CN114804668A - 一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，包括以下步骤：将钢渣加入助磨剂粉碎后进行磁分离，以回收钢铁；向处理后的钢渣中加入活化剂进行活化，得到活化钢渣；向活化钢渣中加入炉渣搅拌均匀，再向其中加入掩蔽剂得到混合液；将混合液过滤风干得到活化固碳材料；将活化固碳材料在造粒反应容器中进行造粒和碳化得到再生骨料。本发明对转炉炼钢渣和炉渣中的碱土金属和其他离子进行了浸出和净化，以得到高附加值的碳化产品，实现二氧化碳有效固化，避免开采砂石骨料对环境的破坏性，并能够减少化石燃料在发电厂、水泥厂或钢铁制造厂等的温室气体排放。
Description
技术领域
本发明属于环保材料技术领域，具体涉及一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法。
背景技术
在能源消费中占据重大比重，同时又具有高碳排放量的工业领域成为节能减排的重点领域，钢铁生产制造过程中的典型特征是产生大量固体残留物，这些钢渣中含有丰富的硅酸盐矿物，可与CO2反应形成稳定的碳酸盐矿物，是一种封存CO2和制备建筑材料的优秀原料。
由于钢渣材料特性的可变性、缺乏关于工业副产品的适当管理和利用，导致生产有价值的二次产品的低成本技术稀缺。为了用于施工，再生骨料应具有特定的粒度分布、较低的游离氧化钙含量(最好低于4％)和足够的机械强度。然而，由于炼钢炉渣中含有游离CaO，可能导致炉渣体积不稳定，以及可浸出氟和重金属对环境的潜在污染，限制了其用途。因此，钢渣的技术性能(特别是粒度和机械强度)和环境性能(金属和类金属的浸出以及pH值)的显著改善是实现其作为土木工程应用骨料的进一步价值化的关键。
造粒是最常用的粒度放大技术之一。在造粒过程中，通常添加石灰或水泥等粘合剂以及化学添加剂(如高效减水剂)，以改善最终产品的机械特性。但是，这些粘合剂，尤其是水泥，煅烧过程中需要高温，耗费大量能源，成本较高，同时排放大量二氧化碳，因此，从环境和经济角度来看，传统水泥造粒仍存在一定问题。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提出了一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，以钢渣为主要原料，经过活化处理，与炉渣混合造粒以生产再生骨料并以固体和稳定形式储存CO2，提高产品的机械性能，以生产高附加值的碳化产品。
为实现上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：
一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将接收到的钢渣加入助磨剂粉碎后进行磁分离，回收钢铁后得到处理后的钢渣；
(2)向经步骤(1)处理后的钢渣中加入活化剂进行活化，调节pH至10-12得到活化钢渣；向活化钢渣中加入炉渣搅拌均匀，再向其中加入掩蔽剂得到混合液；将混合液过滤风干得到活化固碳材料；
(3)将步骤(2)制备的活化固碳材料在造粒反应容器中进行造粒和碳化得到再生骨料。
优选的，步骤(1)中的助磨剂为三异丙醇胺或二乙单异丙醇胺中的一种。
优选的，步骤(1)中粉碎后的钢渣粒度为10-25μm。
优选的，步骤(1)中的钢渣磁分离采用上吸式分离磁辊。
优选的，步骤(2)中的活化剂为2mol/L的氢氧化钠溶液与工业用水玻璃以30-50：40-50的重量比制备的混合物，其中水玻璃中硅酸钠的重量百分比浓度为26％-36％。
优选的，步骤(2)中混合液中活化钢渣与炉渣的质量比为60-80：10-20。
优选的，步骤(2)中的掩蔽剂为三乙醇胺。
优选的，步骤(2)中，将风干活化固碳材料样品与自来水或碱性溶液以液固比0.1-0.15预混合，其中碱性溶液为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或两种。
优选的，步骤(3)中，造粒-碳化反应过程中，连续通入含有CO2体积百分比浓度≥3％的气体，反应时间为60-120min。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本发明利用钢渣的加速碳化可有效改善碱渣的环境特性，以及通过增加其密度提升其机械特性。
(2)本发明涉及的活化过程可有效去除杂质离子，如Al3+和Fe3+等。
(3)碳化作用涉及气态二氧化碳与矿物或碱渣中所含碱土金属或金属氧化物(Ca、Mg等)的反应，形成相应的碳酸盐相(CaCO3和MgCO3)，能够将反应后的二氧化碳以固体形式永久储存。
(4)本发明在二氧化碳捕获、利用和储存(CCUS)技术的框架内对这一过程进行开发，以减少化石燃料在发电厂、水泥厂或钢铁制造厂等点源的温室气体排放。
附图说明
图1是实施例1中活化固碳材料经过碳化得到的再生骨料的SEM图片。
图2是实施例1中活化固碳材料经过碳化得到的再生骨料的XRD检测图片。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请中涉及到的各材料均能够通过商业购买获得。
