CN116553841B - 一种碳固化低钙高镁熟料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种碳固化低钙高镁熟料及其制备方法和应用。本发明的碳固化低钙高镁熟料的矿物组成包括：镁蔷薇辉石75wt％‑95wt％、硅酸二钙5wt％‑20wt％和方镁石0‑5wt％。利用本发明的碳固化低钙高镁熟料制备的碳化制品早期碳化强度高、后期强度持续增长，且具有固碳量大等特点，可广泛应用于室外建筑制品、工艺制品和工程预制构件等。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种碳固化低钙高镁熟料及其制备方法和应用。
背景技术
普通硅酸盐水泥的主要矿物相为硅酸三钙(C3S,50～70％)、硅酸二钙(C2S,15～30％)、铝酸三钙(C3A,5～10％)和铁铝酸四钙(C4AF,5～15％)。C3S作为水泥的主要矿物相之一，烧成温度较高，通常在1450℃。较高的烧成温度和石灰石中碳酸钙的分解导致了水泥行业的高能耗和高排放。
另一方面，我国是水泥生产大国，占据世界生产水泥总量的55％以上。随着水泥产量的持续增加，石灰石作为水泥生产过程中的主要钙质来源，因此对石灰石资源的需求(尤其是高品位石灰石)愈发提高，消耗量逐年上升。而石灰石资源作为不可再生资源，使得我国石灰石储量面临着飞速消耗的局面。高品位石灰石资源的快速消耗，使得低品位高镁石灰石作为新的钙质资源进入人们的视野。高镁石灰石是天然石灰石的一种，在石灰石矿脉形成时，高镁石灰石通常与高钙石灰石交替出现。高镁石灰石中含有大约5-40％的碳酸镁或氧化镁，使用高镁石灰石作为生产水泥的原料时，高镁石灰石中的镁元素通过生料煅烧会进入熟料中并通常以方镁石的形式存在。由于方镁石的水化速度较慢，因此方镁石含量较高的水泥熟料在后期水化时，会产生高达148％的体积膨胀，使混凝土产生膨胀并发生开裂导致破坏。由于使用高镁石灰石作为生产水泥的原料会导致熟料中方镁石膨胀问题难以解决，因此人们通常采用脱白云石化将高镁石灰石作为骨料或者填料、利用高镁石灰石作为辅助性胶凝材料、将高镁石灰石磨细替代水泥等，但是这些利用途径的利用率及附加值较低。如何高效、高值使用低品位高镁石灰石替代高品位石灰石应用在新型水泥熟料生产中，对水泥行业的快速发展具有重要意义。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳固化低钙高镁熟料及其制备方法和应用，以解决或改善高镁石灰石利用率及附加值较低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳固化低钙高镁熟料，所述碳固化低钙高镁熟料的矿物组成包括：镁蔷薇辉石75wt％-95wt％、硅酸二钙5wt％-20wt％和方镁石0-5wt％。
本发明还提供了一种如上所述的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，其采用下述技术方案：如上所述的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：(1)将高镁石灰石和河砂混匀，粉磨，得到生料粉；(2)对所述生料粉进行压片，得到生料片；(3)对所述生料片进行煅烧；(4)急冷至室温，即得所述碳固化低钙高镁熟料。
优选地，按质量百分数计，所述生料粉中包括高镁石灰石70wt％-80wt％和河砂20wt％-30wt％。
优选地，所述高镁石灰石中MgO的含量为10wt％-15wt％。
优选地，所述高镁石灰石和河砂包括下述组分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO；所述高镁石灰石中，CaO的含量为30wt％-50wt％，MgO的含量为10wt％-15wt％，SiO2的含量小于5wt％，Fe2O3的含量小于5wt％，Al2O3的含量小于5wt％；所述河砂中的SiO2的含量为55wt％-90wt％，CaO的含量为5wt％-15wt％，Al2O3的含量为5wt％-15wt％，Fe2O3的含量小于5wt％，MgO的含量小于5wt％。
优选地，步骤(1)中，所述生料粉的粒度≤75μm。
优选地，步骤(3)中，所述煅烧的温度为1200-1300℃，煅烧的时间为1-2h。
优选地，步骤(4)中，所述急冷时，降温的速度≥500℃/min。
本发明还提供了如上所述的碳固化低钙高镁熟料的应用，其采用下述技术方案：如上所述的碳固化低钙高镁熟料在CO2固定中的应用。
