CN115521086A - 一种混凝土co2矿化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混凝土CO2矿化的方法，包括以下步骤：制备预混料：将粉煤灰或/和尾矿砂进行混合并制备成粉末状态的预混料，经过硅酸活化处理，获得粒度为10‑100μm的预混料；CO2矿化液制备：配置25％的氨水溶液，在室温下通入含有CO2的烟气进行烟气脱碳预处理，并获得CO2矿化液；催化剂制备：将预混料、CO2矿化液进行混合，待氨水中CO2充分吸收反应获得催化剂；制备混凝土：将催化剂作为制备混凝土的原料使用；本发明本方法以粉煤灰、尾矿砂为原料，通过硅酸活化处理后，使其产生的物质可以与烟气中的CO2反应实现CO2的矿化，从而降低了工业排放烟气中的CO2含量，实现了二氧化碳捕集和封存技术的应用。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳捕集和封存技术领域，尤其涉及一种混凝土CO2矿化的方法。
背景技术
由于人类社会对于能源的需求仍在增加，且新能源在能源系统中所占的比例依旧较小，难以在短期内彻底取代传统的化石能源。因此，如何将化石燃料燃烧所排放的CO2进行封存或利用，已成为全世界在短期内CO2减排的主要方向。二氧化碳捕集和封存技术(CCS)是减少温室气体排放最直接有效的方法，目前主要对从工业固定源排放的CO2，进行处置捕集与封存，即将工业或有关能源产业排放的CO2分离出来，再将其输送并封存到海底或地下等地方，然而在地质封存中，由于CO2的注入可能对地质结构造成影响从而引发地震、CO2泄露造成封存点附近人类窒息、地表变形地下或地表水的酸化。海洋封存则会破坏海洋生态系统，对海洋生物具有毁灭性的影响。因此，CO2矿物封存技术日益受到研究者的关注。CO2矿物封存，又称CO2矿化，它是模拟并加速自然界中岩石的风化过程，是利用二氧化碳与含钙镁硅酸盐矿物进行反应使之以稳定的碳酸盐形式而永久的封存，由于碳酸盐的标准吉布斯自由能比CO2的标准吉布斯自由能要低得多，因此碳酸盐为碳元素最稳定的存在形式。这意味着CO2矿物封存避免了后期的CO2泄露监控，同时由于矿化产物具有一定的附加值，其稳定性和安全性相比于其它封存手段更好，因此它具有一定的发展潜力。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种混凝土CO2矿化的方法，用于实现二氧化碳捕集和封存技术的应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种混凝土CO2矿化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、制备预混料：将粉煤灰或/和尾矿砂进行混合并制备成粉末状态的预混料，经过硅酸活化处理，获得粒度为10-100μm的预混料；
b、CO2矿化液制备：配置25％的氨水溶液，在室温下通入含有CO2的烟气进行烟气脱碳预处理，并获得CO2矿化液；
c、催化剂制备：将预混料、CO2矿化液进行混合，待氨水中CO2充分吸收反应获得催化剂；
d、制备混凝土：将催化剂作为制备混凝土的原料使用。
所述粉煤灰和尾矿砂按照质量的混合比例为：0.8-1.2∶0.8-1.1。
所述粉煤灰和尾矿砂的混合包括：将粉煤灰和尾矿砂通过破碎设备经过初级破碎、中级破碎和细级破碎三个过程，其中对于破碎程度的具体要求为：
初级破碎过程，预混料的粒度为80-120mm；
中级破碎过程，预混料的粒度为50-80mm；
细级破碎过程，预混料的粒度为20-50mm。
所述硅酸活化处理包括：将预混料转移到一级溶出反应器，向一级溶出反应器加入硅酸活化，并在60-80℃的温度下进行湿磨；其中，预混料与硅酸质量比为1∶0.1-0.3。
所述预混料、CO2矿化液的混合包括：将预混料、CO2矿化液转移到二级反应器，混合温度为65-75℃，搅拌时间为30-90min。
