CN116514476A - 一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢渣碳化技术领域，具体涉及一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖及其制备方法，钢渣碳化砖原料包括：钢渣粉料80‑100份、水9‑15份、激发剂0.1‑1份、多孔无机材料1‑10份、无机胶粘剂1‑10份，本发明通过添加向钢渣原料中添加激发剂、无机多孔材料和胶粘剂，解决当前钢渣碳化不充分，钢渣碳化砖固碳量和强度较低的难题，实现钢渣碳化砖性能的提高，从而使钢渣碳化砖的性能满足实际需求，推动钢渣砖在建筑材料等领域中的应用。
Description
技术领域
本发明属于钢渣碳化技术领域，具体涉及一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖及其制备方法。
背景技术
如何能够回收CO2气体，并能够将CO2利用，已经成为近年来的研究热点。目前，CO2回收主要通过封存技术，但是该技术并不能将CO2有效的利用。氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙的固碳技术，在自然界中广泛存在。我国属于钢铁生产大国，每生产1吨钢就会产生125-140kg钢渣。钢渣中含有约40wt.％的氧化钙，是固碳的绝佳材料。燃煤火力发电厂排放的尾气中有10％的CO2，且火力发电是我国碳排放大户。采用固废钢渣和燃煤电厂尾气为主要原材料，利用碳化技术，将钢渣制备成具有高附加值的人造板材，同时实现CO2的回收利用。但是目前的碳化技术制备的石板材中，存在着碳化不均匀，碳化程度不够等一系列复杂技术难题，造成碳化板材强度较低，难以实现在建筑领域的应用。
发明内容
为解决钢渣碳化程度不够，钢渣砖强度较低的难题，本发明提供了一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖及其制备方法，通过向钢渣原料中添加激发剂、无机多孔材料和胶粘剂，利用激发剂提高钢渣中金属阳离子浸出率的化学作用、多孔无机材料为CO2提供扩散通道和无机胶粘剂对钢渣粘结性的物理作用，发挥三者协同效果，优化碳化过程，提高碳化程度，在增加固碳量的同时，提高碳化砖的强度，以满足实际中的需要。
本发明的技术方案如下：
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖，按质量百分数计，原料包括：钢渣粉料80-100份、水9-15份、激发剂0.1-1份、多孔无机材料1-10份、无机胶粘剂1-10份。
优选地，激发剂包括Ca(OH)2、MgCl2、Na2CO3、NaOH、NaCl、CaSO4、稀醋酸、胶质芽孢杆菌中的一种。
优选地，多孔无机材料为硅藻土、二氧化硅、分子筛、石墨烯、金属有机框架(MOFs)、中的一种；进一步优选地，分子筛为SAPO-34，ZSM-5,ZSM-22等3A，4A，5A型分子筛；金属有机框架为ZIF-7，ZIF-8，NH2-MIL-53，HKUST-1，UiO-66等。
优选地，无机胶粘剂包括水玻璃(模数1-3)、硅酸盐水泥、氧化镁水泥、铁胶泥中的。
上述一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖的制备方法，包括以下步骤：a、将钢渣粉料、激发剂、多孔无机材料、无机胶粘剂和水，混合均匀；b、将混合均匀的原料，在一定压力下，保压一段时间，脱模得到湿坯；c、将湿坯放置于碳化罐中，通入二氧化碳气体，碳化一定时间得到碳化砖。
优选地，在步骤b中，在10-30MPa压力下，保压1-5min。
优选地，在步骤c中，CO2的浓度10-100％。
优选地，在步骤c中，碳化湿度60-100％RH。
优选地，在步骤c中，碳化温度20-60℃。
优选地，在步骤c中，碳化压力0.01-0.1MPa，碳化时间10-72h。
发明原理：钢渣中富含Ca2+，CO2溶于水反应生成H2CO3，H2CO3进一步生成CO3 2-离子，Ca2+与CO3 2-反应生产CaCO3，使得钢渣可以固定二氧化碳，碳酸化反应使得钢渣砖具备一定强度。本发明根据碳化反应机理，通过添加激发剂，提高钢渣中的Ca2+离子从钢渣的硅酸钙矿物中浸出率，提高碳化反应，由于碳化过程生成的碳酸钙会堵塞碳化砖内部微孔道，往往造成表面碳化，阻碍了CO2气体进入钢渣砖内部，使得钢渣砖内部碳化不透，加入无机多孔材料，为CO2向碳化砖内部扩散提供了更多的通道，从而提高碳化砖内部碳化反应程度；此外，从物理角度出发，添加无机胶粘剂，在不影响碳化反应的同时，通过物理粘结作用，提高碳化砖的强度；在钢渣中添加激发剂、胶粘剂和无机多孔材料的一种或两种，钢渣的碳化反应往往不完全，钢渣的固碳量低，钢渣砖的强度较弱，明显不如本发明中激发剂、无机多孔材料以及无机胶粘剂三种物质协同作用使得碳化效果、固碳量高，钢渣砖的强度大。
通过分析钢渣碳化反应的机理，本发明提出了利用激发剂提高钢渣中金属阳离子浸出率的化学作用、多孔无机材料为CO2提供扩散通道和无机胶粘剂对钢渣粘结性的物理作用，发挥三者协同效果，优化碳化过程，提高碳化程度，在增加固碳量的同时，提高碳化砖的强度，为满足碳化砖在实际应用中具有更加优良的性能提供一种制备方法。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明确，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖，按质量百分数计，主要包括：钢渣粉料80-100份、水9-15份、激发剂0.1-1份、多孔无机材料1-10份、无机胶粘剂1-10份。
下述中实施例中对比例中的钢渣粉料为转炉钢渣粉料，下述分子筛为SAPO-34，下述的硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥，型号PO32.5。
实施例1
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，NaOH 0.1份，分子筛1份，硅酸盐水泥1份，将混合均匀的原料，在25MPa压力下，保压3min，脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
实施例2
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，NaOH 0.5份，分子筛1份，硅酸盐水泥1份。将混合均匀的原料，在25MPa压力下，保压3min,脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
实施例3
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，NaOH 0.1份，分子筛5份，硅酸盐水泥1份，将混合均匀的原料，在25MPa压力下，保压3min,脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
实施例4
