CN115215571A - 一种商混固体废弃物固碳处置及再生利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种商混固体废弃物固碳处置及再生利用方法，将收集到的商混固体废弃物A置于破碎机中，经过破碎、筛分得到商混废弃微粉B；取商混废弃微粉B与水、氧化锆研磨球置于立式搅拌机中，研磨过程通入CO2，研磨结束得到固碳型商混废弃微粉浆料C，将固碳型商混废弃微粉浆料C储存在浆料罐中间歇性搅拌；待固碳型商混废弃微粉浆料C使用时掺入预拌混凝土中。本发明方法将碳矿化技术协同湿法研磨工艺，大幅度提升了商混废弃微粉浆料固碳效率，结合再生利用工艺，降低水泥用量，进而降低制备水泥所产生的碳排放。

Description

一种商混固体废弃物固碳处置及再生利用方法
技术领域
本发明属于固碳技术领域，具体涉及一种商混固体废弃物固碳处置及再生利用方法。
背景技术
随着全球经济的快速发展，化石能源的使用也随之增长。由此导致了温室气体排放量急剧上升。根据联合国政府间期气候变化专门委员会(IPCC)发布的紧急报告中，预计2030年至2052年全球升温达到1.5℃，而工业化之前全球升温约1.0℃。尽管2020年由于COVID-19造成了自1900年以来最大幅度的碳排放下降，但这用于缓解全球温度上涨所需碳排放降低量还远远不够。根据联合国环境规划署(UNEP)预估，为了实现将全球的温度增长降低到1.5℃以内，全世界未来十年的碳排放量需降低7.6％。为了应对全球变暖对世界环境带来的巨大影响，越来越多的国家和企业已承诺在2050年实现零排放。根据《中国建筑能耗研究报告(2020)》，2018年建筑行业全生命周期碳排放占全国碳排放总量的51％，生产建筑材料占建筑行业全生命周期碳排放的28％。当前，建筑行业的碳达峰是实现整体碳达峰的关键一环。二氧化碳矿化利用技术因能将自然界或工业过程中含钙、镁活性矿物转化为稳定的碳酸盐实现封存固定CO2成为了世界上最为热门的固碳技术之一。
据工信部相关文件显示，我国对于工业固废处理压力十分巨大，并指出需要对大宗工业固废实现工业固废资源化利用。资源短缺、环境污染问题已经成为了我国可持续发展的瓶颈制约。而实现固废资源化利用，不仅有利于缓解资源压力、降低碳排放，进而产生可观的社会、经济效益。并且对环境保护和资源的优化利用起到重要的推进作用。
目前，商混站固体废弃物的处置主要局限于填海造田、铺设路面等方式。这些方式只能在短期内留存商混站固体废弃物，不利于长久治理，并且易造成土地碱度过高，造成永久性污染。
公开号CN 101215114A.的中国发明专利申请公开了一种废弃混凝土生产再生骨料和再生水泥的方法，该方法将废弃混凝土先破碎处理，在750～800C条件下煅烧；将煅烧后的废弃混凝土块状物料，经机械加工后分离砂石材料与水泥浆；将分离得到砂石材料经筛分后得到石子和砂子，得到再生骨料；同时将分离得到的水泥浆与硅酸盐水泥。该发明在一定程度上实现再生利用废弃混凝土，但由于其高温煅烧，产生二次污染的问题依旧未解决，不便于推广。
公开号CN 107676132 B的中国发明专利申请公开了种老废弃矿井放置废弃混凝土及封存二氧化碳的方法，该方法向老废弃矿井煤层气抽采管内脉动注入饱和石灰水；向矿井采空区内脉动注入饱和石灰水；将废弃混凝土输送到料斗内并通过振动器的振动从而使料斗进行废弃混凝土的粒径筛分；然后将筛分后的废弃混凝土分批次的输送到矿井采空区内,同时饱和石灰水使废弃混凝土在采空区内的分布更广,然后控制废弃混凝土的注入量；向矿井采空区内注入二氧化碳气体进行存贮后密封地面钻井。该发明解决废弃混凝土放置、废弃矿井填充及二氧化碳封存的问题，但制备工艺复杂、操作流程长且成本高昂，无法实现大规模工业化生产。
因此，基于现有技术存在的制备工艺复杂，经济效益不高等问题。本发明利用本课题组自主研发的液相研磨工艺与碳矿化技术相结合，在液相研磨过程中产生的剧烈的机械力与通入的二氧化碳有效控制废弃混凝土微粉颗粒粒径范围，将碳矿化后的废弃混凝土微粉经过间歇机械搅拌、管道输送及高速分散后加入预拌混凝土中实现高效应用，实现固废资源二氧化碳高值化利用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种商混固体废弃物固碳处置及再生利用方法，实现商混站固体废弃物固废资源化利用、二氧化碳高附加值利用一体化工艺流程，极大的缓解了我国因水泥所带来的碳排放、能源消耗以及矿石资源耗竭等问题。，提供了一种处置建筑废弃混凝土可行性方案。
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：
