CN115448628A - 一种碳化多孔钢渣骨料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳化多孔钢渣骨料及其制备方法，按质量份，称取45‑68％钢渣粉、15‑30％快硬硫铝水泥、15‑20％电石渣放入搅拌机中，搅拌同时加入2‑5％石蜡粉，形成均匀混合物；在混合物中加入一定量水，搅拌均匀后放入烘箱中迅速加热至40‑55℃，然后快速取出进行造粒，得到圆柱状钢渣骨料；圆柱状钢渣骨料放入40‑55℃烘箱中缓慢升温脱蜡；脱蜡后的钢渣骨料放置在温度50±1℃，相对湿度80±5％的养护室内养护；养护好的钢渣骨料放入温度60±1℃，相对湿度80±5％，CO₂浓度20‑100％的碳化箱中碳化，得到碳化多孔钢渣骨料。本发明解决了钢渣安定性不良问题，提升了钢渣骨料的强度性能和碳化率。

Description

一种碳化多孔钢渣骨料及其制备方法

技术领域

本发明涉及工业废渣综合利用技术领域，特别是涉及一种碳化多孔钢渣骨料及其制备方法。

背景技术

钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，在我国排放量巨大，但利用率很低，大量钢渣被集中堆积，不仅占用了土地，而且造成了环境污染与资源浪费。近年来将钢渣作为水泥混合料、混凝土掺合料或者粗细集料用于建筑材料中使其得到一定程度的利用。然而，国内外研究学者一致认为钢渣中存在的游离氧化钙、游离氧化镁会在后期水化反应生成Ca(OH)₂和Mg(OH)₂而产生体积膨胀，导致含钢渣的建筑材料存在安定性不良的隐患。因此，解决钢渣安定性不良的问题是钢渣大规模资源开发利用的关键。

钢渣中的主要成分有CaO、SiO₂和Al₂O₃，其中Ca元素主要存在于硅酸二钙、硅酸三钙、氢氧化钙以及少量f-CaO等物质中，因此其在富含CO₂的环境下具有很高的碳化反应活性，会碳化成方解石、文石等形式的碳酸钙。钢渣碳化能够提高其早期强度，而且能够使f-CaO碳化成碳酸钙，消除钢渣对混凝土体积稳定性的不利影响，还能够吸收工业生产中产生的CO₂，减少温室气体的排放，具有一定的经济效益和环保效益。

电石渣是电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣。电石渣的有效成分和主要成分都为氢氧化钙(质量分数为90.1％)，同时还含有氧化硅(质量分数为3.5％)，氧化铝(质量分数为2.5％)，及少量的碳酸钙、三氧化二铁、氧化镁、二氧化钛、碳渣、硫化钙等杂质。电石渣呈灰色，并伴有刺鼻的气味。电石渣呈强碱性，数量庞大，运输成本高，且会造成二次污染；如果就地堆放，会对周边的环境造成严重的环境污染，比如占用大量的土地堆放、污染堆放场地附近的水资源、容易风干起飞灰、形成粉尘对大气造成污染等，是我国清洁生产和资源循环利用的重点和难点。

中国专利公开号CN110282925A公开了一种碳化钢渣人工多孔骨料及其制备方法，其采用钢渣粉、粉煤灰和硅酸盐水泥加水混合后形成一种多孔骨料，养护72h小时后放入碳化釜中，通入浓度为5-100vt.％的CO₂，压力为0.052-1MPa，控制碳化时间为0.5-72h，得到压碎指标为10％左右的碳化钢渣人工多孔骨料。但该技术中未碳化人工骨料的养护时间过长，延长了生产时间，而且需要压力进行碳化，对设备要求较高。

中国专利公开号CN112500011A公开了一种碳化钢渣轻骨料的制备方法及包含碳化钢渣轻骨料的混凝土，其中碳化钢渣由40-60质量份的钢渣粉、30-50质量份的玻化微珠以及10-30质量份的生石灰经成球碳化而成。但该技术使用了价格比较贵的生石灰作为提高碳化能力的材料，并且加入的生石灰会随着碳化的完成使骨料表面开始变硬，存在于内部的生石灰和钢渣中的可碳化物质无法继续碳化，因此该技术属于一种不经济环保的碳化骨料制备技术。