本发明还提供了一种碳固化低钙高镁熟料的碳化制品，其采用下述技术方案：所述碳固化低钙高镁熟料的碳化制品通过对上所述的碳固化低钙高镁熟料进行碳化制备得到。
优选地，所述低钙高镁熟料的碳化制品采用包括下述步骤的方法制备得到：(1)将所述碳固化低钙高镁熟料与水混合均匀；(2)将经步骤(1)处理得到的混合物置于模具中，压制成型，得到成型件；(3)将所述成型件置于容器中，向所述容器中通入CO2进行碳化，即得所述碳固化低钙高镁熟料的碳化制品。
有益效果：
(1)利用本发明碳固化低钙高镁熟料制备的碳化制品早期碳化强度高、后期强度持续增长，且具有固碳量大等特点，可广泛应用于室外建筑制品、工艺制品和工程预制构件等。
(2)用于制备本发明碳固化低钙高镁熟料的生料粉中，高镁石灰石掺量最高可达80％，可大规模利用高镁石灰石，缓解高品位石灰石资源紧张的问题，大大降低企业生产成本。
(3)本发明的碳固化低钙高镁熟料煅烧温度为1200-1300℃，比传统硅酸盐水泥熟料的烧成温度1450℃降低150-250℃。
(4)本发明的碳固化低钙高镁熟料生产过程中二氧化碳、氮氧化物等污染气体排放量比生产传统硅酸盐水泥降低20％以上，使用过程中还能吸收固化约15％的二氧化碳。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例1-11提供的碳固化低钙高镁熟料的XRD图谱。
图2为本发明对比例1-7提供的熟料的XRD图谱。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明针对目前高镁石灰石存在的利用效率低、水泥烧成温度高的问题，提供一种碳固化低钙高镁熟料，碳固化低钙高镁熟料的矿物组成包括：镁蔷薇辉石75wt％-95wt％(例如，75wt％、78wt％、81wt％、84wt％、87wt％、90wt％、93wt％或95wt％)、硅酸二钙5wt％-20wt％(例如，5wt％、7wt％、9wt％、12wt％、15wt％、17wt％或20wt％)和方镁石0-5wt％(例如，0、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％)。其中，镁蔷薇辉石(C3MS2)和硅酸二钙(C2S)矿物碳化提供强度。
本发明的碳固化低钙高镁熟料的矿物以镁蔷薇辉石和硅酸二钙为主，相对于以C3S为主要矿物相的普通硅酸盐水泥，具有更低的钙硅比，有助于降低烧成温度，减小烧成能耗，降低二氧化碳的排放。
此外，本发明的碳固化低钙高镁熟料的碳化制品早期碳化强度高、后期强度持续增长，且具有固碳量大等特点，可广泛应用于室外建筑制品、工艺制品和工程预制件等。
本发明还提出了一种碳固化低钙高镁熟料的制备方法，本发明实施例的制备方法包括以下步骤：(1)将高镁石灰石和河砂混匀，粉磨，得到生料粉；(2)对生料粉进行压片，得到生料片；(3)对生料片进行煅烧；(4)急冷至室温，即得碳固化低钙高镁熟料。其中，步骤(2)通过对生料粉进行压片，有助于增大生料粉之间的接触面积，提高固相反应速度。即，若不通过压片使生料粉压制成型，则生料粉之间接触面积过小，固相反应缓慢。
优选地，步骤(2)中，对生料粉在6MPa条件下进行压片。
本发明优选实施例中，按质量百分数计，生料粉中包括高镁石灰石70wt％-80wt％(例如，70wt％、71wt％、72wt％、73wt％、74wt％、75wt％、76wt％、77wt％、78wt％、79wt％或80wt％)和河砂20wt％-30wt％(例如，20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％、25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％或30wt％)。其中高镁石灰石作为熟料的钙质和镁质来源，河砂作为熟料的硅质来源。若高镁石灰石含量过高，则无法形成镁蔷薇辉石，且有较多的游离方镁石。若高镁石灰石含量过低，则会形成镁黄长石(C2MS2)，碳固化能力及碳化强度均降低。高镁石灰石掺量最高可达80％，可大规模利用高镁石灰石，缓解高品位石灰石资源紧张的问题，大大降低企业生产成本。
本发明优选实施例中，高镁石灰石中MgO的含量为10wt％-15wt％(例如，10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％或15wt％)。
