CN114393688A - 一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法，所述方法包括S1原料处理、S2物料拌和、S3干冰掺拌、S4压实碳化和S5砖体脱模五个步骤。通过传送带和感应门实现了各步骤的顺次衔接和模具的自动传送；免烧砖以固废为原料、以环保型氧化镁和CO2为主胶凝材料，通过计量阀实现各组分的精准计量，促进固废的再利用，具有显著的低碳环保效能；将CO2气体先转化成干冰，按照砖体碳化所需CO2量向混合料中添加干冰，特设低温仓满足了干冰在混合过程中的稳定性；经过压实覆膜，避免干冰升华外逸，实现CO2干冰的高效吸收和碳化反应的精准控制，整个过程无二次污染，从材料准备到制成砖体仅需数小时，砖体还具有强度高和成本低的优势。
Description
技术领域
本发明属于土木工程建材制作领域，具体涉及一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法。
背景技术
随着经济建设的高速发展，土木基建业也得到了快速发展，砖是目前基建的主要材料之一，包括烧结粘土砖、蒸压硅酸盐砖和混凝土空心砌块砖等。由于粘土砖破坏了大量耕地资源，存在严重的资源消耗和碳排放。相对粘土砖而言，虽然蒸压硅酸盐砖和混凝土空心砌块对土地资源破坏较小，但这些新型建筑砖却普遍存在收缩大、吸水率高等缺陷，且胶凝材料或多或少用到硅酸盐水泥。水泥固化砖需要至少28天的养护时间；传统水泥熟料的生产是将黏土和石灰石送至回转窑内，在高温下煅烧、骤冷得到水泥熟料，在利用回转窑制备水泥熟料的过程中，排放了大量烟道CO2至大气中，导致了环境污染和能源浪费，不符合环保理念；硅酸盐水泥还消耗大量的石灰石、粘土和标准煤，排放氮氧化物、硫氧化物和氟气等有毒有害气体，造成环境污染。
随着建筑业和工业的持续发展，建筑固废、工业固废和市政污泥逐年增加，污泥焚烧产生污泥焚烧灰渣，这些固废的资源综合利用率低(不足20％)。尽管开始考虑了工业副产品(如中高品位、具有较高活性的矿渣、钢渣、炉渣和灰渣等，但钢渣还存在安定性问题)的再利用，但仍有大量的低品位工业废渣无法实现再利用。目前工业固废的主要处置方法有：(a)稳定化后填埋处理、(b)高温熔融处理后的资源化利用、(c)用作硅酸盐水泥类的生产材料。但是，填埋处理需要建设填埋场、占用土地资源，不仅增加了企业堆置废渣的土地征用和场地处置等费用，使生产成本增加，而且未被利用的废渣长期堆放，导致粉尘的空气污染，使废渣中的有害物质通过土层渗透进入土壤和地下水，污染生态环境。高温熔融处理需要特殊设备与专业人员，并消耗大量热能。用于硅酸盐水泥时存在掺量小、影响水泥强度和耐久性。对于建筑固废方面，大部分建筑垃圾的硬质颗粒具有一定强度，能够将分类后的建筑垃圾用于混凝土骨料再生、道路路基回填和制砖等，促进了建筑固废的资源化利用，但存在颗粒不均匀、混合不均的现象。
关于固废利用和砖的制作，已有不少学者开展了研究。例如：发明专利(CN103951371 B) 公开了“一种污泥焚烧灰渣免烧生态砖的制备方法”，将一定比例化工剩余污泥焚烧灰渣掺入硬页岩粉末与活性氧化铝粉体均混，在60～80℃高温下养护，基于磷酸激发硬页岩及活性氧化铝中活性硅铝而发生地质聚合反应形成免烧生态砖，但该方法周期长，形成的磷酸盐强度低、耐久性差。发明专利(CN 103884177 B)公开了“传统碳化砖瓦类制造装置及制造方法”，该发明主要是后台与腔紧密加装成一体，在密闭状态下调节碳化腔内的温度进行高温碳化，但该碳化指的是在窑炉内对燃料进行高温燃烧实现的碳化，能量消耗大、仍存较大污染，显然不是利用CO2气体进行碳化。发明专利(CN 105837147 B)公开了“一种活性氧化镁碳化砌块的制备方法”，该方法是将氧化镁水泥(MgO∶水泥按1∶2～2∶1混合)与水、砂和碎石压按照质量比3∶2.7～3.3∶16∶11混合并压制成型，压制的砌块在CO2浓度为10％～20％的碳化箱中养护，很显然，碳化养护箱的气压等同于大气压力，需要养护28天才能达到理想稳定的强度，处理周期长，甚至内部不能得到有效碳化。发明专利(CN107879704 A)公开了“一种复合钢渣碳化砖的制备方法”，但该方法先将钢渣、煤油和助磨剂混合球磨后点燃、冷却得到燃烧渣，然后再加入骨料、熟石灰等进行压制蒸养，再经食醋熏蒸后放入碳化箱养护，虽然养护过程利用了CO2，但工艺复杂、能耗较大、周期长。此外，也曾有学者利用加速碳化技术处理钢渣- 矿渣材料，制备出碳化砖，但制备过程需要高压成型和高压高纯CO2养护，且存在强度不足和开裂问题，大大限制了该技术的节能减排效果和推广应用。
