CN113880498A - 一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，该方法包括：一、将硅热法炼镁镁渣与壳聚糖、标准砂放置于磨机中进行粉磨，过筛后收集得到筛下物；二、将筛下物与水混合搅拌进行水化反应，得到拌合物；三、将拌合物放置于模具中振捣均匀后放置于标养箱中养护，脱模后得到试件；四、将试件放置于碳化箱中，在CO2体积含量20％以上的条件下进行中高温碳化养护，然后取出在室温下放至表干得到镁渣建筑制品。本发明采用壳聚糖作为碳化剂与水作用进行中高温碳化养护，利用壳聚糖对CO2迅速捕集能力，在实现液态碳化的同时，促进了碳化反应的速度和深度，提高了碳化效率以及碳化均匀性，从而提高了镁渣建筑制品的抗压强度和抗折强度。

Description

一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法。
背景技术
镁渣是金属镁厂在炼镁过程中排放的固体废弃物，通常，镁渣的主要成分包括CaO、SiO2，以及未还原的MgO等，但由于各镁厂生产条件及工艺差别，镁渣的成分并不是固定的。随着金属镁产业的规模化发展，镁渣的产量迅速增加，通常镁渣作为工业产品粉料废弃堆放，不仅污染环境，还造成了极大的资源浪费。目前，已有对镁渣利用制作建筑材料的研究，如采用镁渣制备墙体材料或生产建筑水泥、建筑砖块。公开号为CN101096305的专利公开了一种高强度镁渣砖的原料配比及其制备方法，该镁渣砖以镁还原渣为主要原料，添加碎石、石膏或/和石灰为辅料，先将镁还原渣进行蒸压，以获得更高强度，然后与辅料加水混匀，压制成砖坯，干燥后得到建筑用砖成品，其强度可到25MPa以上，但镁渣砖需要预先对镁还原渣进行蒸压，耗能高，费时长，辅料多成本高，辅料配比不易控制，且制备得到的镁渣砖强度较低。
因此，需要一种能提高产品强度、又降低制备能耗的镁渣建筑制品的制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法。该方法采用壳聚糖作为碳化剂与水作用进行中高温碳化养护，利用壳聚糖对CO2迅速捕集能力，在实现液态碳化的同时，促进了碳化反应的速度和深度，提高了碳化效率以及碳化均匀性，从而提高了镁渣建筑制品的抗压强度和抗折强度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将硅热法炼镁镁渣与壳聚糖、标准砂放置于磨机中进行粉磨，然后过筛，收集得到筛下物；所述壳聚糖的质量为硅热法炼镁镁渣质量的0.4％～0.6％，所述标准砂的质量为硅热法炼镁镁渣质量的3～4倍；
步骤二、在22℃～28℃的温度下将步骤一中得到的筛下物与水混合，然后加入搅拌机中搅拌进行水化反应，得到拌合物；所述水的质量为硅热法炼镁镁渣质量的40％～60％；
步骤三、将步骤二中得到的拌合物放置于模具中振捣均匀，然后放置于标养箱中养护，脱模后得到试件；
步骤四、将步骤三中得到的试件放置于碳化箱中，在CO2体积含量20％以上的条件下进行中高温碳化养护，然后取出在室温下放至表干，得到镁渣建筑制品；所述镁渣建筑制品的抗压强度为60MPa～70MPa，抗折强度为20MPa以上。
本发明以硅热法炼镁镁渣与壳聚糖、标准砂、水为原料制备镁渣建筑制品，通过采用壳聚糖作为碳化剂，先将各原料混匀后进行水化反应，得到的拌合物经养护制成试件后进行中高温碳化养护，在中高温碳化养护的条件，试件中均匀分布的壳聚糖分子遇水溶胀后分子链充分舒展，该分子链中的氨基迅速捕集CO2，以与硅热法炼镁镁渣中的钙离子发生缩聚反应，在实现液态碳化的同时，促进了碳化反应的速度和深度，提高了碳化效率以及碳化均匀性，从而提高了镁渣建筑制品的抗压强度和抗折强度。
上述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤一中所述壳聚糖的分子量为1000。本发明通过控制壳聚糖的分子量，促进了壳聚糖充分在试件中分散均匀，提高了碳化的均匀性，同时避免了分子量过大的壳聚糖在硅热法炼镁镁渣之间形成阻碍、不利于钙离子与CO2的接触以及碳化过程中发生的其它组分的反应，或者分子量过小其含有的有效基团过少、捕集CO2能力下降，有效保证了碳化效率的提高。同时，在加入量为0.4％～0.6％下，本发明采用该分子量的壳聚糖充分利用了壳聚糖对CO2的捕集能力，促进了碳化反应的速度和深度，且避免了壳聚糖遇水溶胀过饱和产生分布不均匀和严重析出的现象，进而造成碳化不均匀，影响镁渣建筑制品的保水性。