本发明优选实施例中，高镁石灰石和河砂包括下述组分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO；其中SiO2会结合CaO和MgO形成镁蔷薇辉石(C3MS2)和硅酸二钙(C2S)，Al2O3和Fe2O3会以钙铝黄长石(C2AS)等杂质矿物的形式存在，对强度贡献不大，因此需要控制原料中Al2O3和Fe2O3的含量小于15wt％；具体地，高镁石灰石中，CaO的含量为30wt％-50wt％(例如，30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％)，MgO的含量为10wt％-15wt％(例如，10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％或15wt％)，SiO2的含量小于5wt％，Fe2O3的含量小于5wt％，Al2O3的含量小于5wt％；河砂中的SiO2的含量为55wt％-90wt％(例如，55wt％、60wt％、65wt％、70wt％、75wt％、80wt％、85wt％或90wt％)，CaO的含量为5wt％-15wt％(例如，5wt％、8wt％、10wt％、13wt％或15wt％)，Al2O3的含量为5wt％-15wt％(例如，5wt％、7wt％、9wt％、12wt％或15wt％)，Fe2O3的含量小于5wt％，MgO的含量小于5wt％。
本发明优选实施例中，步骤(1)中，生料粉的粒度≤75μm。若生料粉粒度过大，则生料中原材料粉之间的接触面积较小，颗粒内部传质困难，无法充分进行固相反应，熟料无法形成足够数量的镁蔷薇辉石和硅酸二钙，碳化强度较低。
本发明优选实施例中，步骤(3)中，煅烧的温度为1200-1300℃(例如，1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃、1250℃、1260℃、1270℃、1280℃、1290℃或1300℃)，煅烧的时间为1-2h(例如，1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h)。若煅烧温度过低或煅烧时间过短，则不足以发生固相反应或固相反应时间过短，无法形成足够数量的镁蔷薇辉石或硅酸二钙；若煅烧温度过高，则熟料会发生熔融，不利于熟料安全生产运行。本发明的碳固化低钙高镁熟料的煅烧温度为1200-1300℃，比传统硅酸盐水泥熟料的烧成温度(1450℃)，降低了150-250℃。本发明的碳固化低钙高镁熟料生产过程中二氧化碳、氮氧化物等污染气体排放量可比生产传统硅酸盐水泥降低20％以上。
本发明优选实施例中，步骤(4)中，急冷时，降温的速度≥500℃/min。若降温速度过低，则硅酸二钙发生晶型转变(β-C2S转化为γ-C2S)，造成熟料后期力学性能增长缓慢。
本发明还提出了碳固化低钙高镁熟料的应用，本发明实施例的碳固化低钙高镁熟料在CO2固定中的应用。
本发明还提出了一种碳固化低钙高镁熟料的碳化制品，本发明实施例的碳固化低钙高镁熟料的碳化制品通过对如上所述的碳固化低钙高镁熟料进行碳化制备得到。
本发明的碳固化低钙高镁熟料的碳化制品的优选实施例中，碳固化低钙高镁熟料的碳化制品采用包括下述步骤的方法制备得到：(1)将碳固化低钙高镁熟料与水混合均匀；(2)将经步骤(1)处理得到的混合物置于模具中，压制成型，得到成型件；(3)将成型件置于容器中，向容器中通入CO2进行碳化，即得碳固化低钙高镁熟料的碳化制品。
本发明的碳固化低钙高镁熟料的碳化制品的优选实施例中，步骤(1)中，水的用量为碳固化低钙高镁熟料的10％；步骤(2)中，成型的压力为4MPa；步骤(3)中，碳化的时间为1-24h；CO2的浓度为99.9％，压力为0.3MPa。
下面通过具体实施例对本发明的碳固化低钙高镁熟料及其制备方法和应用进行详细说明。
下面实施例中所用到的高镁石灰石和河砂取自河南千业新材料有限公司，原料的化学成分如下表1所示：
表1：原料的化学成分(wt.％)
实施例1
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分数，将20％河砂和80％高镁石灰石充分混合均匀、粉磨，得到生料粉(生料粉的粒度≤75μm)；
(2)称取一定质量的生料粉装入模具中，在6MPa的压力下压制，得到直径为30mm，高度为10mm的生料片。
(3)对经步骤(2)处理所得生料片在1200℃下煅烧2h；
(4)煅烧结束后，以≥500℃/min的速度冷却至室温，即得本实施例的碳固化低钙高镁熟料。
实施例2
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分数，将20％河砂和80％高镁石灰石充分混合均匀、粉磨，得到生料粉(生料粉的粒度≤75μm)；