绿色环保已成为当今世界的主题，节能、减排、低碳和循环经济是我国的大政方针，建筑业不但消耗大量水泥，而且还产生大量固体废物，肩负着循环经济的重担。考虑到我国巨量的固废和CO2排放量，固废碳化砖技术具有广阔应用前景。近年来出现的活性MgO碳化固化技术受到越来越高的重视，与目前硅酸盐砖和混凝土空心砌块相比，具有资源消耗少、 CO2排放少、碳化周期短等优势，并且与相同条件下MgO固化土和水泥固化土相比，MgO 碳化固化土还具有强度高、水稳性、抗冻融循环能力和耐硫酸盐侵蚀能力高等优势。如果利用固体废料和MgO固碳技术生产出一种性能优良的建筑砖，则不仅能有效缓解生产烧结砖和水泥砖所引起的资源消耗和环境问题，还能为固体废物和CO2的回收利用提供广阔的应用前景。但是MgO碳化砌块的碳化养护通常需要较高的CO2压力，在较低的气压下，很难实现 CO2气体向内部的运移或碳化养护周期较长，如何实现在较低气压下实现CO2碳化并快速实现砖体的碳化养护是一个亟待解决的问题。为此，本发明公开了一种操作简便、低碳可持续的使用固体废料和干冰制作碳化免烧砖的方法，高效促进了固体废料和CO2的资源化再利用。
发明内容
针对上述背景技术存在的不足，本发明旨在提出一种经济高效、精准利用CO2、低碳可持续的使用干冰制作碳化免烧砖的方法，以解决现有制砖技术中养护周期长、强度低、耐久性差、易有二次环境污染等缺陷，同时实现了建筑固废、工业固废、风积沙和温室气体在建材砖体制作中的资源化再利用。
为了实现上述目的，本发明公开了一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法，其特征在于，所述方法包括S1原料处理、S2物料拌和、S3干冰掺拌、S4压实碳化和S5砖体脱模五个步骤，具体为：
S1：原料处理
S1-1.原料烘干：将固体废料通过进料口倒入预处理仓里烘箱中，所述固体废料是建筑固废、工业固废或沙漠风积沙，所述建筑垃圾为废弃砂浆、混凝土碎块、碎砖石和工程渣土，所述工业固废是低品位、低活性的未能被再利用的矿渣、钢渣、炉渣和煤矸石，所述烘箱的烘干温度为60～105℃，烘干时间为1～3小时，
S1-2.破碎过筛：将烘干后的固体废料经滤网A流至破碎机中，调节破碎机的破碎粒径档至目标粒径，破碎后的固体废料经滤网B筛分形成目标粒料，目标粒料储存在出料罐中，所述滤网A的滤孔孔径为1～10cm，所述滤网B的滤孔孔径为1～5mm，
S1-3.原料装填：根据模具的容积，通过控制器A调节计量阀A的流量和流出时间；在模具的内部涂刷薄层润滑油，打开计量阀A，使目标粒料流入到模具中，目标粒料的体积是模具容积的50％；
S2：物料拌和
S2-1.模具传送：启动传送带的传送和振动模式，使装有目标粒料的模具通过感应门B 移至搅拌仓中的预定位置，关闭传送带的传送模式并继续维持振动模式；
S2-2.干料搅拌：通过储料口向储料罐中添加碱性物料，根据模具中目标粒料的量和预设的碱性物料含量，确定需添加的碱性物料的量；通过控制器B调节计量阀C的流量和流出时间，使碱性物料从储料罐中流出，并通过计量阀C和出料管A流至模具中；然后开启旋转搅拌器A并调整为摆动旋转式搅拌，将碱性物料与目标粒料进行均匀混合，形成混合干料，旋转搅拌器A的搅拌时间为2～3min；
S2-3.洒水均混：通过注水口向水箱中添加水，根据模具中目标粒料的量和预设的水含量，确定需添加水的量；通过控制器B调节计量阀B的流量和流出时间，使水从水箱流出并通过计量阀B和旋转喷头流入至模具中；边向混合干料上洒水边进行搅拌，旋转搅拌器A继续搅拌2～3min，形成均混物A，旋转搅拌器A上带有自动刷，旋转搅拌器A的搅拌时间为2～3min，完成搅拌搅拌后，自动刷清理旋转搅拌器上的粘附料；
S3：干冰掺拌
S3-1.均混物A传送：启动传送带的传送模式，使装有均混物A的模具依次通过感应门 A和感应门D传送至低温仓中的预定位置，关闭传送带的传送模式并继续维持振动模式；通过控制器C打开制冷装置，使低温仓内温度下降至预定温度-30～-50℃，
S3-2.干冰造粒：开启干冰造粒机，并调节干冰颗粒的粒径和形状，进行干冰造粒；
S3-3.干冰均混：开启计量阀D，根据均混物A的量确定所需干冰的量，通过控制器C调节计量阀D的流量和流出时间，使干冰颗粒从干冰罐中流出并通过计量阀D和出料管B进入模具中；开启旋转搅拌器B，将干冰颗粒与均混物A进行均匀搅拌，形成均混物B，旋转搅拌器B的搅拌方式为摆动式旋转搅拌，搅拌时间为1～2min，然后在模具内的均混物B的上表面覆膜；
S4：压实碳化
S4-1.均混物B传送：启动传送带的传送模式，使装有均混物B的模具依次通过感应门 C和感应门F移至压力仓中的预定位置，关闭传送带的传送模式并继续维持振动模式；