所述预混料、CO2矿化液按照质量的混合比例为：0.5-1∶0.5-1。
所述烟气中CO2的体积浓度百分比为10-15％(V/V)。
所述粉煤灰选用循环流化床锅炉产生的高钙灰，所述高钙灰的成分包括：
SiO2：28-36wt％；
CaO：14-16wt％；
MgO：4.5-6wt％。
所述尾矿砂的成分包括：
CaO：30-50wt％；
SiO2：30-40wt％；
Al2O3：7-18wt％；
MgO：5-15wt％；
MnO：1-10wt％；
FeO：1-10wt％；
CaS：1-10wt％。
本发明的有益效果是：本方法以粉煤灰、尾矿砂为原料，通过硅酸活化处理后，使其产生的物质可以与烟气中的CO2反应实现CO2的矿化，从而降低了工业排放烟气中的CO2含量，实现了二氧化碳捕集和封存技术的应用。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本实施例提供一种混凝土CO2矿化的方法，
第一步，准备预混料，将下列各组分按照比例1∶1进行混合，具体为：
粉煤灰，选用循环流化床锅炉产生的高钙灰，主要成分包括：SiO2：32wt％， CaO：15.3wt％，MgO：5.2wt％；
尾矿砂，主要成分CaO：38.2wt％，SiO2：34.7wt％；Al2O3：10wt％； MgO：8wt％；MnO：1.2wt％；FeO：1.5wt％；CaS：2wt％；
对于上述各组分的混合后的加工过程包括：
将上述预混料通过破碎设备经过初级破碎、中级破碎和细级破碎三个过程，破碎设备可以选用颚式破碎机、反击式破碎机、立轴式破碎机等，其中对于破碎程度的具体要求为：
初级破碎过程，预混料的粒度为80-120mm；
中级破碎过程，预混料的粒度为50-80mm；
细级破碎过程，预混料的粒度为20-50mm；
第二步，活化：将破碎后的预混料进一步粉碎，加工成粉末状，将磨碎的预混料粉末转移到一级溶出反应器，向一级溶出反应器加入硅酸活化，预混料与硅酸质量比为1∶0.25，在70℃下通过打磨设备进行湿磨，至粒度为10-100 μm的预混料粉末，打磨设备可以采用球磨机、棒磨机、振动磨机、气流磨机等；
第三步，CO2矿化液制备：配置25％的氨水溶液，在室温下通入烟气进行烟气脱碳预处理；其中，烟气的CO2为10-15％(V/V)；
第四步，催化剂制备：将配置好的CO2矿化液、预混料按照质量的混合比例为0.8∶1，并转移进入二级反应器，在70℃下进行混合，搅拌75min，待氨水中CO2充分吸收反应；
第五步，制备混凝土：将催化剂按0.02-0.2wt％加入混凝土中，混凝土由水泥、水、砂、石、粉灰、减水剂等组分制备；其中：
水泥：采用P·II 52.5级硅酸盐水泥；
细集料：普通河砂，级配合格，细度模数为2.5，属II区中砂，含泥量1.1％；
粗集料：普通碎石，连续级配合格，粒径为5～31.5mm，压碎值7.9％；
粉煤灰：干排II级灰，粉煤灰的的物理性能如下：
细度(45μm筛筛余)：16.9％；
烧失量：3.8％；
需水量比：106.3％；
密度：2.11％；
减水剂采用SX-C18缓凝型聚羧酸高性能减水剂；
混凝土的水灰比为0.5配合；
在上述混凝土浆液中继续通入CO2气体，加入氨水调节pH至10，在60℃下搅拌60min，这样的话，催化剂既可取代部分水泥，降低成本，又可改善混凝土性能，改善混凝土的内部结构，提高耐久性。
对于上述方法中，催化剂对混凝土的影响如下所述。
下面就催化剂加入重量按照0.02wt％、0.04wt％、0.08wt％、0.2wt％四组数据进行实施，分别就混凝土的力学性能、抗腐蚀性和抗冻融性进行了试验，具体如下：
混凝土物理力学性能试验结果如下所示：
在凝结时间方面，随着催化剂的重量百分比的增加，对于混凝土的初凝时间和终凝时间都有所降低，缩短了凝结周期，提高了施工效率；
在抗压强度和抗折强度方面，在3d和28d两种状态下，随着催化剂的重量百分比的增加，抗压强度和抗折强度都有所提高，使得混凝土的性能指标提升，质量更好。