(2)称取一定质量的生料粉装入模具中，在6MPa的压力下压制，得到直径为30mm，高度为10mm的生料片。
(3)对经步骤(2)处理所得生料片在1260℃下煅烧2h；
(4)煅烧结束后，以≥500℃/min的速度冷却至室温，即得本实施例的碳固化低钙高镁熟料。
实施例3
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分数，将20％河砂和80％高镁石灰石充分混合均匀、粉磨，得到生料粉(生料粉的粒度≤75μm)；
(2)称取一定质量的生料粉装入模具中，在6MPa的压力下压制，得到直径为30mm，高度为10mm的生料片。
(3)对经步骤(2)处理所得生料片在1300℃下煅烧2h；
(4)煅烧结束后，以≥500℃/min的速度冷却至室温，即得本实施例的碳固化低钙高镁熟料。
实施例4
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分数，将25％河砂和75％高镁石灰石充分混合均匀、粉磨，得到生料粉(生料粉的粒度≤75μm)；
(2)称取一定质量的生料粉装入模具中，在6MPa的压力下压制，得到直径为30mm，高度为10mm的生料片。
(3)对经步骤(2)处理所得生料片在1200℃下煅烧2h；
(4)煅烧结束后，以≥500℃/min的速度冷却至室温，即得本实施例的碳固化低钙高镁熟料。
实施例5
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分数，将25％河砂和75％高镁石灰石充分混合均匀、粉磨，得到生料粉(生料粉的粒度≤75μm)；
(2)称取一定质量的生料粉装入模具中，在6MPa的压力下压制，得到直径为30mm，高度为10mm的生料片。
(3)对经步骤(2)处理所得生料片在1260℃下煅烧2h；
(4)煅烧结束后，以≥500℃/min的速度冷却至室温，即得本实施例的碳固化低钙高镁熟料。
实施例6
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分数，将25％河砂和75％高镁石灰石充分混合均匀、粉磨，得到生料粉(生料粉的粒度≤75μm)；
(2)称取一定质量的生料粉装入模具中，在6MPa的压力下压制，得到直径为30mm，高度为10mm的生料片。
(3)对经步骤(2)处理所得生料片在1300℃下煅烧2h；
(4)煅烧结束后，以≥500℃/min的速度冷却至室温，即得本实施例的碳固化低钙高镁熟料。
实施例7
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分数，将30％河砂和70％高镁石灰石充分混合均匀、粉磨，得到生料粉(生料粉的粒度≤75μm)；
(2)称取一定质量的生料粉装入模具中，在6MPa的压力下压制，得到直径为30mm，高度为10mm的生料片。
(3)对经步骤(2)处理所得生料片在1200℃下煅烧2h；
(4)煅烧结束后，以≥500℃/min的速度冷却至室温，即得本实施例的碳固化低钙高镁熟料。
实施例8
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分数，将30％河砂和70％高镁石灰石充分混合均匀、粉磨，得到生料粉(生料粉的粒度≤75μm)；
(2)称取一定质量的生料粉装入模具中，在6MPa的压力下压制，得到直径为30mm，高度为10mm的生料片。
(3)对经步骤(2)处理所得生料片在1260℃下煅烧2h；
(4)煅烧结束后，以≥500℃/min的速度冷却至室温，即得本实施例的碳固化低钙高镁熟料。
实施例9
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分数，将30％河砂和70％高镁石灰石充分混合均匀、粉磨，得到生料粉(生料粉的粒度≤75μm)；
(2)称取一定质量的生料粉装入模具中，在6MPa的压力下压制，得到直径为30mm，高度为10mm的生料片。
(3)对经步骤(2)处理所得生料片在1300℃下煅烧2h；
(4)煅烧结束后，以≥500℃/min的速度冷却至室温，即得本实施例的碳固化低钙高镁熟料。
实施例10
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分数，将25％河砂和75％高镁石灰石充分混合均匀、粉磨，得到生料粉(生料粉的粒度≤75μm)；