S4-2.压实整平：通过控制器D调节压实机，使压实机通过表面覆膜匀速压实均混物B 至目标压实度；然后升起压实机使其脱离模具中的均混物B，关闭传送带的振动模式，所述压实机的压头形状及尺寸与模具的内截面形状及尺寸相同；
S4-3.环境调节：开启加热器、增压器和增湿器，调节压力仓内的温度、压力和湿度，使温度上升至40～60℃，压力上升至20～100kPa，湿度升至40～60％；
S4-4.碳化成砖：带模具的均混物B在设定环境下养护，使均混物B中的干冰颗粒升华为CO2气体，并与碱性物料发生快速碳化反应，将模具中的目标粒料胶结加固，制成CO2碳化免烧砖，所述养护的时间为1～3h；
S5.砖体脱模：启动传送带的传送模式，使带模具的碳化免烧砖通过感应门E移至压力仓外，然后将模具外侧的扳手旋转至水平方向并向外拉伸，带动金属柱从底盘中拉出，撤出弹簧B的约束，使底盘向上顶推，以顶出碳化免烧砖。
作为本发明的一种改进，所述计量阀A的流量、计量阀B的流量和计量阀C的流量可以是体积流量或质量流量；所述目标粒料的量是目标粒料的体积或质量，所述碱性物料的量是碱性物料的体积或质量，所述水的量是水的体积或质量；所述碱性物料是氧化镁或氧化镁和氧化钙的混合物，氧化钙与氧化镁的质量比不超过30％，所述碱性物料含量是目标粒料质量的15％～30％，所述水含量是目标粒料质量的10％～25％。
作为本发明的另一种改进，所述传送带的中央设置有条状金属，所述模具是长方体、正方体或圆柱体，模具的内边长、内高度或内径的最大尺寸不超过50cm，模具是金属材质或硬质塑料，模具底部还镶嵌有磁铁；所述模具外层的扳手在竖直方向时，磁铁的磁性开启，将模具固定在传送带上；所述模具外侧扳手旋转至水平方向时，磁铁的磁性关闭，使模具与传送带分离。
作为本发明的另一种改进，所述感应门B、感应门A、感应门D、感应门C、感应门F 和感应门E中设置有光敏传感器和定时器，并且均能自动密封和开启，感应门B、感应门D 和感应门F是通过模具移动的光感应实现自动开启，感应门A、感应门C和感应门E是通过设置的定时器实现自动开启。
作为本发明的另一种改进，所述干冰是固态二氧化碳，所述干冰的形状为棒状、球状或不规则形状，干冰颗粒的最大粒径不超过8mm，干冰的质量是碱性物料质量的0.8～1.1倍。
作为本发明的另一种改进，所述搅拌仓中的预定位置是旋转搅拌器A的正下方，所述低温仓中的预定位置是旋转搅拌器B的正下方，所述压力仓中的预定位置是压实机的正下方。
作为本发明的另一种改进，所述目标压实度是根据免烧砖体的密度获取，所述增压器是通过二氧化碳气体或空气增压。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)连贯性好、自动化程度高：本发明特设预处理仓、搅拌仓、低温仓、压力仓、监控器、模具和传送带，设备操作简单且整体性好；通过传送带实现了原料处理、物料拌和、干冰掺拌、压实碳化和砖体脱模等五个步骤的顺次衔接；通过各感应门的光感或定时实现了模具从一个仓到另一个仓的自动传送，实现各仓的自动密封。
2)材料低碳环保：砖体的原材料是建筑固废、工业固废或风积沙，胶结材料是活性氧化镁，活性MgO煅烧温度低，易吸收CO2，促进废弃物的再利用，整个过程无二次污染，具有显著的低碳环保效能。
3)碳利用率高：将CO2气体先转化成干冰，按照单个砖体碳化反应所需的CO2量添加干冰；在低温仓内将干冰以细粒状形式混合在固废料与MgO的混合物中，经压实后密封，实现了CO2精细化利用，避免了碳化养护室中的CO2逸漏。
4)混合料均匀：混合料所有组分的量均通过计量阀实现精准控制，均采用旋转搅拌器进行搅拌，在旋转搅拌器A上设置有自动刷，减小了混合料的粘附；旋转搅拌器B在低温冷冻环境下工作，混合料为固态，也避免了混合料粘附。
5)砖体脱模自动方便：模具底部设置有可开启的磁铁，在传送、振动、搅拌过程中，避免了模具的偏移；模具内底设置有弹簧，实现了砖体从模具的自动顶出。
6)处理效率高、成本低廉：各步骤间有序衔接，从加入固废原料到最后制砖脱模，整个过程仅需数个小时、成本较低；低温仓和压力仓满足了砖体快速降温和升温的需要，养护过程中模具上覆膜，促进了砖体内CO2干冰的高效吸收和碳化反应的精准控制。
附图说明
为更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要的附图作简单介绍，显而易见地，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法的流程图；
图2为一种使用干冰制作碳化免烧砖的生产系统的整体结构示意图；
图3为一种使用干冰制作碳化免烧砖的生产系统的预处理仓结构示意图；