中国专利公开号CN110922145A公开了一种高强度碳化人造骨料的制备方法，包含如下步骤：收集残留混凝土进行压滤得到湿废渣，并将钢渣进行破碎、烘干、粉磨得到钢渣粉，然后将湿废渣与钢渣粉充分搅拌混合，得到混合料；然后将混合料投入圆盘造粒机中进行造粒，得到人造粗骨料坯体；将所得的人造粗骨料坯体养护之后再碳化，既得碳化骨料。但该技术中收集残留混凝土进行压滤得到湿废渣比较不容易获得和保存，这涉及到废水处理及排放，此外该技术也存在先养护再碳化，在骨料获得强度后则碳化深深度就会受到严重影响。

综上所述，现有技术存在的问题如下：

(1)未碳化人工骨料养护时间过长，而且需要压力进行碳化，对设备要求较高；

(2)使用了有天然石灰石排放二氧化碳制备的生石灰作为提高骨料碳化率的材料，并且掺入的生石灰无法做到完全碳化，没有做到真正意义上的固碳；

(3)如果要提高碳化深度，则需要在碳化养护时加大压力才能提高一些碳化深度，但由于加压就需要碳化的骨料有一定的强度，否则骨料破损率就会变大；

(4)目前没有有效解决碳化深度和碳化压力之间的矛盾。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种碳化多孔钢渣骨料及其制备方法，本发明利用钢渣吸收二氧化碳，通过二次碳化反应有效的解决了钢渣安定性不良问题的同时也提升了钢渣骨料的强度性能和碳化率，加快了未碳化养护进程；可以使用工业窑炉尾气中的二氧化碳作为碳化气体，可以加入电石渣来增加钢渣碳化骨料的碳化率，增塑剂石蜡安全无污染，价格便宜，可以重复利用，使得得到的骨料碳化率高、强度高，耐久性好，免烧，低碳环保。

本发明是这样实现的，一种碳化多孔钢渣骨料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、称取45-68％质量份的钢渣粉、15-30％质量份的快硬硫铝水泥以及15-20％质量份的电石渣放入搅拌机中，在搅拌的同时加入2-5％质量份的石蜡粉，最后搅拌形成均匀的混合物；

步骤二、在步骤一制备的混合物中加入一定量的水，搅拌均匀后，放入烘箱中迅速加热至40-55℃，然后快速取出放入挤出造粒机进行造粒，得到圆柱状钢渣骨料；

步骤三、将步骤二制备的钢渣骨料放入40-55℃的烘箱中缓慢升温脱蜡；

步骤四、将步骤三脱蜡后的钢渣骨料放置在温度为50±1℃，相对湿度为80±5％的养护室内养护4-8h；

步骤五、将步骤四养护好的钢渣骨料放入温度为60±1℃，相对湿度为80±5％，CO₂浓度为20-100％的碳化箱中碳化8-12h，得到碳化多孔钢渣骨料。

优选的，所述步骤一中，钢渣粉是由原态钢渣进行破碎、过1mm方孔筛、电磁除铁，然后按照步骤五进行预碳化处理，再将碳化后的钢渣粉粉磨至比表面积为250-400m²/kg得到。

优选的，所述步骤一中，所述电石渣的比表面积为300-350m²/kg，氢氧化钙含量＞90％。

优选的，所述步骤一中，所述石蜡粉的比表面积为150-200m²/kg，熔点为45-60℃。

优选的，所述步骤一中，包括54％质量份的钢渣粉、24％质量份的快硬硫铝水泥、18％质量份的电石渣，以及4.0％质量份的石蜡。

优选的，所述步骤二中，烘箱的升温速率为10℃/min。

优选的，所述步骤五中，得到的碳化多孔钢渣骨料的粒径范围为15-25mm，堆积密度为1050.2-1330.2kg/m³，筒压强度为15.0-26.2MPa、1h吸水率为5.1-15.4％。

本发明还提供一种碳化多孔钢渣骨料，所述碳化多孔钢渣骨料采用上述制备方法制得。

相比现有技术而言，本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明使用快硬硫铝水泥解决了现有技术钢渣骨料为碳化前养护时间长、效率低下的问题，加入固废电石渣提升了钢渣骨料的碳化效率，并弥补了硫铝水泥体系碱度带来的钢渣骨料内部碱度不足的难题，提升了骨料在强度上的不足。