(2)称取一定质量的生料粉装入模具中，在6MPa的压力下压制，得到直径为30mm，高度为10mm的生料片。
(3)对经步骤(2)处理所得生料片在1200℃下煅烧1h；
(4)煅烧结束后，以≥500℃/min的速度冷却至室温，即得本实施例的碳固化低钙高镁熟料。
实施例11
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分数，将30％河砂和70％高镁石灰石充分混合均匀、粉磨，得到生料粉(生料粉的粒度≤75μm)；
(2)称取一定质量的生料粉装入模具中，在6MPa的压力下压制，得到直径为30mm，高度为10mm的生料片。
(3)对经步骤(2)处理所得生料片在1200℃下煅烧1h；
(4)煅烧结束后，以≥500℃/min的速度冷却至室温，即得本实施例的碳固化低钙高镁熟料。
实施例12碳固化低钙高镁熟料的应用
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的应用：将实施例1-11制备得到的碳固化低钙高镁熟料分别用于CO2的固定。
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的碳化制品，通过分别对实施例1-11制备得到的碳固化低钙高镁熟料进行碳化制备得到。
本实施例的碳固化低钙高镁熟料的碳化制品采用包括下述步骤的方法制备得到：(1)将实施例1-11煅烧好的碳固化低钙高镁熟料粉末分别与10％的水(水的用量为碳固化低钙高镁熟料粉末质量的10％)充分混合10min；
(2)然后将经步骤(1)处理所得混合物分别置于20mm×20mm×40mm的模具中，在成型压力4MPa的条件下保压1min，将混合物压成20mm×20mm×20mm的试块；
(3)将经步骤(2)处理所得试块放入反应釜中，排尽反应釜中的空气，关闭排气阀，并将CO2(纯度为99.9％)通入反应釜中，加压至0.3MPa，碳化不同时间。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于：煅烧温度为1100℃；其余均与实施例1保持一致。
对比例2
本对比例与实施例4的区别仅在于：煅烧温度为1100℃；其余均与实施例4保持一致。
对比例3
本对比例与实施例7的区别仅在于：煅烧温度为1100℃；其余均与实施例7保持一致。
对比例4
本对比例与实施例1的区别仅在于：15％河砂和85％高镁石灰石；其余均与实施例1保持一致。
对比例5
本对比例与实施例1的区别仅在于：35％河砂和65％高镁石灰石；其余均与实施例1保持一致。
对比例6
本对比例与实施例3的区别仅在于：15％河砂和85％高镁石灰石；其余均与实施例3保持一致。
对比例7
本对比例与实施例3的区别仅在于：35％河砂和65％高镁石灰石；其余均与实施例3保持一致。
实施例
1、对实施例1-11的碳固化低钙高镁熟料及对比例1-9熟料的XRD图谱进行测试：
测试方法：将碳固化低钙高镁熟料磨细过200目筛子，采用high-resolutionpowdered X-ray diffractometer(XRD，Cu靶)进行XRD测试分析。测试在45KV，200mA下扫描速度10(°)/min，扫描范围10-70°进行。采用ZnO作为内标，使用Rietveld全谱拟合方法进行定量分析。
测试结果如图1和表1所示：
表1碳固化低钙高镁熟料的矿物组成
由图1可知：随着河砂掺量的提高，熟料的矿物相由硅酸二钙、镁蔷薇辉石和方镁石逐渐转变为较高纯度的镁蔷薇辉石，镁蔷薇辉石的含量极大提高。煅烧温度也极大的影响了熟料的固相反应，随着煅烧温度的提高，使得生料粉之间的反应更加充分从而减少游离方镁石的含量。与此同时，保温时间的延长，也较大的影响了熟料物相的组成。保温时间的延长，导致生料有充足的时间进行固相反应，保证生料粉拥有充足的传质时间，提高镁蔷薇辉石的含量。