图4为一种使用干冰制作碳化免烧砖的生产系统的搅拌仓结构示意图；
图5为一种使用干冰制作碳化免烧砖的生产系统的低温仓结构示意图；
图6为一种使用干冰制作碳化免烧砖的生产系统的压力仓结构示意图；
图7为一种使用干冰制作碳化免烧砖的生产系统的模具结构示意图；
图8为一种使用干冰制作碳化免烧砖的生产系统的伸缩卡扣结构示意图；
图中：1、预处理仓，101、进料口，102、烘箱，103、电热丝，104、滤网A，105、破碎机，106、滤网B，107、出料罐，108、计量阀A，109、控制器A，2、搅拌仓，201、控制器B，202、旋转搅拌器A，203、注水口，204、水箱，205、计量阀B，206、旋转喷头， 207、感应门A，208、储料罐，209、储料口，210、计量阀C，211、出料管A，212、感应门B，213、均混物A，3、低温仓，301、控制器C，302、制冷装置，303、温度传感器A， 304、水分传感器A，305、旋转搅拌器B，306、感应门C，307、造粒机，308、干冰罐，309、计量阀D，310、出料管B，311、感应门D，312、均混物B，4、压力仓，401、高压气罐， 402、出气阀，403、出气管，404、调压阀，405、气压表，406、控制器D，407、增压器， 408、增湿器，409、压实机，410、弹簧A，411、压杆，412、金属压头，413、感应门E， 414、感应门F，415、加热器，416、水分传感器B，417、温度传感器B，418、碳化免烧砖，5、监控器，6、模具，601、弹簧B，602、底盘，603、金属框架，604、伸缩卡扣，6041、金属柱，6042、弹簧C，6043、扳手，7、传送带。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白理解，下面结合图示，对本发明进行进一步阐述。
如图1-8所示，本发明公开了一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法，其特征在于，所述方法包括S1原料处理、S2物料拌和、S3干冰掺拌、S4压实碳化和S5砖体脱模五个步骤，具体为：
S1：原料处理
S1-1.原料烘干：将固体废料通过进料口101倒入预处理仓1里的烘箱102中，所述固体废料是建筑固废、工业固废或沙漠风积沙，所述建筑固废为废弃砂浆、混凝土碎块、碎砖石和工程渣土，所述工业固废是低品位、低活性的未能被再利用的矿渣、钢渣、炉渣和煤矸石，所述烘箱102的烘干温度为60～105℃，烘干时间为1～3小时，
S1-2.破碎过筛：将烘干后的固体废料经滤网A104流至破碎机105中，调节破碎机105 的破碎粒径档至目标粒径，破碎后的固体废料经滤网B106筛分形成目标粒料，目标粒料储存在出料罐107中，所述滤网A104的滤孔孔径为1～10cm，所述滤网B106的滤孔孔径为1～5mm，
S1-3.原料装填：根据模具6的容积，通过控制器A109调节计量阀A108的流量和流出时间；在模具6的内部涂刷薄层润滑油，打开计量阀A108，使目标粒料流入到模具6中，目标粒料的体积是模具6容积的50％；
S2：物料拌和
S2-1.模具6传送：启动传送带7的传送和振动模式，使装有目标粒料的模具6通过感应门B212移至搅拌仓2中的预定位置，关闭传送带7的传送模式并继续维持振动模式；
S2-2.干料搅拌：通过储料口209向储料罐208中添加碱性物料，根据模具6中目标粒料的量和预设的碱性物料含量，确定需添加的碱性物料的量；通过控制器B201调节计量阀C210 的流量和流出时间，使碱性物料从储料罐208中流出，并通过计量阀C210和出料管A211流至模具中；然后开启旋转搅拌器A202并调整为摆动旋转式搅拌，将碱性物料与目标粒料进行均匀混合，形成混合干料，旋转搅拌器A202的搅拌时间为2～3min；
S2-3.洒水均混：通过注水口203向水箱204中添加水，根据模具6中目标粒料的量和预设的水含量，确定需添加水的量；通过控制器B201调节计量阀B205的流量和流出时间，使水从水箱204流出并通过计量阀B205和旋转喷头206流入至模具6中；边向混合干料上洒水边进行搅拌，旋转搅拌器A202继续搅拌2～3min，形成均混物A213，旋转搅拌器A202上带有自动刷，旋转搅拌器A202的搅拌时间为2～3min，完成搅拌搅拌后，自动刷清理旋转搅拌器A202上的粘附料；
S3：干冰掺拌
S3-1.均混物A213传送：启动传送带7的传送模式，使装有均混物A213的模具6依次通过感应门A207和感应门D311传送至低温仓3中的预定位置，关闭传送带7的传送模式并继续维持振动模式；通过控制器C301打开制冷装置302，使低温仓3内温度下降至预定温度 -30～-50℃，