混凝土抗腐蚀性试验结果如下所示：
在质量方面，随着催化剂的重量百分比的增加，混凝土的质量变化率基本保持持平，或有所升高，基本不影响混凝土的质量情况；
在抗压强度方面，随着催化剂的重量百分比的增加，混凝土的强度损失率有所降低，并呈现线性规律，有助于强度损失率的降低。
混凝土抗冻融性试验结果如下所示：
在质量方面，随着催化剂的重量百分比的增加，混凝土的质量变化率有所降低，基本不影响混凝土的质量情况；
在抗压强度方面，随着催化剂的重量百分比的增加，混凝土的强度损失率有所降低，并呈现线性规律，有助于强度损失率的降低。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明的目的技术方案，都属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种混凝土CO2矿化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、制备预混料：将粉煤灰或/和尾矿砂进行混合并制备成粉末状态的预混料，经过硅酸活化处理，获得粒度为10-100μm的预混料；
b、CO2矿化液制备：配置25％的氨水溶液，在室温下通入含有CO2的烟气进行烟气脱碳预处理，并获得CO2矿化液；
c、催化剂制备：将预混料、CO2矿化液进行混合，待氨水中CO2充分吸收反应获得催化剂；
d、制备混凝土：将催化剂作为制备混凝土的原料使用。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土CO2矿化的方法，其特征在于：所述粉煤灰和尾矿砂按照质量的混合比例为：0.8-1.2∶0.8-1.1。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土CO2矿化的方法，其特征在于：所述粉煤灰和尾矿砂的混合包括：将粉煤灰和尾矿砂通过破碎设备经过初级破碎、中级破碎和细级破碎三个过程，其中对于破碎程度的具体要求为：
初级破碎过程，预混料的粒度为80-120mm；
中级破碎过程，预混料的粒度为50-80mm；
细级破碎过程，预混料的粒度为20-50mm。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土CO2矿化的方法，其特征在于：所述硅酸活化处理包括：将预混料转移到一级溶出反应器，向一级溶出反应器加入硅酸活化，并在60-80℃的温度下进行湿磨；其中，预混料与硅酸质量比为1∶0.1-0.3。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土CO2矿化的方法，其特征在于：所述预混料、CO2矿化液的混合包括：将预混料、CO2矿化液转移到二级反应器，混合温度为65-75℃，搅拌时间为30-90min。
6.根据权利要求1或5所述的一种混凝土CO2矿化的方法，其特征在于：所述预混料、CO2矿化液按照质量的混合比例为：0.5-1∶0.5-1。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土CO2矿化的方法，其特征在于：所述烟气中CO2的体积浓度百分比为10-15％(V/V)。
8.根据权利要求1所述的一种混凝土CO2矿化的方法，其特征在于：所述粉煤灰选用循环流化床锅炉产生的高钙灰，所述高钙灰的成分包括：
SiO2：28-36wt％；
CaO：14-16wt％；
MgO：4.5-6wt％。
9.根据权利要求1所述的一种混凝土CO2矿化的方法，其特征在于：所述尾矿砂的成分包括：
CaO：30-50wt％；
SiO2：30-40wt％；
Al2O3：7-18wt％；
MgO：5-15wt％；
MnO：1-10wt％；
FeO：1-10wt％；
CaS：1-10wt％。
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