由图2可知：当煅烧温度过低时(对比例1-3)，即使是在合适的高镁石灰石和河砂比例下，依然无法发生形成镁蔷薇辉石的固相反应，生料中的氧化钙和氧化镁无法与二氧化硅结合形成镁蔷薇辉石，此时熟料中的主要物相为β-硅酸二钙、游离氧化钙和游离氧化镁。并且随着河砂掺量的增加，熟料中的游离氧化镁和游离氧化钙含量减少，硅酸二钙的含量增加，但由于煅烧温度的不足，仍无法形成镁蔷薇辉石。当河砂掺量过少时(对比例4和对比例6)，由于河砂掺量过低，致使生料中的二氧化硅较少。此时高镁石灰石含量较高，生料中的氧化钙和氧化镁含量较高，没有足够的二氧化硅与之结合形成镁蔷薇辉石，即使提高反应温度，提高固相反应效率，但仍无法解决二氧化硅含量较少的问题。此时对比例中的物相主要为硅酸二钙以及大量的游离氧化钙和游离氧化镁，无法形成镁蔷薇辉石，有安定性问题。当河砂掺量过高时(对比例5和对比例7)，由于河砂掺量较高，因此高镁石灰石掺量减少，导致生料中二氧化硅的含量增加，氧化镁和氧化钙的含量减少，致使生料在煅烧过程中氧化钙和氧化镁与二氧化硅的结合方式发生改变，形成镁黄长石，碳化活性显著降低。由于镁黄长石的形成温度较低，因此在较低的温度即可形成大量的镁黄长石。随着煅烧温度的升高，固相反应更加充分，游离氧化镁的衍射峰消失。此时熟料的物相主要为镁黄长石和少量的镁蔷薇辉石，并且随着煅烧温度的升高，结晶性能改善。综上，若改变原材料比例或煅烧温度，均无法形成较高含量的镁蔷薇辉石。
2、对实施例12的碳固化低钙高镁熟料的碳化制品的物理力学性能进行测试：
测试方法：采用YAW-300/20微电脑控制压力试验机对试样的抗压强度进行试验，分别测定碳化1h、8h和24h后的抗压强度，加压速率为0.3mm/min。计算了三个标本的平均值。测试结果如下表2所示：
分别称量约15mg的碳化24h后的粉末样品，采用BJ-HCT-3综合热分析仪(北京恒久科学仪器厂)，在N2气氛下对碳化后的样品进行测试，升温速率10℃/min，测试范围25-1000℃，通过计算500-850℃内的质量损失计算固碳量。测试结果如下表2所示：
表2碳固化低钙高镁熟料的碳化制品的物理力学性能及固碳量
其中，固碳率按照下式计算得到：
上式中：M500℃为试样500℃时的重量，M850℃为试样850℃时的重量，M初为试样初始重量(即，升温前试样的质量——15mg)。
综上所述：在本发明所规定的范围内，采用高镁石灰石和河砂作为原材料，能够煅烧出以镁蔷薇辉石和硅酸二钙矿物为主的碳固化低钙高镁熟料，并且其碳化制品具有较高的强度，可直接进行使用，无需额外的养护。本发明能够大规模利用高镁石灰石，缓解高钙石灰石的过度开发。与此同时其较低的煅烧温度，相较于传统硅酸盐水泥的煅烧过程，能够减少能源消耗，降低CO2排放。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种碳固化低钙高镁熟料，其特征在于，所述碳固化低钙高镁熟料的矿物组成包括：镁蔷薇辉石75wt％-95wt％、硅酸二钙5wt％-20wt％和方镁石0-5wt％。
2.根据权利要求1所述的碳固化低钙高镁熟料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将高镁石灰石和河砂混匀，粉磨，得到生料粉；
(2)对所述生料粉进行压片，得到生料片；
(3)对所述生料片进行煅烧；
(4)急冷至室温，即得所述碳固化低钙高镁熟料；
按质量百分数计，所述生料粉中包括高镁石灰石70wt％-80wt％和河砂20wt％-30wt％；所述高镁石灰石和河砂包括下述组分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO；
所述高镁石灰石中，CaO的含量为30wt％-50wt％，MgO的含量为10wt％-15wt％，SiO2的含量小于5wt％，Fe2O3的含量小于5wt％，Al2O3的含量小于5wt％；
所述河砂中的SiO2的含量为55wt％-90wt％，CaO的含量为5wt％-15wt％，Al2O3的含量为5wt％-15wt％，Fe2O3的含量小于5wt％，MgO的含量小于5wt％；
步骤(1)中，所述生料粉的粒度≤75μm；
步骤(3)中，所述煅烧的温度为1200-1300℃，煅烧的时间为1-2h；
步骤(4)中，所述急冷时，降温的速度≥500℃/min。
3.如权利要求1所述的碳固化低钙高镁熟料在CO2固定中的应用。
4.一种碳固化低钙高镁熟料的碳化制品，其特征在于，所述碳固化低钙高镁熟料的碳化制品通过对如权利要求1所述的碳固化低钙高镁熟料进行碳化制备得到。
5.如权利要求4所述的碳固化低钙高镁熟料的碳化制品，其特征在于，所述碳固化低钙高镁熟料的碳化制品采用包括下述步骤的方法制备得到：
(1)将所述碳固化低钙高镁熟料与水混合均匀；
(2)将经步骤(1)处理得到的混合物置于模具中，压制成型，得到成型件；
(3)将所述成型件置于容器中，向所述容器中通入CO2进行碳化，即得所述碳固化低钙高镁熟料的碳化制品。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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