2、本发明使用的增塑剂石蜡解决了钢渣骨料在造粒过程中表面光滑度和破损率及减少了挤出造粒过程中的骨料破损问题，特别是在脱蜡的过程中在钢渣骨料中形成了较多的空隙，为钢渣碳化过程二氧化碳进入骨料内部提供了大量有效通道，在内部碳化反应后生成微纳米级的非晶态高活性碳酸钙，并与硫铝水泥反应产生碳铝酸钙填充在脱蜡留下的空隙中，进一步提高了钢渣骨料的强度。且石蜡安全无污染，价格便宜，可以重复利用。

3、本发明使用了固废电石渣替代生石灰本身就是一种碳减排碳利用，电石渣中强氧化钙相比生石灰不吸水不放热，安全系数高；利用全固废制备碳化多孔钢渣骨料还可以充分利用工业窑炉尾气中产生的温室气体CO₂作为碳化气体，进一步提高人造骨料的绿色化制造水平。

4、本发明通过二次碳化反应有效的解决了钢渣安定性不良问题的同时也提升了钢渣骨料的强度性能和碳化率，加快了未碳化养护进程，使得得到的骨料碳化率高、强度高，耐久性好，免烧，低碳环保，从而获得优质免烧轻骨料，具有较好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下实施例中，钢渣粉是由原态钢渣进行破碎、过1mm方孔筛、电磁除铁，然后放入温度为60±1℃，相对湿度为80±5％，CO₂浓度为20-100％的碳化箱中进行碳化处理8-12h，再将碳化后的钢渣粉粉磨至比表面积为250-400m²/kg得到。电石渣的比表面积为300-350m²/kg，氢氧化钙含量＞90％。石蜡粉的比表面积为150-200m²/kg，熔点为45-60℃。

实施例1

一种碳化多孔钢渣骨料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取58％质量份的钢渣粉、23％质量份的快硬硫铝水泥以及16％质量份的电石渣放入搅拌机中，在搅拌的同时加入3％质量份石蜡粉，最后搅拌形成均匀的混合物；步骤二、将步骤一制备的混合物加入一定量的水，搅拌均匀后，放入烘箱中以每分钟10℃的速率加热至40-55℃，然后快速取出放入挤出造粒机进行造粒，得到圆柱状钢渣骨料；步骤三、将步骤二制备的钢渣骨料放入40-55℃的烘箱中缓慢升温脱蜡；步骤四、将步骤三脱蜡后的钢渣骨料放置在温度为50±1℃，相对湿度为80±5％的养护室内养护4-8h；步骤五、将步骤四养护好的钢渣骨料放入温度为60±1℃，相对湿度为80±5％，CO₂浓度为20-100％的碳化箱中碳化8-12h，得到碳化多孔钢渣骨料。

实施例2

一种碳化多孔钢渣骨料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取54％质量份的钢渣粉、24％质量份的快硬硫铝水泥以及18％质量份的电石渣放入搅拌机中，在搅拌的同时加入4％质量份石蜡粉，最后搅拌形成均匀的混合物；步骤二、将步骤一制备的混合物加入一定量的水，搅拌均匀后，放入烘箱中以每分钟10℃的速率加热至40-55℃，然后快速取出放入挤出造粒机进行造粒，得到圆柱状钢渣骨料；步骤三、将步骤二制备的钢渣骨料放入40-55℃的烘箱中缓慢升温脱蜡；步骤四、将步骤三脱蜡后的钢渣骨料放置在温度为50±1℃，相对湿度为80±5％的养护室内养护4-8h；步骤五、将步骤四养护好的钢渣骨料放入温度为60±1℃，相对湿度为80±5％，CO₂浓度为20-100％的碳化箱中碳化8-12h，得到碳化多孔钢渣骨料。

实施例3

一种碳化多孔钢渣骨料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取68％质量份的钢渣粉、15％质量份的快硬硫铝水泥以及15％质量份的电石渣放入搅拌机中，在搅拌的同时加入2％质量份石蜡粉，最后搅拌形成均匀的混合物；步骤二、将步骤一制备的混合物加入一定量的水，搅拌均匀后，放入烘箱中以每分钟10℃的速率加热至40-55℃，然后快速取出放入挤出造粒机进行造粒，得到圆柱状钢渣骨料；步骤三、将步骤二制备的钢渣骨料放入40-55℃的烘箱中缓慢升温脱蜡；步骤四、将步骤三脱蜡后的钢渣骨料放置在温度为50±1℃，相对湿度为80±5％的养护室内养护4-8h；步骤五、将步骤四养护好的钢渣骨料放入温度为60±1℃，相对湿度为80±5％，CO₂浓度为20-100％的碳化箱中碳化8-12h，得到碳化多孔钢渣骨料。