上述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤一中所述粉磨的转速为38r/min～58r/min，时间为20min。该粉末的工艺参数促进了硅热法炼镁镁渣的充分破碎，进而提高了筛下物中各组分的混匀程度，有利于后续工艺的稳定进行。
上述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤一中所述过筛采用100目的筛网。该优选的筛网孔径有效筛除了粉磨后硅热法炼镁镁渣中的杂质，提高了过筛效率，同时避免因硅热法炼镁镁渣过细导致筛下物中氧化钙和氧化镁增加、硅酸二钙的含量减少，进而导致后续中高温碳化养护的效果变差。
上述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤二中所述搅拌的转速为55r/min～75r/min。该优选的搅拌转速促进了筛下物中镁渣与水的充分混合。
上述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤三中所述养护的温度为20℃，湿度为90％，时间为3～7天。由于筛下物中的镁渣经水化反应后形成水化产物而具有一定的水化硬度，将水化反应后的拌合物在上述条件下进行养护后得到的试件具有后续中高温碳化养护的条件，使得中高温碳化养护易于发生进行；同时，该养护的条件简单易行，常规的施工现场和工厂均能达到该养护条件的温度和湿度，提高了本发明方法的实用性。
上述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤四中所述中高温碳化养护的温度为130℃～160℃，时间为30min～60min。该中高温碳化养护的条件促进了碳化反应的快速进行，提高了生产效率；同时，由于实际生产中工厂废烟气的温度包覆该温度范围内且含有足量的CO2，本发明直接采用工厂废烟气进行中高温碳化氧化，因此本发明碳化养护的温度范围在实现充分碳化的前提下，对工厂废烟气充分利用，避免浪费烟气余热，最大程度地节约了能源。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用壳聚糖作为碳化剂与水作用进行中高温碳化养护，利用壳聚糖对CO2迅速捕集能力，在实现液态碳化的同时，促进了碳化反应的速度和深度，提高了碳化效率以及碳化均匀性，从而提高了镁渣建筑制品的抗压强度和抗折强度。
2、本发明采用壳聚糖作为碳化剂与水作用实现液体碳化，无须对原料硅热法炼镁镁渣进行风冷和浇水预处理、碳化后的蒸压，减少了工艺步骤，节约了制备成本，提高了镁渣建筑制品的稳定性与力学性能，在降低能耗的同时实现了更高的强度性能。
3、本发明采用壳聚糖显著提高了拌合物的流动性，实现了减水剂的功能，且根据镁渣制品碳化前含水率越低、碳化后强度越高的规律，壳聚糖的添加大幅度降低了碳化前镁渣建筑制品即试件的含水率，进一步提高了镁渣建筑制品的强度。
4、本发明采用的壳聚糖分子链中的极性基团羰基(C＝O)与硅热法炼镁镁渣中的钙离子发生络合反应，进一步促进了钙离子和CO2气体的碳化反应，进而提高镁渣建筑制品的抗压强度和抗折强度，同时，由于壳聚糖分子具有规整性，在氢键作用下容易形成结晶区，进一步增加了镁渣建筑制品的强度。
5、本发明采用的壳聚糖分子链上的氨基、羟基、N-乙酰氨基等参与分子内和分子间氢键的形成，并同时吸附重金属阳离子，将其包裹在内，消除硅热法炼镁镁渣中浸出的重金属离子。
6、本发明的中高温碳化养护过程消耗CO2，不仅实现了硅热法炼镁镁渣的有效利用，还实现了对工厂废烟气包括炼镁过程中产生的废气CO2的利用，避免了资源浪费，绿色环保。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1中得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色实验结果图。
图2为本发明实施例2中得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色实验结果图。
图3为本发明对比例1中得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色实验结果图。
图4为本发明对比例2中得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色实验结果图。