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，NaCl 0.1份，硅藻土5份，氧化镁水泥1份，将混合均匀的原料，在25MPa压力下，保压3min,脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
实施例5
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，Na2CO3 0.1份，二氧化硅5份，铁胶泥1份，将混合均匀的原料，在30MPa压力下，保压2min，脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入80％CO2气体，碳化压力0.1MPa，碳化湿度60％RH，碳化温度60℃，碳化60h得到碳化砖。
实施例6
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料80份，水9份，CaSO40.5份，分子筛8份，硅酸盐水泥3份，将混合均匀的原料，在10MPa压力下，保压5min,脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
对比例1
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，将混合均匀的原料，在25MPa压力下，保压3min，脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
对比例2
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，NaOH 0.1份，将混合均匀的原料，在25MPa压力下，保压3min，脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
对比例3
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，分子筛1份，将混合均匀的原料，在25MPa压力下，保压3min，脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
对比例4
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，硅酸盐水泥1份，将混合均匀的原料，在25MPa压力下，保压3min，脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
对比例5
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，NaOH 0.1份，分子筛1份，将混合均匀的原料，在25MPa压力下，保压3min，脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
对比例6
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，NaOH 0.1份，硅酸盐水泥1份，将混合均匀的原料，在25MPa压力下，保压3min，脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
对比例7
一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖：
钢渣粉料100份，水10份，分子筛1份，硅酸盐水泥1份，将混合均匀的原料，在25MPa压力下，保压3min，脱模得到湿坯；将湿坯放置于碳化罐中，通入99.99％CO2气体，碳化压力0.02MPa，碳化湿度96％RH，碳化温度50℃，碳化48h得到碳化砖。
上述案例具体实施例及对比例得到的钢渣砖的性能参数如下表1所示：
表1碳化砖的性能参数
通过表1可以看出，相比于纯钢渣粉料和添加激发剂、无机多孔材料、无机胶黏剂的一种或两种，加入激发剂、无机多孔材料和胶粘剂后，碳化砖的固碳量和抗折抗压强度得到明显提高。本发明通过向钢渣原料中添加激发剂、无机多孔材料和胶粘剂，利用激发剂提高钢渣中金属阳离子浸出率的化学作用、多孔无机材料为CO2提供扩散通道和无机胶粘剂对钢渣粘结性的物理作用，发挥三者协同效果，优化碳化过程，提高碳化程度，在增加固碳量的同时，提高碳化砖的强度。
最后说明，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (10)
1.一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖，其特征在于，按质量百分数计，原料包括：钢渣粉料80-100份、水9-15份、激发剂0.1-1份、多孔无机材料1-10份、无机胶粘剂1-10份。
2.根据权利要求1所述的一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖，其特征在于，所述激发剂包括Ca(OH)2、MgCl2、Na2CO3、NaOH、NaCl、CaSO4、稀醋酸、胶质芽孢杆菌中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖，其特征在于，所述多孔无机材料包括硅藻土、二氧化硅、分子筛、石墨烯、金属有机框架中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖，其特征在于，所述无机胶粘剂包括水玻璃、硅酸盐水泥、氧化镁水泥、铁胶泥中的一种。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将钢渣粉料、激发剂、多孔无机材料、无机胶粘剂和水，混合均匀；
b、将混合均匀的原料，在一定压力下，保压一段时间，脱模得到湿坯；
c、将湿坯放置于碳化罐中，通入二氧化碳气体，碳化一定时间得到碳化砖。
6.根据权利要求5所述的一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖的制备方法，其特征在于，在步骤b中，在10-30MPa压力下，保压1-5min。
7.根据权利要求5所述的一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖的制备方法，其特征在于，在步骤c中，CO2的浓度10-100％。
8.根据权利要求5所述的一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖的制备方法，其特征在于，在步骤c中，碳化湿度60-100％RH。
9.根据权利要求5所述的一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖的制备方法，其特征在于，在步骤c中，碳化温度20-60℃。
10.根据权利要求5所述的一种高碳化程度、高强度的钢渣碳化砖的制备方法，其特征在于，在步骤c中，碳化压力0.01-0.1MPa，碳化时间10-72h。
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