S3-2.干冰造粒：开启干冰造粒机307，并调节干冰颗粒的粒径和形状，进行干冰造粒；
S3-3.干冰均混：开启计量阀D309，根据均混物A213的量确定所需干冰的量，通过控制器C301调节计量阀D309的流量和流出时间，使干冰颗粒从干冰罐308中流出并通过计量阀D309和出料管B310进入模具6中；开启旋转搅拌器B305，将干冰颗粒与均混物A213进行均匀搅拌，形成均混物B312，旋转搅拌器B305的搅拌方式为摆动式旋转搅拌，搅拌时间为1～2min，然后在模具6内的均混物B312的上表面覆膜；
S4：压实碳化
S4-1.均混物B传送：启动传送带7的传送模式，使装有均混物B312的模具6依次通过感应门C306和感应门F414移至压力仓4中的预定位置，关闭传送带7的传送模式并继续维持振动模式；
S4-2.压实整平：通过控制器D406调节压实机409，使压实机409通过表面覆膜匀速压实均混物B312至目标压实度；然后升起压实机409使其脱离模具6中的均混物B312，关闭传送带7的振动模式，所述压实机409的压头形状及尺寸与模具6的内截面形状及尺寸相同；
S4-3.环境调节：开启加热器415、增压器407和增湿器408，调节压力仓4内的温度、压力和湿度，使温度上升至40～60℃，压力上升至20～100kPa，湿度升至40～60％；
S4-4.碳化成砖：带模具6的均混物B312在设定环境下养护，使均混物B312中的干冰颗粒升华为CO2气体，并与碱性物料发生快速碳化反应，将模具6中的目标粒料胶结加固，制成CO2碳化免烧砖418，所述养护的时间为1～3h；
S5.砖体脱模：启动传送带7的传送模式，使带模具6的碳化免烧砖418通过感应门E413 移至压力仓4外，然后将模具6外侧的扳手6043旋转至水平方向并向外拉伸，带动金属柱 6041从底盘602中拉出，撤出弹簧B601的约束，使底盘向上顶推，以顶出碳化免烧砖418。
优选地，所述计量阀A108的流量、计量阀B205的流量和计量阀C210的流量可以是体积流量或质量流量；所述目标粒料的量是目标粒料的体积或质量，所述碱性物料的量是碱性物料的体积或质量，所述水的量是水的体积或质量；所述碱性物料是氧化镁或氧化镁和氧化钙的混合物，氧化钙与氧化镁的质量比不超过30％，所述碱性物料含量是目标粒料质量的 15％～30％，所述水含量是目标粒料质量的10％～25％。
优选地，所述传送带7的中央设置有条状金属，所述模具6是长方体、正方体或圆柱体，模具6的内边长、内高度或内径的最大尺寸不超过50cm，模具6是金属材质或硬质塑料，模具6底部还镶嵌有磁铁；所述模具6外层的扳手6043在竖直方向时，磁铁的磁性开启，将模具6固定在传送带7上；所述模具6外侧扳手6043旋转至水平方向时，磁铁的磁性关闭，使模具6与传送带7分离。
优选地，所述感应门B212、感应门A207、感应门D311、感应门C306、感应门F414和感应门E413中设置有光敏传感器和定时器，并且均能自动密封和开启，感应门B212、感应门D311和感应门F414是通过模具6移动的光感应实现自动开启，感应门A207、感应门C306 和感应门E413是通过设置的定时器实现自动开启。
优选地，所述干冰是固态二氧化碳，所述干冰的形状为棒状、球状或不规则形状，干冰颗粒的最大粒径不超过8mm，干冰的质量是碱性物料质量的0.8～1.1倍。
优选地，所述搅拌仓2中的预定位置是旋转搅拌器A202的正下方，所述低温仓3中的预定位置是旋转搅拌器B305的正下方，所述压力仓4中的预定位置是压实机409的正下方。
进一步优选地，所述目标压实度是根据免烧砖体的密度获取，所述增压器407是通过二氧化碳气体或空气增压。
为清晰理解本发明，现结合附图2～8将制砖所用的生产系统作以介绍，碳化免烧砖所用生产系统包括预处理仓1、搅拌仓2、低温仓3、压力仓4、监控器5、模具6和传送带7，
所述预处理仓1由烘箱102、滤网A104、破碎机105、滤网B106和出料罐107组成，所述烘箱102的上方设有进料口101，烘箱102内部固设有电热丝103，烘箱102的下方从上至下依次设有滤网A104、破碎机105、滤网B106及出料罐107，所述出料罐107的底部设有计量阀A108，且所述计量阀A108通过导线与控制器A109相连接，
