磨效率高，能提高钢渣的活性，但是煤油燃烧产生的CO2以及钢渣中碳酸盐分解产生的CO2大于钢渣所能吸收固化的二氧化碳，实质上是不低碳、不节能的。此外，该专利采用食醋熏蒸的方式促进钢渣中Ca2+的溶出，以提高的固化效率。但是食醋的成本较高，用食醋处理钢渣生产廉价的砖是不经济的。
中国专利CN 109574610 A公开一种利用钢渣高效制备低成本碳化砖的方法。该方法是的原材料主要为45％～100％钢渣，0％～30％脱硫石膏和0～50％细骨料，其中的脱硫石膏是烟气脱硫得到的工业副产石膏，是以石膏浆体排放的，而该专利在使用之前需要将其烘干到含水率为0-1％，此处烘干会消耗大量的能源。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种低成本钢渣碳化砖的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将钢渣破碎和粉磨，分别得到颗粒粒径分布在0.1-1mm之间的钢渣粉A和中值粒径在15-30μm之间的钢渣粉B；
步骤2、将步骤1中的钢渣粉B加水调至水料比为0.5-1之间的浆液送至湿磨机湿磨得到中值粒径为2-4μm的钢渣浆体C；
步骤3、按质量份数计，将90-180份再生骨料、10-30份钢渣粉A、30-60份钢渣粉B和15-40份钢渣浆体C搅拌均匀，之后压制成型并采用10MPa的压强稳压2min后脱模得到砖坯；
步骤4、将步骤3中的砖坯送入碳化养护箱中养护4-6h得到钢渣碳化砖。
所述的钢渣为碱度在1.8以上的转炉钢渣、平炉钢渣和电炉钢渣中的任意一种。
所述的再生骨料分为再生细骨料和再生粗骨料，质量比为1:2。
所述的碳化养护箱中通入二氧化碳的体积浓度为15-20％，分压为0.3-0.6MPa，湿度为50-95％，温度10-40℃。
所述的再生细骨料的细度模数为3.0-3.5，5mm的分计筛余为0-5％，2.5mm的分计筛余为20-50％，1.25mm的分计筛余为30-40％，0.63mm的分计筛余为20-30％，0.63mm以下的分计筛余为0-20％。
本发明具有如下优点：
(1)本发明采用的主要原材料为钢渣、再生骨料二氧化碳和水，钢渣是大宗固体废弃物，再生骨料是建筑垃圾，而二氧化碳是温室气体，在处理固体废弃物的同时固化二氧化碳，工艺绿色环保；
(2)采用湿磨制备超细的钢渣浆体作为胶凝组份，将钢渣的胶凝能力极大发挥。普通钢渣虽然具备一定的水化能力，但是其活性物质结晶粗大且晶体结构致密，导致水化十分缓慢，难以短时间形成胶凝能力。在湿磨过程中机械力和液相环境加速活性物质的解聚，使其形成水化产物，因此在压制砖坯时强度已经形成，具体方程式如下：
C3S+3z H2O→xCaO·ySiO2·zH2O+(1-x)Ca(OH)2
C2S+2z H2O→xCaO·ySiO2·zH2O+(1-x)Ca(OH)2
CaO+H2O→Ca(OH)2
MgO+H2O→Mg(OH)2
(3)钢渣经湿磨处理后碳化效率得到极大的提升，生产周期明显缩短。这是因为：a.湿磨制备的钢渣颗粒中值粒径在2-4μm之间，具有超大的比表面积，有利于碳化的快速进行；b.湿磨钢渣浆体呈现强碱性并富含钙离子，二氧化碳更容易捕获；c.不同于干法粉磨，湿磨过程中的机械力-化学作用能促进钢渣中的C3S、β-C2S、γ-C2S、f-CaO和f-MgO的水化，形成Ca(OH)2、Mg(OH)2和水化硅酸钙凝胶(C-S-H凝胶，xCaO·ySiO2·zH2O)等更容易碳化的水化产物。当湿磨钢渣浆体与钢渣粉、再生骨料拌和成型制成砖坯放入碳化养护箱中养护时，二氧化碳会从砖坯表面渗入，与其中的组份发生碳化反应，具体反应式如下：
具体化学式如下：
xCaO·ySiO2·zH2O+xCO2→xCaCO3+y[(SiO2)·H2O]+(z-y)H2O
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