图5为本发明对比例3中得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色实验结果图。
图6为本发明对比例7中得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色实验结果图。
图7为本发明对比例8中得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色实验结果图。
具体实施方式
本发明实施例1～实施例中5和对比例1～对比例8的硅热法炼镁产生的镁渣均来源于榆林地区镁厂。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将425g硅热法炼镁镁渣与1.7g分子量为1000的壳聚糖、1350g标准砂放置于磨机中，在转速为38r/min～58r/min下进行粉磨20min，然后过100目筛，收集得到筛下物；
步骤二、在22℃～28℃的温度下，将步骤一中得到的筛下物与225g水混合，然后加入搅拌机中在55r/min～75r/min的转速下搅拌进行水化反应，得到拌合物；
步骤三、将步骤二中得到的拌合物放置于模具中振捣均匀，然后放置于标养箱中，在温度为20℃，湿度为90％的条件下养护3天，脱模后得到试件；
步骤四、将步骤三中得到的试件放置于碳化箱中，在CO2体积含量20％以上、140℃的条件下进行中高温碳化养护，取出后在室温下放至表干，得到镁渣建筑制品。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：壳聚糖的质量为硅热法炼镁镁渣的质量的0.6％。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：壳聚糖的质量为硅热法炼镁镁渣的质量的0.5％。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处为：分子量为1000的壳聚糖的质量为1.7g，标准砂的质量为1275g，水的质量为255g。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处为：分子量为1000的壳聚糖的质量为2.55g，标准砂的质量为1275g，水的质量为170g。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于：不加入壳聚糖。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于：壳聚糖的质量为硅热法炼镁镁渣的质量的0.1％。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处在于：壳聚糖的质量为硅热法炼镁镁渣的质量的0.2％。
对比例4
本对比例与实施例1的不同之处在于：壳聚糖的质量为硅热法炼镁镁渣的质量的0.3％。
对比例5
本对比例与实施例1的不同之处在于：壳聚糖的质量为硅热法炼镁镁渣的质量的0.7％。
对比例6
本对比例与实施例1的不同之处在于：壳聚糖的质量为硅热法炼镁镁渣的质量的0.8％。
对比例7
本对比例与实施例1的不同之处在于：壳聚糖的分子量为50～120。
对比例8
本对比例与实施例1的不同之处在于：壳聚糖的分子量为200万。
对本发明实施例1～3和对比例1～8中得到的镁渣建筑制品的抗压强度和抗折强度进行检测，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003328003920000081
从表1可知，本发明实施例1～实施例3制备的镁渣建筑制品的强度性能均明显优于对比例1～对比例6，说明本发明通过控制壳聚糖的加入量，促进了碳化的深度，大大提高了镁渣建筑制品的强度包括抗压强度和抗折强度；同时，本发明实施例1制备的镁渣建筑制品的强度性能明显优于对比例7～对比例8，说明本发明通过控制壳聚糖的分子量，提高了碳化的效果，大大提高了镁渣建筑制品的强度包括抗压强度和抗折强度。
将本发明实施例1～2与对比例1～3中得到的镁渣建筑制品分别制取两个样品进行断面酚酞显色实验，利用酚酞试剂遇碱呈现红色的特性，考察碳化程度，结果如图1～图5所示。