在本申请的以下具体实施例中，将钢渣粉碎后的粒度为10-25μm，不再进行一一说明，并且，本领域技术人员根据需要也可以粉碎成其它的粒度，并不影响本申请技术方案的实现。
在本申请的各实施例中，磁分离采用的是上吸式分离磁辊，在本申请的其它技术方案中，本领域技术人员根据需要可以选用现常规的磁分离方式，并不会影响本申请技术方案的实现。
在进行钢渣的粉碎过程中，对于助磨剂的用量并没有明确规定，本领域技术人员根据需要进行选择性的使用量即可，因此，在以下的具体实施例中并没有助磨剂的用量进行提及，并不表明本申请的技术方案不清楚，而且本领域技术人员均清楚的是，本申请的技术方案的重点并不是钢渣粉碎工序。
实施例1:
一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，包括以下步骤：将钢渣加入助磨剂三异丙醇胺粉碎后进行磁分离，回收钢铁后得到处理后钢渣；向处理后的60份钢渣中加入2mol/L的氢氧化钠溶液与工业用水玻璃以30：40的重量比制备的活化剂进行活化，水玻璃中硅酸钠的重量百分比浓度为30％，活化剂与钢渣的液固比保持0.2L/kg，调节pH至10得到活化钢渣；向活化钢渣中加入10份炉渣搅拌均匀，再向其中加入三乙醇胺得到混合液；将混合液过滤风干得到活化固碳材料；将活化固碳材料与水以水灰比为0.1混合后在造粒反应容器中进行造粒和碳化得到再生骨料，造粒-碳化反应过程中，连续通入含有CO2体积百分比浓度为3％的空气，碳化时间为60min。
实施例2：
一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，包括以下步骤：将接收到的钢渣加入助磨剂二乙单异丙醇胺粉碎后进行磁分离，回收钢铁后得到处理后钢渣；向处理后的60份钢渣中加入2mol/L的氢氧化钠溶液与工业用水玻璃以30：50的重量比制备的活化剂进行活化，水玻璃中硅酸钠的重量百分比浓度为30％，活化剂与钢渣的液固比保持0.5L/kg，调节pH至12得到活化钢渣；向活化钢渣中加入20份炉渣搅拌均匀，再向其中加入三乙醇胺得到混合液；将混合液过滤风干得到活化固碳材料；将活化固碳材料与水以水灰比为0.12混合后在造粒反应容器中进行造粒和碳化得到再生骨料，造粒-碳化反应过程中，连续通入含有CO2体积百分比浓度为5％的空气，碳化时间为90min。
实施例3：
一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，包括以下步骤：将接收到的钢渣加入质量比为1：1的三异丙醇胺或二乙单异丙醇胺为助磨剂粉碎后进行磁分离，回收钢铁后得到处理后钢渣；向处理后的80份钢渣中加入2mol/L的氢氧化钠溶液与工业用水玻璃以50：50的重量比制备的活化剂进行活化，水玻璃中硅酸钠的重量百分比浓度为33％，活化剂与钢渣的液固比保持0.3L/kg，调节pH至11得到活化钢渣；向活化钢渣中加入10份炉渣搅拌均匀，再向其中加入三乙醇胺得到混合液；将混合液过滤风干得到活化固碳材料；将活化固碳材料与水以水灰比为0.13混合后在造粒反应容器中进行造粒和碳化得到再生骨料，造粒-碳化反应过程中，连续通入含有CO2体积百分比浓度为10％的空气，碳化时间为120min。
实施例4：
一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，包括以下步骤：将接收到的钢渣加入助磨剂三异丙醇胺粉碎后进行磁分离，回收钢铁后得到处理后钢渣；向处理后的80份钢渣中加入2mol/L的氢氧化钠溶液与工业用水玻璃以50：40的重量比制备的活化剂进行活化，水玻璃中硅酸钠的重量百分比浓度为35％，活化剂与钢渣的液固比保持0.3L/kg，调节pH至10得到活化钢渣；向活化钢渣中加入20份炉渣搅拌均匀，再向其中加入三乙醇胺得到混合液；将混合液过滤风干得到活化固碳材料；将活化固碳材料与水以水灰比为0.14混合后在造粒反应容器中进行造粒和碳化得到再生骨料，造粒-碳化反应过程中，连续通入含有CO2体积百分比浓度为5％的空气，碳化时间为90min。
实施例5：
一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，包括以下步骤：将接收到的钢渣加入助磨剂三异丙醇胺粉碎后进行磁分离，回收钢铁后得到处理后钢渣；向处理后的80份钢渣中加入2mol/L的氢氧化钠溶液与工业用水玻璃以30：50的重量比制备的活化剂进行活化，水玻璃中硅酸钠的重量百分比浓度为35％，活化剂与钢渣的液固比保持0.4L/kg，调节pH至10.5得到活化钢渣；向活化钢渣中加入10份炉渣搅拌均匀，再向其中加入三乙醇胺得到混合液；将混合液过滤风干得到活化固碳材料；将活化固碳材料与水以水灰比为0.15混合后在造粒反应容器中进行造粒和碳化得到再生骨料，造粒-碳化反应过程中，连续通入含有CO2体积百分比浓度为5％的空气，碳化时间为120min。
实施例6：
