CN116730669B - 复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，包括如下步骤：S1、将固废制备成建材坯体；S2、将建材坯体放入到反应釜内，并通入烟气以进行矿化处理；当反应釜内达到一定温度时，结束矿化处理；S3、对矿化处理后的建材坯体进行水热处理，以获得建材制品。本发明基于矿化反应放热的现象，将矿化与水热方式进行耦合，利用前期矿化产生的温度，减少后续水热反应所需的外加热源，达到同时满足经济性和产品性能的需求。

Description

复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法
技术领域
本发明涉及工业固废处理技术领域，尤其涉及一种复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法。
背景技术
随着工业发展步伐的持续加快，钢铁、煤化工、电力、水泥等高碳排放行业每年的排放量已远远超出大气环境可承受的极限，造成了温室效应等严峻的环境问题。与此同时，持续的工业活动伴随着大量固体废弃物的产生，现有的固废处理方式通常包括高温烧结、化学药剂处理、填埋堆存等，这些方式都会面临高能耗、二次污染、无附加利用值等问题。但实际上大多数的固废本身是含有可二次利用的元素的，在经过适当的处理后能产生一定的附加利用值。例如钙基固废中的钢渣、电石渣、矿渣、高炉渣、锰渣、赤泥、镁渣等，以及硅铝基固废中的粉煤灰、玻璃尾砂、建筑垃圾、底灰、红泥、矿石原料等，其中含有的钙、硅、铝等元素在水蒸气、二氧化碳等环境下，能够形成具备一定力学性能的生成物，进而能在消耗固废且捕集二氧化碳的同时，产生高附加值的产品。
现有的固废制备建材产品的方法主要为蒸压和矿化，如专利CN113135704A中提供了一种蒸压条件下利用钢渣粉、尾矿、垃圾焚烧飞灰、废旧水泥等固废原料制备建材产品的方法，专利CN114290504A提供了一种水泥窑尾气矿化强化建筑垃圾制备混凝土制品的方法。但现有的蒸压体系普遍存在高温高能耗的问题，而矿化体系在低温低烟气浓度下，制得的制品强度无法达到要求，后续还需依靠大量骨料及胶凝材料对强度进行支撑，不符合现代生产所需的经济性需求。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，基于矿化反应放热的现象，将矿化与水热方式进行耦合，利用前期矿化产生的温度，减少后续水热反应所需的热量，达到同时满足经济性和产品性能的需求。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将固废制备成建材坯体；
S2、将建材坯体放入到反应釜内，并通入烟气以进行矿化处理；当反应釜内达到一定温度时，结束矿化处理；
S3、对矿化处理后的建材坯体进行水热处理，以获得建材制品；
在步骤S2中，反应釜内达到的一定温度为建材坯体与烟气发生矿化反应过程中自发热可达到的最高温度。
本发明的有益效果在于：
在步骤S2中通过烟气与建材坯体的矿化反应，能在提供建材坯体成型所需的部分热量的同时，实现对烟气中二氧化碳的消耗，进而实现了固废、废气的再利用，达到节约能源、保护环境的目的；然后通过步骤S3进一步对具有一定温度的建材坯体进行水热处理，既避免了因矿化处理温度过低导致的制品强度不高的问题，又能利用矿化产生的温度，减少水热过程中所需要的热量，进而减少所需添加的蒸汽量，降低固废处理成本，达到同时满足经济性和产品高强度性能的需求。
在矿化反应的过程中，建材坯体与烟气反应的自发热现象会使反应釜内的温度持续上升；当矿化反应结束的瞬间，即自发热结束时，反应釜内的温度会达到最高值，而后反应釜内的温度会伴随着反应的结束开始逐渐下降。因此，为了最大化利用矿化产生的热量，减少后续水热反应所需的热量，可将矿化与水热的耦合时间点设定为矿化反应自发热结束的时间点。具体操作时，可通过监测矿化反应过程中反应釜的实时温度，当实时温度出现降温现象时即可判定该时间点为矿化反应自发热结束的时间点，即反应釜内达到矿化反应的最高温度，此时，结束矿化处理并进行水热处理，即可最大化利用矿化反应产生的热量。
进一步来说，在步骤S3中，水热处理所需的最小蒸汽热量为：
