CN114290504A - 利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的生产工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的生产工艺及装置。本发明矿化强化建筑垃圾的粗细骨料平均吸水率可降低15％以上，建筑垃圾微粉活性指数提高15％以上；矿化养护混凝土制品的抗压强度比同龄期标准养护混凝土制品抗压强度提升40％以上。本发明充分利用了水泥企业水泥窑尾气，实现了混凝土制品从原材料到制品生产全过程的二氧化碳封存利用，提高了建筑垃圾的利用率，既节约了资源，保护了环境，还为实现碳中和目标提供了一条切实可行的路径。
Description
技术领域
本发明涉及水泥窑尾气处理技术领域，尤其涉及利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的生产工艺及装置。
背景技术
当前温室气体超量排放对全球气候环境变化产生重大影响，加快推动碳达峰、碳中和工作已经成为全球的广泛共识。全球多国、领域重视减碳与低碳发展，在碳达峰碳中和方面采取具体行动。2020年全国建材行业二氧化碳排放量约15亿吨，占我国碳排放量的14.5％。其中，水泥行业二氧化碳排放量达13.5亿吨，占到我国碳排放量的13％以上。如何实现水泥行业的碳减排亟待解决，利用并封存水泥行业排放的二氧化碳是碳减排技术手段之一。
利用并封存水泥行业排放的二氧化碳主要是指将水泥窑排放的CO2矿化封存工业固体废弃物或者水泥水化产物中的硅酸盐矿物或碱土金属离子(Ca2+/Mg2+)，将CO2转化成热稳定性高的无机碳酸盐从而达到封存利用CO2的目的。目前众多国内外相关研究已经开始重视建筑材料行业利用并封存二氧化碳技术，水泥及其水化产物能够在一定条件下与二氧化碳发生反应，从而达到提升性能的目的，然后目前该技术均处于研发阶段，研发过程中更主要是的二氧化碳的高浓度，已经一定气压对于水泥基材料的矿化效果，这也造成相关设备要求较高，难以满足产业化应用，而专门针对低浓度的水泥窑尾气的矿化利用研究和应用极少。
鉴于上述技术现状，本发明提出利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的生产工艺及装置。
发明内容
本发明提供一种利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的生产工艺及装置，用以解决水泥窑尾气未被充分利用而导致水泥企业碳排放量大；建筑垃圾吸水率大、活性低导致建筑垃圾难以规模化应用；以及混凝土制品早期强度低导致模板周转时间及养护时间长的问题。
具体来说，本发明提供了如下技术方案：
第一方面，提供一种利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的生产工艺，
对水泥窑尾气进行变压吸附处理，得到变压吸附后的水泥窑尾气；
将建筑垃圾在所述变压吸附后的水泥窑尾气存在下进行矿化强化，或者，将建筑垃圾在所述水泥窑尾气和变压吸附后的水泥窑尾气的混合尾气存在下进行矿化强化，得到矿化强化建筑垃圾；
将所述矿化强化建筑垃圾按照混凝土制品的配合比搅拌成型，而后在所述变压吸附后的水泥窑尾气存在下进行矿化养护，或者，在所述水泥窑尾气和变压吸附后的水泥窑尾气的混合尾气存在下进行矿化养护，得到混凝土制品。
优选地，在上述生产工艺中，所述水泥窑尾气的二氧化浓度为10-20％，温度为100-110℃；所述变压吸附后的水泥窑尾气的二氧化碳浓度为40-60％，压力为10-20kPa，温度为30-50℃。
优选地，在上述生产工艺中，所述矿化强化和矿化养护的条件均为：温度20-50℃，湿度60-95％，二氧化碳浓度20-60％，时间1-3天。
优选地，在上述生产工艺中，所述建筑垃圾包括4.75mm-25mm粒径的粗骨料、0.075mm-4.75mm粒径的细骨料和0.075mm粒径以下的微粉。
优选地，在上述生产工艺中，所述按照混凝土制品的配合比搅拌成型的方法包括：根据混凝土制品的强度等级及功能需求，将所述矿化强化建筑垃圾与水泥、矿物掺合料、化学外加剂及水进行配料，搅拌混合后进行成型、脱模。
第二方面，提供一种混凝土制品，其由上述的生产工艺制备得到。优选地，所述混凝土制品为混凝土砌块，包括实心砖、多孔砖、透水砖、路沿石、混凝土刮板、混凝土底板。
第三方面，提供一种利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的装置，包括：