一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，包括以下步骤：将接收到的钢渣加入助磨剂二乙单异丙醇胺粉碎后进行磁分离，回收钢铁后得到处理后钢渣；向处理后的60份钢渣中加入2mol/L的氢氧化钠溶液与工业用水玻璃以50：50的重量比制备的活化剂进行活化，水玻璃中硅酸钠的重量百分比浓度为30％，活化剂与钢渣的液固比保持0.3L/kg，调节pH至10.5得到活化钢渣；向活化钢渣中加入10份炉渣搅拌均匀，再向其中加入三乙醇胺得到混合液；将混合液过滤风干得到活化固碳材料；将活化固碳材料与氢氧化钠溶液以水灰比为0.12混合后在造粒反应容器中进行造粒和碳化得到再生骨料，造粒-碳化反应过程中，连续通入含有CO2体积百分比浓度为6％的空气，碳化时间为90min。
实施例7：
一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，包括以下步骤：将接收到的钢渣加入助磨剂二乙单异丙醇胺粉碎后进行磁分离，回收钢铁后得到处理后钢渣；向处理后的80份钢渣中加入2mol/L的氢氧化钠溶液与工业用水玻璃以40：50的重量比制备的活化剂进行活化，水玻璃中硅酸钠的重量百分比浓度为32％，活化剂与钢渣的液固比保持0.5L/kg，调节pH至11.5得到活化钢渣；向活化钢渣中加入10份炉渣搅拌均匀，再向其中加入三乙醇胺得到混合液；将混合液过滤风干得到活化固碳材料；将活化固碳材料与氢氧化钠和氢氧化钾混合液以水灰比为0.14混合后在造粒反应容器中进行造粒和碳化得到再生骨料，造粒-碳化反应过程中，连续通入含有CO2体积百分比浓度为6％的空气，碳化时间为120min。
对实施例1中活化固碳材料经过碳化得到的再生骨料进行SEM(如图1所示)和XRD(如图2所示)检测，检测结果均显示再生骨料主要成分为方解石结构的CaCO3，说明本发明制备的活化固碳材料具有良好的二氧化碳吸收固化能力。
对各实施例中活化固碳材料经过碳化得到的再生骨料进行压碎值指标检测(如表1)均参照JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法检测标准》。结果均符合标准，并表明碳化时间越长骨料强度越大。
表1压碎值指标检测表
以上所述，仅是本申请的实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (9)
1.一种用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将接收到的钢渣加入助磨剂粉碎后进行磁分离，回收钢铁后得到处理后的钢渣；
(2)向经步骤(1)处理后的钢渣中加入活化剂进行活化，调节pH至10-12得到活化钢渣；向活化钢渣中加入炉渣搅拌均匀，再向其中加入掩蔽剂得到混合液；将混合液过滤风干得到活化固碳材料；
(3)将步骤(2)制备的活化固碳材料在造粒反应容器中进行造粒和碳化得到再生骨料。
2.根据权利要求1所述的用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的助磨剂为三异丙醇胺或二乙单异丙醇胺中的一种。
3.根据权利要求1所述的用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中粉碎后的钢渣粒度为10-25μm。
4.根据权利要求1所述的用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的钢渣磁分离采用上吸式分离磁辊。
5.根据权利要求1所述的用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的活化剂为2mol/L的氢氧化钠溶液与工业用水玻璃以30-50：40-50的重量比制备的混合物，其中水玻璃中硅酸钠的重量百分比浓度为26％-36％。
6.根据权利要求1所述的用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中混合液中活化钢渣与炉渣的质量比为60-80：10-20。
7.根据权利要求1所述的用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的掩蔽剂为三乙醇胺。
8.根据权利要求1所述的用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将风干活化固碳材料样品与自来水或碱性溶液以液固比0.1-0.15预混合，其中碱性溶液为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的用于生产再生骨料的活化固碳材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，造粒-碳化反应过程中，连续通入含有CO2体积百分比浓度≥3％的气体，反应时间为60-120min。
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