图1～图5分别为本发明实施例1～2与对比例1～3中得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色实验结果图，从图1～图5可以看出，实施例1得到的镁渣建筑制品的断面酚酞不显色，实施例2得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色仅在少量的局部发生，而对比例1～3得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色明显，且随着壳聚糖含量的减少，酚酞显色明显程度降低，说明碳化养护过程中，当镁渣建筑制品中未加入壳聚糖时，CO2气体与试件接触面积有限，且常压下气体渗入的范围有限，导致碳化程度不高、碳化效果较差，CO2气体仅与试件表面的钙离子反应并形成坚硬的碳化物CaCO3外壳，试件中存在大量的碱物质，因此喷涂酚酞试剂后显示明显；当加入壳聚糖后，壳聚糖分子中的氨基迅速捕集CO2气体与钙离子反应，极性基团羰基(C＝O)也与钙离子发生络合反应，促进CO2气体与钙离子的反应生成大量中性的碳酸钙，从而增加了碳化程度，且随着壳聚糖含量的增加，碳化深度明显增加，碱物质的含量降低，酚酞显色明显程度降低，当壳聚糖的质量为硅热法炼镁镁渣的质量的0.4％时即实施例1的碳化程度最高，当超过该数值过多时，会导致壳聚糖的过饱和并在镁渣建筑制品分布不均匀甚至严重析出，造成碳化不均匀，使得镁渣建筑制品断面局部显色。
图1、图6和图7分别为本发明实施例1与对比例7～8中得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色实验结果图，从图1、图6和图7可以看出，实施例1得到的镁渣建筑制品的断面酚酞不显色，对比例7得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色明显，对比例8得到的镁渣建筑制品的断面酚酞显色程度更深，说明碳化养护过程中，当镁渣建筑制品中加入的壳聚糖分子量为1000时，壳聚糖分子对CO2气体的捕集效果最好，使得碳化反应的程度最佳，当壳聚糖分子量过小时其含有的有效基团过少、捕集CO2能力下降，降低了碳化反应的程度，当壳聚糖分子量过大时在硅热法炼镁镁渣之间形成阻碍、不利于钙离子与CO2的接触以及碳化过程中发生的其它组分的反应，大大降低了碳化反应的程度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将硅热法炼镁镁渣与壳聚糖、标准砂放置于磨机中进行粉磨，然后过筛，收集得到筛下物；所述壳聚糖的质量为硅热法炼镁镁渣质量的0.4％～0.6％，所述标准砂的质量为硅热法炼镁镁渣质量的3～4倍；
步骤二、在22℃～28℃的温度下将步骤一中得到的筛下物与水混合，然后加入搅拌机中搅拌进行水化反应，得到拌合物；所述水的质量为硅热法炼镁镁渣质量的40％～60％；
步骤三、将步骤二中得到的拌合物放置于模具中振捣均匀，然后放置于标养箱中养护，脱模后得到试件；
步骤四、将步骤三中得到的试件放置于碳化箱中，在CO2体积含量20％以上的条件下进行中高温碳化养护，然后取出在室温下放至表干，得到镁渣建筑制品；所述镁渣建筑制品的抗压强度为60MPa～70MPa，抗折强度为20MPa以上。
2.根据权利要求1所述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤一中所述壳聚糖的分子量为1000。
3.根据权利要求1所述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤一中所述粉磨的转速为38r/min～58r/min，时间为20min。
4.根据权利要求1所述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤一中所述过筛采用100目的筛网。
5.根据权利要求1所述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤二中所述搅拌的转速为55r/min～75r/min。
6.根据权利要求1所述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤三中所述养护的温度为20℃，湿度为90％，时间为3～7天。
7.根据权利要求1所述的一种高强度镁渣建筑制品的液态碳化制备方法，其特征在于，步骤四中所述中高温碳化养护的温度为130℃～160℃，时间为30min～60min。
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