钢渣颗粒表面生成的CaCO3颗粒具有胶凝性能，而且还能填充孔隙，因此钢渣碳化砖强度进一步提高。另外，未经湿磨的钢渣粉虽然碳化活性，但其在服役过程中也能逐步碳化从而提升强度。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明：
实施例1
步骤1、将碱度大于1.8的转炉钢渣破碎和粉磨，分别得到颗粒粒径分布在0.1-1mm之间的钢渣粉A和中值粒径在15μm之间的钢渣粉B；
步骤2、将步骤1中的钢渣粉B加水调至水料比为0.5之间的浆液送至湿磨机湿磨得到中值粒径为4μm的钢渣浆体C；
步骤3、按质量份数计，将90份再生骨料、10份钢渣粉A、30份钢渣粉B和15份钢渣浆体C搅拌均匀，之后压制成型并采用10MPa的压强稳压2min后脱模得到砖坯；
步骤4、将步骤3中的砖坯送入碳化养护箱中养护4h得到钢渣碳化砖。
所述的再生骨料分为再生细骨料和再生粗骨料，质量比为1:2。
所述的碳化养护箱中通入二氧化碳的体积浓度为15％，分压为0.3MPa，湿度为50％，温度10℃。
所述的再生细骨料的细度模数为3.5，5mm的分计筛余为5％，2.5mm的分计筛余为30％，1.25mm的分计筛余为35％，0.63mm的分计筛余为20％，0.63mm以下的分计筛余为10％。
本实施例1制得的碳化砖4h抗压强度为15.6MPa、泛霜试验合格、冻融试验合格、石灰爆裂试验后强度为13.4MPa，爆裂尺寸在2-3mm之间，共4处。技术指标符合GB/T 5101-2017的要求。
实施例2
步骤1、将碱度大于1.8的平炉钢渣破碎和粉磨，分别得到颗粒粒径分布在0.1-1mm之间的钢渣粉A和中值粒径在20μm之间的钢渣粉B；
步骤2、将步骤1中的钢渣粉B加水调至水料比为0.8之间的浆液送至湿磨机湿磨得到中值粒径为4μm的钢渣浆体C；
步骤3、按质量份数计，将180份再生骨料、15份钢渣粉A、30份钢渣粉B和30份钢渣浆体C搅拌均匀，之后压制成型并采用10MPa的压强稳压2min后脱模得到砖坯；
步骤4、将步骤3中的砖坯送入碳化养护箱中养护4h得到钢渣碳化砖。
所述的再生骨料分为再生细骨料和再生粗骨料，质量比为1:2。
所述的碳化养护箱中通入二氧化碳的体积浓度为20％，分压为0.6MPa，湿度为80％，温度20℃。
所述的再生细骨料的细度模数为3.2，5mm的分计筛余为2％，2.5mm的分计筛余为28％，1.25mm的分计筛余为30％，0.63mm的分计筛余为20％，0.63mm以下的分计筛余为20％。
本实施例2制得的碳化砖4h碳化后的抗压强度为17.6MPa、泛霜试验合格、冻融试验合格、石灰爆裂试验后强度为15.4MPa，爆裂尺寸在2-4mm之间，共3处。技术指标符合GB/T5101-2017的要求。
实施例3
步骤1、将碱度大于1.8的电炉钢渣破碎和粉磨，分别得到颗粒粒径分布在0.1-1mm之间的钢渣粉A和中值粒径在30μm之间的钢渣粉B；
步骤2、将步骤1中的钢渣粉B加水调至水料比为1之间的浆液送至湿磨机湿磨得到中值粒径为2μm的钢渣浆体C；
步骤3、按质量份数计，将180份再生骨料、15份钢渣粉A、40份钢渣粉B和40份钢渣浆体C搅拌均匀，之后压制成型并采用10MPa的压强稳压2min后脱模得到砖坯；
步骤4、将步骤3中的砖坯送入碳化养护箱中养护6h得到钢渣碳化砖。
所述的再生骨料分为再生细骨料和再生粗骨料，质量比为1:2。
所述的碳化养护箱中通入二氧化碳的体积浓度为20％，分压为0.6MPa，湿度为95％，温度20℃。
所述的再生细骨料的细度模数为3.0，5mm的分计筛余为2％，2.5mm的分计筛余为20％，1.25mm的分计筛余为40％，0.63mm的分计筛余为20％，0.63mm以下的分计筛余为18％。
本实施例3制得的碳化砖4h碳化后的抗压强度为25.6MPa、泛霜试验合格、冻融试验合格、石灰爆裂试验后强度为21.5MPa，爆裂尺寸在2-4mm之间，共5处。技术指标符合GB/T5101-2017的要求。
实施例4
步骤1、将碱度大于1.8的电炉钢渣破碎和粉磨，分别得到颗粒粒径分布在0.1-1mm之间的钢渣粉A和中值粒径在24μm之间的钢渣粉B；