所述搅拌仓2由旋转搅拌器A202、储料罐208、水箱204、感应门A207和感应门B212组成，所述旋转搅拌器A202固设于搅拌仓2的内顶面，所述储料罐208固设于搅拌仓2的左侧内壁，且储料罐208的左侧和底部分别设有储料口209和出料管A211，所述出料管A211 与储料罐208的连接处设有计量阀C210；所述水箱204固设于搅拌仓2的右侧内壁，且水箱 204的右侧和底部分别设有注水口203和旋转喷头206，所述旋转喷头206和水箱204的连接处有计量阀B205；所述感应门A207和感应门B212分别设于搅拌仓2的右侧底部和左侧底部；所述旋转搅拌器A202、计量阀C210和计量阀B205均通过导线连接至控制器B201上，
所述低温仓3由制冷装置302、干冰罐308、旋转搅拌器B305、温度传感器A303、水分传感器A304、感应门C306和感应门D311组成，所述制冷装置302固设于低温仓3的内顶面，所述干冰罐308固设于低温仓3的左侧内壁，且干冰罐308内部设有造粒机307，其底部设有出料管B310，所述出料管B310与干冰罐308的连接处有计量阀D309；所述旋转搅拌器B305、温度传感器A303和水分传感器A304均固设在低温仓3的右侧内壁；所述感应门 C306和感应门D311分别设于低温仓3的右侧底部和左侧底部；所述制冷装置302、旋转搅拌器B305及计量阀D309均通过导线连接至控制器C301上，所述温度传感器A303、水分传感器A304通过导线连接至监控器5上，
所述压力仓4由高压气罐401、增压器407、增湿器408、压实机409、加热器415、水分传感器B416、温度传感器B417、感应门E413和感应门F414组成；所述高压气罐401置于压力仓4的外部，且高压气罐401右侧连接有出气管403，出气管403上从左至右依次设有出气阀402、调压阀404和气压表405；所述增压器407固设于压力仓4的内顶面，且与出气管403相连接；所述增湿器408固设于压力仓4右侧内壁；所述压实机409固设于压力仓 4的内顶面，且压实机409的内部置有弹簧A410，弹簧A410的一端与压实机409内顶面相连接，另一端连接有压杆411，所述压杆411的底部固设有金属压头412；所述加热器415固设于压力仓4的两侧内壁；所述加热器415和水分传感器B416固设于压力仓4的左侧内壁；所述感应门E413和感应门F414分别设于压力仓4的右侧底部和左侧底部；所述增压器407、增湿器408、压实机409和加热器415均通过导线连接至控制器D406上，所述水分传感器 B416、温度传感器B417均通过导线与监控器5相连接，
所述模具6由弹簧B601、底盘602、金属框架603和伸缩卡扣604组成；所述弹簧B601固设于金属框架603的内底面，所述底盘602置于弹簧B601的正上方，所述伸缩卡扣604 置于底盘602和金属框架603之间；所述模具6置于传送带7上。
下面将结合附图和具体实施例，对本发明进行较为详细的说明。
实施例
S1.原料处理：将建筑垃圾的混凝土碎块通过进料口101倒入烘箱102中，混凝土碎块先在105℃的烘箱中烘干1小时，然后过5cm的滤网A104进入破碎机105中，将较大粒径的建筑垃圾破碎成粒径2～5mm的目标粒料，并通过滤网B106的筛分后储存于出料罐107中；假设模具6为正方体，其边长为20cm，在模具6的内壁涂抹润滑油，通过控制器A109设定计量阀A108的流量为100cm3/s，流出时间为40s；通过控制器A109开启计量阀A108，将目标粒料倒入模具6中。
S2.物料拌和：启动传送带7的传送和振动模式，使装有目标粒料的模具6经感应门B212 进入搅拌仓2中的预定位置，即在旋转搅拌器A202的正下方；假设目标粒料的密度为2.0g/cm3，碱性物料占目标物料的含量为30％，所用碱性物料为氧化镁和氧化钙的混合物，氧化镁占目标物料的25％，氧化钙占目标物料的5％，将氧化镁和氧化钙按照5∶1混合；使用控制器B201设定计量阀B205的流量为80g/s，流出时间为30s，开启计量阀B205，使碱性物料流入到模具6中；然后开启旋转搅拌器A202并调整为摆动旋转式搅拌，将碱性物料与目标粒料进行均匀搅拌，搅拌时间为2min，形成混合干料；假设所用水的含量占目标物料的 20％，通过控制器B201调节计量阀B205的流量为40g/s，流出时间40s；打开计量阀B205，边向混合干料上洒水边进行搅拌，旋转搅拌器A202继续搅拌2min，形成均混物A213，搅拌完成后，旋转搅拌器A202停止搅拌，并在提升过程中，用自动刷清理粘附料。