Qmin={1.1483×107×d2×(d1+d2)×L+3.1651×105×d3×(d1+2d2+d3)×L+(1328.7+348.78n) ×[1-1273.89×m/(ρ×d1 2×L)]×V+4200×m×(103×w+18×a3×k3×103/74)+8.4×m×a1×105-8.4×m×a1×k1×105+8.4×m×a2×105-8.4×m×a2×k2×105+1.142×m×a3×106-1.142×m×a3×k3×106+1.106×m×106×a3×k3+9.51×m×105×a1×k1+1.075×m×106×a2×k2+7.3355×105×m×(1-w-a1-a2-a3)+2.515×105×m×a1×k1+1.897×105×m×a2×k2}×(T1-T0)-6.7117×108×m×a1×k1-6.1654×108×m× a2×k2-1.5384×109×m×a3×k3；
其中，d1为反应釜内径，d2为反应釜壁厚，d3为反应釜内保温岩棉厚度，L为反应釜长，m为反应釜内建材坯体的总质量，n为烟气中二氧化碳的体积占比，ρ为建材制品的密度，V为反应釜容积，w为建材坯体的含水率，T1为水热处理时水热反应的温度，T0为反应釜的初始温度，a1、a2、a3分别为建材坯体中硅酸二钙、硅酸三钙、氢氧化钙的质量占比，k1、k2、k3分别为硅酸二钙、硅酸三钙、氢氧化钙的反应常数。
发明人结合长期研发工作所获得的经验，通过对影响蒸汽热的各参数的研究推演得出了在矿化耦合水热体系下，水热处理所需的最小蒸汽热的理论计算公式，进而能在对不同固废配方进行处理时，均能通过该公式计算出水热处理所需的最小蒸汽热，从而为水热处理时所需通入的蒸汽用量提供参考依据。同时，基于不同固废原料体系限定了矿化后建材坯体中的钙硅质量比的范围，以及限定产品获得理想性能的最佳区间。在实验论证的过程中，采用该公式计算出的最小蒸汽热作为实际蒸汽热时，能在平衡矿化最大自发热量与水热最小蒸汽补充量的同时，满足产品高强性能与最低成本的需求。
进一步来说，水热反应的温度T1为160~180℃。水热反应的温度在160~180℃是发明人通过大量研发验证获得的经验值，在该温度范围内，产品的力学性能能得到最大限度的提升。
进一步来说，在步骤S2中，矿化处理后的建材坯体中的钙、硅的质量比为0.2~0.9:1。
发明人通过大量的研发验证，当矿化处理后的建材坯体的钙硅比为0.2~0.9:1时，建材坯体中的碳酸钙晶种相对较高，且碳酸钙晶种对于后续水热过程中，水化硅酸钙向硬硅钙石转变的促进作用相对较强。因此，当矿化处理后的建材坯体的钙硅比为0.2~0.9:1时，该建材坯体能在后续充分的水热处理下获得较好的力学性能。
进一步来说，在步骤S2中，矿化处理后的建材坯体中的钙、硅的质量比为0.3~0.7:1。
更进一步来说，在步骤S2中，矿化处理后的建材坯体中的钙、硅的质量比为0.4~0.7:1。
更进一步来说，在步骤S2中，矿化处理后的建材坯体中的钙、硅的质量比为0.5~0.6:1。
进一步来说，在步骤S1中，将固废制备成建材坯体包括如下步骤：
将固废原料混合，并加入水搅拌成混合浆料；
将混合浆料进行预成型处理，以获得预成型坯体；
对预成型坯体进行成型压制，以获得建材坯体；
其中，所述固废原料包括钙质固废和硅铝质固废，且所述钙质固废、硅铝质固废的质量比为5~45:15~65；预成型处理可采用流浆法、抄取法、浇筑法、压制法中的一种。
更进一步来说，在预成型处理过程中，可以通过抽真空或压滤的方式对混合浆料进行脱水。在成型压制的过程中，需对成型压制后的预成型坯体进行预养护处理，以获得建材坯体。
进一步来说，所述钙质固废包括钢渣、电石渣、污泥或垃圾焚烧飞灰、硫脲渣、矿渣、废旧水泥、赤泥、镁渣、磷矿渣、锂矿渣以及含钙固废烧结后的产物中的至少一种；所述硅铝质固废包括粉煤灰、玻璃尾砂、大渣灰、炉渣、红泥、建筑垃圾、污泥或垃圾焚烧底灰、石英砂、含硅淤泥中的至少一种。
进一步来说，所述固废原料还包括外加材料，且所述钙质固废、硅铝质固废和外加材料的质量比为5~45:15~65:5~15。
进一步来说，所述外加材料包括纤维、硅灰石、膨润土、蛭石、硅藻土、骨料中的至少一种。