水泥窑尾气储存罐，用于储存变压吸附后的水泥窑尾气；
原料仓，所述原料仓分别与水泥窑尾气输入口和水泥窑尾气储存罐相连接；
成品仓，所述成品仓分别与原料仓、水泥窑尾气输入口和水泥窑尾气储存罐相连接；
所述原料仓和成品仓均设置有温度传感器、湿度传感器和二氧化碳浓度传感器。
优选地，在上述装置中，所述原料仓和成品仓均设置有尾气循环利用装备。
优选地，在上述装置中，所述原料仓设置有筛网和传送带，所述传送带具有搅拌功能。
进一步优选地，所述原料仓设置有再生骨料出料口和再生粉料出料口。避免再生骨料和再生粉料的混合，实现再生骨料和再生粉料的分质利用。
优选地，在上述装置中，所述成品仓设置有传送带，传送带主要是便于混凝土制品的运输。
本发明所取得的有益效果：
1)本发明矿化强化建筑垃圾的粗细骨料平均吸水率可降低15％以上，建筑垃圾微粉活性指数提高15％以上；矿化养护混凝土制品的抗压强度比同龄期标准养护混凝土制品抗压强度提升40％以上。
2)本发明充分利用了水泥企业水泥窑尾气，实现了混凝土制品从原材料到制品生产全过程的二氧化碳封存利用，提高了建筑垃圾的利用率，既节约了资源，保护了环境，还为实现碳中和目标提供了一条切实可行的路径。
附图说明
图1是本发明实施例提供的利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的装置示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
以下实施例中，所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
本实施例提供利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的装置示意图。参见图1，该装置包括：水泥窑尾气储存罐1、原料仓10和成品仓13。
从水泥烟道口排出的水泥烟道气(即水泥窑尾气)分为两支，一支送入变压吸附器进行变压吸附处理，所得到的变压吸附后的水泥窑尾气储存在水泥窑尾气储存罐1内。另一支分别与原料仓10和成品仓13相连接。
原料仓10主要是利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾。原料仓10经电磁阀2分别与水泥窑尾气输入口和水泥窑尾气储存罐1相连接。原料仓10设置有：水泥窑尾气入口3、湿度传感器4、二氧化碳浓度传感器5、温度传感器6、建筑垃圾入口7、筛网8、带搅拌的传送带9、再生骨料出料口11，以及再生微粉出料口12。
成品仓13主要是利用水泥窑尾气矿化养护混凝土制品。其经电磁阀2分别与水泥窑尾气输入口和水泥窑尾气储存罐1相连接，成品仓13设置有：湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、温度传感器，以及传送带。
原料仓10和成品仓13中均设有尾气循环管道14，在原料仓10和成品仓13产生的废气通过尾气循环管道14输送至水泥窑尾气输入口进行循环利用，保证整套工艺无废气产生。
实施例2
本实施例提供一种利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的生产工艺。该生产工艺包括：
步骤一：对水泥烟道气进行变压吸附处理，水泥烟道气直接从水泥烟道口排出，二氧化碳浓度为10-20％，温度为100-110℃；经变压吸附处理后储存在水泥窑尾气储存罐1内，罐内二氧化碳浓度为40-60％，压力为10-20kPa，温度为30-50℃。
步骤二：将建筑固体废弃物从建筑垃圾入口7输送至原料仓10内，然后经水泥窑尾气入口3向原料仓10通入水泥窑尾气，或者通入水泥窑尾气和上述变压吸附后的水泥窑尾气的混合尾气，电磁阀2用于控制和调节尾气的流量，以保持原料仓10内的温度为20-50℃、湿度为60-95°及二氧化碳浓度为20-60％，经过1-3天的矿化强化后即得到矿化强化建筑垃圾。
其中，建筑固体废弃物是将拆除的废弃混凝土破碎为粒径小于25mm的颗粒，包括4.75mm-25mm的粗骨料、0.075mm-4.75mm的细骨料和0.075mm以下的微粉。矿化强化建筑垃圾经原料仓10内的筛网8按照不同粒径大小进行分级，得到再生骨料和再生粉料。
步骤三：根据混凝土制品的强度等级及功能需求，将步骤二所得到的再生骨料和再生粉料与水泥、矿物掺合料、化学外加剂及水等原料按照混凝土制品的配合比进行配料，经搅拌混合，成型、脱模，得到混凝土预制品；