一种商混固体废弃物固碳处置方法，包括如下步骤：
步骤1：收集商混固体废弃物A置于破碎机中，经过破碎、筛分得到商混废弃微粉B；
步骤2：取商混废弃微粉B与水的质量比1：1-1：2；与氧化锆研磨球质量比1：1-1：3置于立式搅拌机中，研磨过程通入浓度为30％-50％、气速0.5-1份 /h的CO2，研磨结束将其筛分得到中值粒径为0.5-3um的固碳型商混废弃微粉浆料C。
所述商混固体废弃物A主要包括固化废弃浆料、废弃水泥、废弃矿粉、回收的粉尘等商混站所产生的固体废弃物。
所述商混废弃微粉B中值粒径不超过75um，pH值＞12。
所述氧化锆研磨球级配：2.5-2mm：2-1.5mm：1.5-1mm＝1：2：3-3：2：1。研磨时间1-3h，湿磨机转速400r/min-800r/min，直至浆料pH＝6.6-7.2，停止通入 CO2。
一种商混固体废弃物固碳处置后再生利用方法，具体步骤为：将步骤2得到的固碳型商混废弃微粉浆料C储存在浆料罐中，每隔8-12h进行一次5-10min 的间歇性搅拌；待固碳型商混废弃微粉浆料C使用时，提供管道输送至搅拌机中，在入管口配备高速剪切机以保证浆体均匀性；将固碳型商混废弃微粉浆料C 扣水计量掺入预拌混凝土中。
所述固碳型商混废弃微粉浆料C掺入混凝土中，替代10％-20％水泥用量。
所述间歇性搅拌、入管口高速搅拌器目的为皆为保证固碳型商混废弃微粉浆料C分散均匀。
本发明的机理如下：
(1)利用湿法研磨过程中剧烈的机械作用力破坏商混废弃微粉的颗粒结构，促进硅质层中离子快速溶出。
(2)研磨介质之间的倾泄力破坏了碳矿化过程中碳酸盐在微粉颗粒表面形成的碳酸钙膜，使得溶液中的碳酸根离子与吸附在微粉表面的游离氧化钙、氧化镁充分反应，大幅度提升商混废弃微粉固碳效率。
(3)亚微米的固碳型商混废弃微粉替代水泥均匀的分散在预拌混凝土中填充混凝土的孔隙结构，改善预拌混凝土微观结构。
本发明具有如下优点：
(1)碳矿化技术协同湿法研磨工艺，促进商混废弃微粉中金属阳离子快速溶出，加速商混废弃微粉浆料溶液pH值降低至中性，细化商混废弃微粉颗粒粒径、增加颗粒比表面积，大幅度提升商混废弃微粉浆料固碳效率。
(2)结合再生利用工艺，将中值粒径小于3um的固碳型商混废弃微粉掺入预拌混凝土中发挥填充效应，在预拌混凝土力学性能降低不明显的前提下，尽可能降低水泥用量，进而降低制备水泥所产生的碳排放。
(3)为固废资源化提供了一种可行性方案，将商混固体废弃物超细超化处理，实现二氧化碳高附加值利用。
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：
收集商混固体废弃物A汇集于破碎机中，经过破碎、筛分得到商混废弃微粉B。取200份商混废弃微粉B，100份水，300份氧化锆球混合，置于湿磨机中研磨1h，湿磨机转速400r/min，氧化锆球级配：2.5mm：2mm：1.5mm＝1：2： 3。研磨过程中通入浓度为30％、气速0.5份/h的CO2，研磨结束将其筛分得到固碳型商混废弃微粉浆料C；固碳型商混废弃微粉浆料C储存浆料罐中，每隔 8h/次5min的间歇性搅拌；待固碳型商混废弃微粉浆料C使用时，管道输送至搅拌机中，在入管口配备告诉剪切机以保证浆体均匀性；将固碳型商混废弃微粉浆料C扣水计量替代10％水泥用量掺入预拌混凝土中。按照GB/T50081-2019 《普通混凝土力学性能实验方法标准》测试力学性能。再生微粉B中值粒径，浆料C中值粒径、浆料固碳率如表1；混凝土抗压强度如表2。
实施例2：
收集商混固体废弃物A汇集于破碎机中，经过破碎、筛分得到商混废弃微粉B。取100份商混废弃微粉B，100份水，400份氧化锆球混合，置于湿磨机中研磨2h，湿磨机转速600r/min，氧化锆球级配：2.5mm：2mm：1.5mm＝1：2： 3。研磨过程中通入浓度为50％、气速1份/h的CO2，研磨结束将其筛分得到固碳型商混废弃微粉浆料C；固碳型商混废弃微粉浆料C储存浆料罐中，每隔8h/ 次10min的间歇性搅拌；待固碳型商混废弃微粉浆料C使用时，管道输送至搅拌机中，在入管口配备告诉剪切机以保证浆体均匀性；将固碳型商混废弃微粉浆料C扣水计量替代20％水泥用量掺入预拌混凝土中。按照GB/T50081-2019《普通混凝土力学性能实验方法标准》测试力学性能。再生微粉B中值粒径，浆料 C中值粒径、浆料固碳率如表1；混凝土抗压强度如表2。
实施例3：