进一步来说，所述骨料包括再生骨料、天然骨料中的至少一种；所述纤维包括植物纤维、矿物纤维、合成纤维、无机纤维和再生纤维中的至少一种；其中，所述植物纤维包括针叶木纤维、阔叶木纤维、棉麻纤维、果实纤维中的至少一种；所述矿物纤维包括石棉纤维；所述合成纤维包括绵纶纤维、锦纶纤维、涤纶纤维、腈纶纤维、维纶纤维、丙纶纤维、PVA纤维中的至少一种；所述无机纤维包括玻璃纤维、金属纤维中的至少一种；所述再生纤维包括废纸纤维、再生口罩纤维、粘胶纤维中的至少一种。
进一步来说，所述混合浆料的含水率为65~85%，预成型坯体的含水率为40~55%，压制成型后的建材坯体含水率为25~45%。
进一步来说，所述烟气中的二氧化碳的体积占比为8~99%。
进一步来说，在步骤S2中，矿化处理时，反应釜内的矿化压强为0.1~2Mpa。
进一步来说，在步骤S3中，水热处理包括向反应釜内通入水蒸气，以使反应釜内温度持续上升至水热反应的温度T1，然后进行水热养护，养护时间控制在1~24小时。
附图说明
图1为本发明实施例1的制品的X射线衍射图；
图2为本发明实施例8的制品的X射线衍射图；
图3为本发明实施例9的制品的X射线衍射图。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明的一种复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，包括如下步骤：
S1、将固废制备成建材坯体；
S2、将建材坯体放入到反应釜内，并通入烟气以进行矿化处理；当反应釜内达到一定温度时，结束矿化处理；
S3、对矿化处理后的建材坯体进行水热处理，以获得建材制品。
其中，步骤S1包括：
S11、将固废原料混合，并加入水搅拌成混合浆料。具体操作时，将固废原料泵送至混料罐中进行混合，混合时由水罐泵送一定量的水，并通过搅拌装置搅拌均匀，形成混合浆料；搅拌装置的转速为200~350r/min，搅拌时间为10~30min；
S12、将混合浆料进行预成型处理，以获得预成型坯体。预成型处理可采用流浆法、抄取法、浇筑法、压制法中的一种；且在预成型处理的过程中，可通过抽真空或压滤的方式对混合浆料进行脱水处理，以使预成型坯体的含水率符合要求；
示例性地，采用流浆法结合抽真空方式的具体操作为：将混合均匀的浆料均匀地流放至毛布皮带上，毛布皮带下方设置滤水区和真空滤水区，在真空滤水区设置多个真空吸盘，流浆的坯体先经过滤水区滤水后，再经过真空滤水区，经由真空滤水区内设置的多个真空吸盘的泵吸，以将坯体的水分抽取至设定的含水率。
S13、对预成型坯体进行成型压制，圆筒压制成坯体，坯体在压机下进行压制，压力控制为5~30Mpa，保压时间为500~1200s；
S14、将成型压制后的坯体放入恒温恒湿房内进行预养护处理，以获得建材坯体；其中，预养护温度为20~60℃，预养护湿度为70~96%，预养护时间控制在5~15h。
需要注意的是，在步骤S11中，水罐泵送的水量是根据固废配方及建材制品的类型决定的，一般控制加水后的混合浆料的含水率为65~85%。在步骤S12中，水份泵抽处理时的抽水量是根据建材制品的类型决定的，一般控制水份泵抽处理后的预成型坯体的含水率为40~55%。在步骤S13中，压制成型后的坯体含水率为25~45%。
步骤S2具体包括：将预养护处理后的建材坯体放入反应釜内，并使建材坯体在反应釜内的空间填充占比（釜内填充率）为5~60%；关闭反应釜进料口（即建材坯体的入釜进口），然后打开反应釜上的CO2烟气气阀；通入烟气后，使釜内压强达到矿化压强，并控制矿化反应过程中的釜内压强保持恒定；当反应釜内的温度达到一定温度时，关闭CO2烟气气阀，此时，反应釜内形成矿化后的建材坯体。
步骤S3具体包括：打开反应釜上的蒸汽阀门，以向反应釜内通入水蒸气，并使反应釜内温度持续上升至T1（即水热反应的温度），然后进行水热养护，养护时间控制在1~24h；当水热养护完成后，关闭蒸汽阀门；然后当反应釜内的温度及气压达到安全值后，开釜取出建材制品。
在一些实施例中，所述固废原料包括钙质固废和硅铝质固废，且钙质固废、硅铝质固废的质量比为5~45:15~65。
在一些实施例中，所述钙质固废包括钢渣、电石渣、污泥或垃圾焚烧飞灰、硫脲渣、矿渣、废旧水泥、赤泥、镁渣、磷矿渣、锂矿渣以及含钙固废烧结后的产物中的至少一种。所述硅铝质固废包括粉煤灰、玻璃尾砂、大渣灰、炉渣、红泥、建筑垃圾、污泥或垃圾焚烧底灰、石英砂、含硅淤泥中的至少一种。