步骤2、将步骤1中的钢渣粉B加水调至水料比为0.8之间的浆液送至湿磨机湿磨得到中值粒径为3μm的钢渣浆体C；
步骤3、按质量份数计，将120份再生骨料、30份钢渣粉A、60份钢渣粉B和40份钢渣浆体C搅拌均匀，之后压制成型并采用10MPa的压强稳压2min后脱模得到砖坯；
步骤4、将步骤3中的砖坯送入碳化养护箱中养护5h得到钢渣碳化砖。
所述的再生骨料分为再生细骨料和再生粗骨料，质量比为1:2。
所述的碳化养护箱中通入二氧化碳的体积浓度为20％，分压为0.5MPa，湿度为95％，温度40℃。
所述的再生细骨料的细度模数为3.0，5mm的分计筛余为0％，2.5mm的分计筛余为50％，1.25mm的分计筛余为30％，0.63mm的分计筛余为20％，0.63mm以下的分计筛余为0％。
本实施例4制得的碳化砖4h碳化后的抗压强度为20.6MPa、泛霜试验合格、冻融试验合格、石灰爆裂试验后强度为18.3MPa，爆裂尺寸在2-4mm之间，共2处。技术指标符合GB/T5101-2017的要求。
实施例5
步骤1、将碱度大于1.8的转炉钢渣破碎和粉磨，分别得到颗粒粒径分布在0.1-1mm之间的钢渣粉A和中值粒径在30μm之间的钢渣粉B；
步骤2、将步骤1中的钢渣粉B加水调至水料比为0.8之间的浆液送至湿磨机湿磨得到中值粒径为4μm的钢渣浆体C；
步骤3、按质量份数计，将150份再生骨料、30份钢渣粉A、60份钢渣粉B和20份钢渣浆体C搅拌均匀，之后压制成型并采用10MPa的压强稳压2min后脱模得到砖坯；
步骤4、将步骤3中的砖坯送入碳化养护箱中养护4h得到钢渣碳化砖。
所述的再生骨料分为再生细骨料和再生粗骨料，质量比为1:2。
所述的碳化养护箱中通入二氧化碳的体积浓度为20％，分压为0.5MPa，湿度为95％，温度20℃。
所述的再生细骨料的细度模数为3.0，5mm的分计筛余为0％，2.5mm的分计筛余为20％，1.25mm的分计筛余为30％，0.63mm的分计筛余为30％，0.63mm以下的分计筛余为20％。
本实施例制得的碳化砖4h碳化后的抗压强度为21.6MPa、泛霜试验合格、冻融试验合格、石灰爆裂试验后强度为16.9MPa，爆裂尺寸在2-3mm之间，共4处。技术指标符合GB/T5101-2017的要求。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (5)

1.一种低成本钢渣碳化砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将钢渣破碎和粉磨，分别得到颗粒粒径分布在0.1-1mm之间的钢渣粉A和中值粒径在15-30μm之间的钢渣粉B；
步骤2、将步骤1中的钢渣粉B加水调至水料比为0.5-1之间的浆液送至湿磨机湿磨得到中值粒径为2-4μm的钢渣浆体C；
步骤3、按质量份数计，将90-180份再生骨料、10-30份钢渣粉A、30-60份钢渣粉B和15-40份钢渣浆体C搅拌均匀，之后压制成型并采用10MPa的压强稳压2min后脱模得到砖坯；
步骤4、将步骤3中的砖坯送入碳化养护箱中养护4-6h得到钢渣碳化砖。
2.如权利要求1所述的一种低成本钢渣碳化砖的制备方法，其特征在于：所述的钢渣为碱度在1.8以上的转炉钢渣、平炉钢渣和电炉钢渣中的任意一种。
3.如权利要求1所述的一种低成本钢渣碳化砖的制备方法，其特征在于：所述的再生骨料分为再生细骨料和再生粗骨料，质量比为1:2。
4.如权利要求1所述的一种低成本钢渣碳化砖的制备方法，其特征在于：所述的碳化养护箱中通入二氧化碳的体积浓度为15-20％，分压为0.3-0.6MPa，湿度为50-95％，温度10-40℃。
5.如权利要求1所述的一种低成本钢渣碳化砖的制备方法，其特征在于：所述的再生细骨料的细度模数为3.0-3.5，5mm的分计筛余为0-5％，2.5mm的分计筛余为20-50％，1.25mm的分计筛余为30-40％，0.63mm的分计筛余为20-30％，0.63mm以下的分计筛余为0-20％。
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