S3.干冰掺拌：启动传送带7的传送模式，使装有均混物A213的模具6依次通过感应门 A207和感应门D311传送至低温仓3中的预定位置，关闭传送带7的传送模式并继续维持振动模式；通过控制器C301打开制冷装置302，使仓内温度下降至预定温度-50℃；开启干冰造粒机307，制出粒径为5mm的干冰球状颗粒；按照发明人前期研究，碳化所需要的二氧化碳的质量是氧化镁质量的0.88～1.1倍，故假设本砖体所需要的干冰质量等于碱性物料的质量，即干冰质量为2400g；然后通过控制器C301调节计量阀D309的流量为80g/s，流出时间为30s，开启计量阀D309，使干冰颗粒从干冰罐308中流出并通过计量阀D309和出料管B310 进入模具中；开启旋转搅拌器B305，将干冰颗粒与均混物A213进行摆动式旋转搅拌，搅拌时间为1min，形成均混物B312，然后在模具6内的均混物B312的上表面覆膜。
S4.压实碳化：启动传送带7的传送模式，使装有均混物B312的模具6依次通过感应门C306和感应门F414移至压力仓4中的预定位置，即压实机409的正下方，关闭传送带7的传送模式并继续维持振动模式；通过控制器D406调节压实机409，使压实机409通过表面覆膜匀速压实均混物B312至目标压实度，假设目标密度为2.0g/cm3，计算得出压实机409底面的下压位置应距离模具6顶部2cm(即试样砖的厚度为18cm)；然后升起压实机409使其脱离模具6中的均混物B312，关闭传送带7的振动模式，所述压实机409的压头形状及尺寸与模具6的内截面形状及尺寸相同；开启加热器415、增压器407和增湿器408，调节压力仓4 内的温度、压力和湿度，使温度上升至60℃，压力上升至100kPa，湿度升至60％；带模具6 的均混物B312在设定环境下养护，使均混物B312中的干冰颗粒升华为CO2气体，并与碱性物料发生快速碳化反应，将模具6中的目标粒料胶结加固，制成CO2碳化免烧砖418，所述养护的时间为2h。
S5.砖体脱模：启动传送带7的传送模式，使带模具6的碳化免烧砖418通过感应门E413 移至压力仓4外，然后将模具6外侧的扳手6043旋转至水平方向并向外拉伸，带动金属柱 6041从底盘602中拉出，撤出弹簧B601的约束，使底盘向上顶推，以顶出碳化免烧砖418，经测定碳化免烧砖的强度为16.5MPa。
本发明制砖的技术原理主要是：通过设定碱性物料氧化镁和氧化钙比例、碱性物料占目标物料的比例、所加水占碱性物料的比例、所需干冰占碱性物料的比例，并根据模具的体积，计算相应的目标物料的质量、碱性物料各组分质量、水的质量、干冰的质量；然后调节相应的计量阀流量和流出时间；接着，根据目标压实度确定压实机409的下压位置；最后，根据干冰粒径的大小确定降温值和升温值，干冰粒径越小，降温越低，以减缓干冰的升华；升温越高，所需的压力越高、养护时间越短，因为干冰升华快，碳化反应越快，应增大压力以避免二氧化碳气体外漏。
上述具体实施例仅以说明和解释技术方案而不是对本方面的限制，本领域的普通技术员是应当理解的，也可以对本发明的技术方案进行修改或同等替换；在不脱离本发明技术方案的精神实质和范围的条件下，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法，其特征在于，所述方法包括S1原料处理、S2物料拌和、S3干冰掺拌、S4压实碳化和S5砖体脱模五个步骤，具体为：
S1：原料处理
S1-1.原料烘干：将固体废料通过进料口倒入预处理仓里烘箱中，所述固体废料是建筑固废、工业固废或沙漠风积沙，所述建筑垃圾为废弃砂浆、混凝土碎块、碎砖石和工程渣土，所述工业固废是低品位、低活性的未能被再利用的矿渣、钢渣、炉渣和煤矸石，所述烘箱的烘干温度为60～105℃，烘干时间为1～3小时，
S1-2.破碎过筛：将烘干后的固体废料经滤网A流至破碎机中，调节破碎机的破碎粒径档至目标粒径，破碎后的固体废料经滤网B筛分形成目标粒料，目标粒料储存在出料罐中，所述滤网A的滤孔孔径为1～10cm，所述滤网B的滤孔孔径为1～5mm，
S1-3.原料装填：根据模具的容积，通过控制器A调节计量阀A的流量和流出时间；在模具的内部涂刷薄层润滑油，打开计量阀A，使目标粒料流入到模具中，目标粒料的体积是模具容积的50％；
S2：物料拌和
S2-1.模具传送：启动传送带的传送和振动模式，使装有目标粒料的模具通过感应门B移至搅拌仓中的预定位置，关闭传送带的传送模式并继续维持振动模式；
S2-2.干料搅拌：通过储料口向储料罐中添加碱性物料，根据模具中目标粒料的量和预设的碱性物料含量，确定需添加的碱性物料的量；通过控制器B调节计量阀C的流量和流出时间，使碱性物料从储料罐中流出，并通过计量阀C和出料管A流至模具中；然后开启旋转搅拌器A并调整为摆动旋转式搅拌，将碱性物料与目标粒料进行均匀混合，形成混合干料，旋转搅拌器A上带有自动刷，旋转搅拌器A的搅拌时间为2～3min，完成搅拌搅拌后，自动刷清理旋转搅拌器上的粘附料；