步骤四：将步骤三所得到的混凝土预制品输送至成品仓13内，同时向成品仓13通入水泥窑尾气，或者水泥窑尾气和上述变压吸附后的水泥窑尾气的混合尾气，控制成品仓内的温度为20-50℃、湿度为60-95°及二氧化碳浓度为20-60％。经过1-3天的矿化养护，得到混凝土制品。混凝土制品主要是混凝土砌块，包括实心砖、多孔砖、透水砖、路沿石、混凝土刮板、混凝土底板等非带钢筋的素水泥基制品。
实施例3
本实施例提供一种利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的生产工艺，包括：
将建筑垃圾破碎成4.75mm-25mm的粗骨料、0.075mm-4.75mm的细骨料和0.075mm以下的微粉，放置于原料仓10内，在温度30℃，二氧化碳浓度40％，湿度90％的条件下矿化强化2天，原料仓10内筛网8的尺寸分为4.75mm和0.075mm，得到再生粗骨料(在4.75mm筛网上)、再生细骨料(在筛网4.75mm和筛网0.075mm之间)，以及再生粉料(在筛网0.075mm下)。
按照重量百分比再生粗骨料43.7％、再生细骨料32.9％、再生粉料0.7％、水泥10.5％、矿粉2.7％、粉煤灰2.0％、化学外加剂0.4％及水7.1％进行配料，搅拌混合后倒入100mm×100mm×100mm的成型，将成型试模常温养护1天后脱模，得到混凝土预制品放置成品仓13内，在温度30℃，二氧化碳浓度40％，湿度90％的条件下矿化强化2天，得到混凝土制品。测试混凝土制品的抗压强度，并与同龄期标准养护混凝土制品进行对比，其结果如下：
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的生产工艺，其特征在于，
对水泥窑尾气进行变压吸附处理，得到变压吸附后的水泥窑尾气；
将建筑垃圾在所述变压吸附后的水泥窑尾气存在下进行矿化强化，或者，将建筑垃圾在所述水泥窑尾气和变压吸附后的水泥窑尾气的混合尾气存在下进行矿化强化，得到矿化强化建筑垃圾；
将所述矿化强化建筑垃圾按照混凝土制品的配合比搅拌成型，而后在所述变压吸附后的水泥窑尾气存在下进行矿化养护，或者，在所述水泥窑尾气和变压吸附后的水泥窑尾气的混合尾气存在下进行矿化养护，得到混凝土制品。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述水泥窑尾气的二氧化浓度为10-20％，温度为100-110℃；所述变压吸附后的水泥窑尾气的二氧化碳浓度为40-60％，压力为10-20kPa，温度为30-50℃。
3.根据权利要求1或2所述的生产工艺，其特征在于，所述矿化强化和矿化养护的条件均为：温度20-50℃，湿度60-95％，二氧化碳浓度20-60％，时间1-3天。
4.根据权利要求1-3任一项所述的生产工艺，其特征在于，所述建筑垃圾包括4.75mm-25mm粒径的粗骨料、0.075mm-4.75mm粒径的细骨料和0.075mm粒径以下的微粉。
5.根据权利要求1-4任一项所述的生产工艺，其特征在于，所述按照混凝土制品的配合比搅拌成型的方法包括：根据混凝土制品的强度等级及功能需求，将所述矿化强化建筑垃圾与水泥、矿物掺合料、化学外加剂及水进行配料，搅拌混合后进行成型、脱模。
6.一种混凝土制品，其特征在于，其由权利要求1-5任一项所述的生产工艺制备得到，优选地，所述混凝土制品为混凝土砌块，包括实心砖、多孔砖、透水砖、路沿石、混凝土刮板、混凝土底板。
7.一种利用水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾及矿化养护混凝土制品的装置，其特征在于，包括：
水泥窑尾气储存罐，用于储存变压吸附后的水泥窑尾气；
原料仓，所述原料仓分别与水泥窑尾气输入口和水泥窑尾气储存罐相连接；
成品仓，所述成品仓分别与原料仓、水泥窑尾气输入口和水泥窑尾气储存罐相连接；
所述原料仓和成品仓均设置有温度传感器、湿度传感器和二氧化碳浓度传感器。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述原料仓和成品仓均设置有尾气循环利用装备。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述原料仓设置有筛网和传送带，所述传送带具有搅拌功能；
优选地，所述原料仓设置有再生骨料出料口和再生粉料出料口。
10.根据权利要求7-9任一项所述的装置，其特征在于，所述成品仓设置有传送带。
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