实施例4

一种碳化多孔钢渣骨料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取45％质量份的钢渣粉、30％质量份的快硬硫铝水泥以及20％质量份的电石渣放入搅拌机中，在搅拌的同时加入5％质量份石蜡粉，最后搅拌形成均匀的混合物；步骤二、将步骤一制备的混合物加入一定量的水，搅拌均匀后，放入烘箱中以每分钟10℃的速率加热至40-55℃，然后快速取出放入挤出造粒机进行造粒，得到圆柱状钢渣骨料；步骤三、将步骤二制备的钢渣骨料放入40-55℃的烘箱中缓慢升温脱蜡；步骤四、将步骤三脱蜡后的钢渣骨料放置在温度为50±1℃，相对湿度为80±5％的养护室内养护4-8h；步骤五、将步骤四养护好的钢渣骨料放入温度为60±1℃，相对湿度为80±5％，CO₂浓度为20-100％的碳化箱中碳化8-12h，得到碳化多孔钢渣骨料。

对实施例1-实施例4制备的碳化多孔钢渣骨料的堆积密度、筒压强度和1h吸水率按照国标GB/T 17431.1-2010中的相关规定进行测定，结果如表1所示。

表1实施例1～4制备的多孔钢渣骨料性能指标

组号	堆积密度，kg/m<sup>3</sup>	筒压强度，MPa	1h吸水率，％
				实施例1	1241.6	22.4	7.9
实施例2	1123.7	18.9	10.7
				实施例3	1330.2	26.2	5.1
实施例4	1050.2	15.0	15.4

从表1可以看出，本发明可以通过添加石蜡改善钢渣骨料的孔隙率，为提高钢渣骨料内部的二次碳化提供碳化渠道，并且在二次碳化的同时提高了钢渣骨料的整体物理性能，该免烧多孔钢渣骨料的性能全面优于国标中人造轻骨料的物理性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (8)

1.一种碳化多孔钢渣骨料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、称取45-68％质量份的钢渣粉、15-30％质量份的快硬硫铝水泥以及15-20％质量份的电石渣放入搅拌机中，在搅拌的同时加入2-5％质量份的石蜡粉，最后搅拌形成均匀的混合物；

步骤二、在步骤一制备的混合物中加入一定量的水，搅拌均匀后，放入烘箱中迅速加热至40-55℃，然后快速取出放入挤出造粒机进行造粒，得到圆柱状钢渣骨料；

步骤三、将步骤二制备的钢渣骨料放入40-55℃的烘箱中缓慢升温脱蜡；

步骤四、将步骤三脱蜡后的钢渣骨料放置在温度为50±1℃，相对湿度为80±5％的养护室内养护4-8h；

步骤五、将步骤四养护好的钢渣骨料放入温度为60±1℃，相对湿度为80±5％，CO₂浓度为20-100％的碳化箱中碳化8-12h，得到碳化多孔钢渣骨料。

2.根据权利要求1所述的碳化多孔钢渣骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，钢渣粉是由原态钢渣进行破碎、过1mm方孔筛、电磁除铁，然后按照步骤五进行预碳化处理，再将碳化后的钢渣粉粉磨至比表面积为250-400m²/kg得到。

3.根据权利要求1所述的碳化多孔钢渣骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述电石渣的比表面积为300-350m²/kg，氢氧化钙含量＞90％。

4.根据权利要求1所述的碳化多孔钢渣骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述石蜡粉的比表面积为150-200m²/kg，熔点为45-60℃。

5.根据权利要求1所述的碳化多孔钢渣骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，包括54％质量份的钢渣粉、24％质量份的快硬硫铝水泥、18％质量份的电石渣，以及4.0％质量份的石蜡。

6.根据权利要求1所述的碳化多孔钢渣骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，烘箱的升温速率为10℃/min。

7.根据权利要求1所述的碳化多孔钢渣骨料的制备方法，其特征在于，所述步骤五中，得到的碳化多孔钢渣骨料的粒径范围为15-25mm，堆积密度为1050.2-1330.2kg/m³，筒压强度为15.0-26.2MPa、1h吸水率为5.1-15.4％。

8.一种碳化多孔钢渣骨料，其特征在于，所述碳化多孔钢渣骨料采用权利要求1至7任一项所述的制备方法制得。