收集商混固体废弃物A汇集于破碎机中，经过破碎、筛分得到商混废弃微粉B。取100份商混废弃微粉B，200份水，400份氧化锆球混合，置于湿磨机中研磨3h，湿磨机转速800r/min，氧化锆球级配：2.5mm：2mm：1.5mm＝1：2： 3。研磨过程中通入浓度为50％、气速1份/h的CO2，研磨结束将其筛分得到固碳型商混废弃微粉浆料C；固碳型商混废弃微粉浆料C储存浆料罐中，每隔12h/ 次10min的间歇性搅拌，待固碳型商混废弃微粉浆料C使用时，管道输送至搅拌机中，在入管口配备告诉剪切机以保证浆体均匀性；将固碳型商混废弃微粉浆料C扣水计量替代20％水泥用量掺入预拌混凝土中。按照GB/T50081-2019《普通混凝土力学性能实验方法标准》测试力学性能。再生微粉B中值粒径，浆料 C中值粒径、浆料固碳率如表1；混凝土抗压强度如表2。
实施例4：
收集建筑废弃混凝土A汇集于破碎机中，经过破碎、筛分得到商混废弃微粉B。取100份商混废弃微粉B，200份水，400份氧化锆球混合，置于湿磨机中研磨3h，湿磨机转速800r/min，，氧化锆球级配：2mm：1.5mm：1mm＝3：2： 1。研磨过程中通入浓度为50％、气速1份/h的CO2，研磨结束将其筛分得到固碳型商混废弃微粉浆料C；固碳型商混废弃微粉浆料C储存浆料罐中，每隔12h/ 次10min的间歇性搅拌；待固碳型商混废弃微粉浆料C使用时，管道输送至搅拌机中，在入管口配备告诉剪切机以保证浆体均匀性；将固碳型商混废弃微粉浆料C扣水计量替代20％水泥用量掺入预拌混凝土中。按照GB/T50081-2019《普通混凝土力学性能实验方法标准》测试力学性能。再生微粉B中值粒径，浆料 C中值粒径、浆料固碳率如表1，混凝土抗压强度如表2。
对比例：
C30标号混凝土，按照GB/T50081-2019《普通混凝土力学性能实验方法标准》测试力学性能。
表1浆料固碳率
Figure BDA0003670211240000071
表2抗压强度(Mpa)
Figure BDA0003670211240000072
Figure BDA0003670211240000081
从表1浆料固碳率中可得知，随着立式搅拌球磨机研磨时间的增加，商混废弃微粉的粒径也随之细化，从75μm降低至0.5-3μm。同时，随着商混废弃微粉颗粒的细化，浆料固碳率也随之增加，从6.7％提升至15.9％。这是因为较低的粒度拥有较大的比表面积可增加颗粒表面的吸附能力，进而提升浆料的固碳率。从表2抗压强度中发现，商混废弃微粉浆料替代水泥再生利用加入预拌混凝土后，亚微米的固碳型商混废浆颗粒在预拌混凝土中发挥填充效益。最终28d 抗压强度降低并不明显。本发明采用低碳湿磨工艺与碳矿化技术相结合，实现商混站固体废弃物固定二氧化碳并用于替代水泥的高附加值利用，为固废处置方式提供了一种新的可行性思路。
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 (6)

1.一种商混固体废弃物固碳处置方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：收集商混固体废弃物A置于破碎机中，经过破碎、筛分得到商混废弃微粉B；
步骤2：取商混废弃微粉B与水的质量比1：1-1：2；与氧化锆研磨球质量比1：1-1：3置于立式搅拌机中，研磨过程通入浓度为30％-50％、气速0.5-1份/h的CO2，研磨结束将其筛分得到中值粒径为0.5-3um的固碳型商混废弃微粉浆料C。
2.如权利要求1所述的一种商混固体废弃物固碳处置方法，其特征在于：所述商混固体废弃物A包括商混站所产生的固化废弃浆料、废弃水泥、废弃矿粉、回收的粉尘。
3.如权利要求1所述的一种商混固体废弃物固碳处置方法，其特征在于：所述商混废弃微粉B中值粒径不超过75um，pH值＞12。
4.如权利要求1所述的一种商混固体废弃物固碳处置方法，其特征在于：所述氧化锆研磨球级配：2.5-2mm：2-1.5mm：1.5-1mm＝1：2：3-3：2：1，研磨时间1-3h，湿磨机转速400r/min-800r/min，直至浆料pH＝6.6-7.2，停止通入CO2。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种商混固体废弃物固碳处置再生利用方法，其特征在于，具体步骤为：将固碳型商混废弃微粉浆料C储存在浆料罐中，每隔8-12h进行一次5-10min的间歇性搅拌；待固碳型商混废弃微粉浆料C使用时，提供管道输送至搅拌机中，在入管口配备高速剪切机以保证浆体均匀性；将固碳型商混废弃微粉浆料C扣水计量掺入预拌混凝土中。
6.如权利要求5所述的一种商混固体废弃物固碳处置再生利用方法，其特征在于：将所述固碳型商混废弃微粉浆料C掺入混凝土中，替代10％-20％水泥用量。
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