S2-3.洒水均混：通过注水口向水箱中添加水，根据模具中目标粒料的量和预设的水含量，确定需添加水的量；通过控制器B调节计量阀B的流量和流出时间，使水从水箱流出并通过计量阀B和旋转喷头流入至模具中；边向混合干料上洒水边进行搅拌，旋转搅拌器A继续搅拌2～3min，形成均混物A；
S3：干冰掺拌
S3-1.均混物A传送：启动传送带的传送模式，使装有均混物A的模具依次通过感应门A和感应门D传送至低温仓中的预定位置，关闭传送带的传送模式并继续维持振动模式；通过控制器C打开制冷装置，使低温仓内温度下降至预定温度-30～-50℃，
S3-2.干冰造粒：开启干冰造粒机，并调节干冰颗粒的粒径和形状，进行干冰造粒；
S3-3.干冰均混：开启计量阀D，根据均混物A的量确定所需干冰的量，通过控制器C调节计量阀D的流量和流出时间，使干冰颗粒从干冰罐中流出并通过计量阀D和出料管B进入模具中；开启旋转搅拌器B，将干冰颗粒与均混物A进行均匀搅拌，形成均混物B，旋转搅拌器B的搅拌方式为摆动式旋转搅拌，搅拌时间为1～2min，然后在模具内的均混物B的上表面覆膜；
S4：压实碳化
S4-1.均混物B传送：启动传送带的传送模式，使装有均混物B的模具依次通过感应门C和感应门F移至压力仓中的预定位置，关闭传送带的传送模式并继续维持振动模式；
S4-2.压实整平：通过控制器D调节压实机，使压实机通过表面覆膜匀速压实均混物B至目标压实度；然后升起压实机使其脱离模具中的均混物B，关闭传送带的振动模式，所述压实机的压头形状及尺寸与模具的内截面形状及尺寸相同；
S4-3.环境调节：开启加热器、增压器和增湿器，调节压力仓内的温度、压力和湿度，使温度上升至40～60℃，压力上升至20～100kPa，湿度升至40～60％；
S4-4.碳化成砖：带模具的均混物B在设定环境下养护，使均混物B中的干冰颗粒升华为CO2气体，并与碱性物料发生快速碳化反应，将模具中的目标粒料胶结加固，制成CO2碳化免烧砖，所述养护的时间为1～3h；
S5.砖体脱模：启动传送带的传送模式，使带模具的碳化免烧砖通过感应门E移至压力仓外，然后将模具外侧的扳手旋转至水平方向并向外拉伸，带动金属柱从底盘中拉出，撤出弹簧B的约束，使底盘向上顶推，以顶出碳化免烧砖。
2.根据权利要求1所述的一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法，其特征在于，所述计量阀A的流量、计量阀B的流量和计量阀C的流量可以是体积流量或质量流量；所述目标粒料的量是目标粒料的体积或质量，所述碱性物料的量是碱性物料的体积或质量，所述水的量是水的体积或质量；所述碱性物料是氧化镁或氧化镁和氧化钙的混合物，氧化钙与氧化镁的质量比不超过30％，所述碱性物料含量是目标粒料质量的15％～30％，所述水含量是目标粒料质量的10％～25％。
3.根据权利要求1所述的一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法，其特征在于，所述传送带的中央设置有条状金属，所述模具是长方体、正方体或圆柱体，模具的内边长、内高度或内径的最大尺寸不超过50cm，模具是金属材质或硬质塑料，模具底部还镶嵌有磁铁；所述模具外层的扳手在竖直方向时，磁铁的磁性开启，将模具固定在传送带上；所述模具外侧扳手旋转至水平方向时，磁铁的磁性关闭，使模具与传送带分离。
4.根据权利要求1所述的一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法，其特征在于，所述感应门B、感应门A、感应门D、感应门C、感应门F和感应门E中设置有光敏传感器和定时器，并且均能自动密封和开启，感应门B、感应门D和感应门F是通过模具移动的光感应实现自动开启，感应门A、感应门C和感应门E是通过设置的定时器实现自动开启。
5.根据权利要求1所述的一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法，其特征在于，所述干冰是固态二氧化碳，所述干冰的形状为棒状、球状或不规则形状，干冰颗粒的最大粒径不超过8mm，干冰质量是碱性物料质量的0.8～1.1倍。
6.根据权利要求1所述的一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法，其特征在于，所述搅拌仓中的预定位置是旋转搅拌器A的正下方，所述低温仓中的预定位置是旋转搅拌器B的正下方，所述压力仓中的预定位置是压实机的正下方。
7.根据权利要求1所述的一种使用干冰制作碳化免烧砖的方法，其特征在于，所述目标压实度是根据免烧砖体的密度获取，所述增压器是通过二氧化碳气体或空气增压。
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