在一些实施例中，所述固废原料还包括外加材料，且钙质固废、硅铝质固废和外加材料的质量比为5~45:15~65:5~15。
在一些实施例中，所述外加材料包括纤维、硅灰石、膨润土、蛭石、硅藻土、骨料中的至少一种。
具体的，所述骨料包括再生骨料、天然骨料中的至少一种。纤维包括植物纤维、矿物纤维、合成纤维、无机纤维和再生纤维中的至少一种。其中，所述植物纤维包括针叶木纤维、阔叶木纤维、棉麻纤维、果实纤维中的至少一种；所述矿物纤维包括石棉纤维；所述合成纤维包括绵纶纤维、锦纶纤维、涤纶纤维、腈纶纤维、维纶纤维、丙纶纤维、PVA纤维中的至少一种；所述无机纤维包括玻璃纤维、金属纤维中的至少一种；所述再生纤维包括废纸纤维、再生口罩纤维、粘胶纤维中的至少一种。
在一些实施例中，烟气为炼铝厂、燃煤电厂、垃圾焚烧厂、石灰窑、钢铁厂、化工厂或水泥厂排放的烟气中的至少一种，且烟气中的二氧化碳的体积占比为8~99%。
在一些实施例中，在步骤S2中，矿化处理时，反应釜内的矿化压强为0.1~2Mpa。
在矿化反应的过程中，建材坯体与烟气反应的自发热现象会使反应釜内的温度持续上升；当反应结束的瞬间，即自发热结束时，反应釜内的温度会达到最高值，而后反应釜内的温度会伴随着反应的结束开始逐渐下降。因此，为了最大化利用矿化产生的热量，减少后续水热反应所需的热量，可将矿化与水热的耦合时间点设定为矿化反应自发热结束的时间点。具体操作时，可通过监测矿化反应过程中反应釜的实时温度，当实时温度出现降温现象时即可结束矿化处理并进行水热处理。即步骤S2中，反应釜内达到的一定温度为建材坯体与烟气发生矿化反应时自发热产生的最高温度。
基于最大化利用矿化自发热量，发明人结合长期研发工作所获得的经验，通过对影响蒸汽热的各参数的研究推演得出了在矿化耦合水热体系下，水热处理所需的最小蒸汽热的理论计算公式，进而能在对不同固废配方进行处理时，均能通过该公式计算出水热处理所需的最小蒸汽热，以为水热处理时所需通入的蒸汽用量提供参考依据。水热处理所需的最小蒸汽热量的理论计算公式如下：
Qmin={1.1483×107×d2×(d1+d2)×L+3.1651×105×d3×(d1+2d2+d3)×L+(1328.7+348.78n) ×[1-1273.89×m/(ρ×d1 2×L)]×V+4200×m×(103×w+18×a3×k3×103/74)+8.4×m×a1×105-8.4×m×a1×k1×105+8.4×m×a2×105-8.4×m×a2×k2×105+1.142×m×a3×106-1.142×m×a3×k3×106+1.106×m×106×a3×k3+9.51×m×105×a1×k1+1.075×m×106×a2×k2+7.3355×105×m×(1-w-a1-a2-a3)+2.515×105×m×a1×k1+1.897×105×m×a2×k2}×(T1-T0)-6.7117×108×m×a1×k1-6.1654×108×m× a2×k2-1.5384×109×m×a3×k3；
其中，Qmin为最小蒸汽热量（单位为J），d1为反应釜内径（单位为m），d2为反应釜壁厚（单位为m），d3为反应釜内保温岩棉厚度（单位为m），L为反应釜长（单位为m），m为反应釜内建材坯体的总质量（单位为t），n为烟气中二氧化碳的体积占比，ρ为建材制品的密度（单位为kg/m3），V为反应釜容积（单位为m3），w为建材坯体的含水率，T1为水热处理时水热反应的温度（单位为℃），T0为反应釜的初始温度（单位为℃，通常为室温，如20℃），a1、a2、a3分别为建材坯体中硅二钙、硅酸三钙、氢氧化钙的质量占比，k1、k2、k3分别为硅二钙、硅酸三钙、氢氧化钙的反应常数。计算时，按照所提供的各参数单位的数值代入公式中，进行数值计算（即计算过程中不涉及单位运算）。
在该公式中，d1、d2、d3、L、V是考量了反应容器对自发热的影响；m、w、ρ是考量了建材制品的性能对自发热的影响；a1、a2、a3及k1、k2、k3是考量了不同固废配方中硅二钙、硅酸三钙、氢氧化钙含量不同（不同固废配方的矿化反应产生的热量不同）对自发热的影响；T1、T0是考量了温度对自发热的影响。基于该公式，能够得出各固废配方下矿化后所需补充的最小蒸汽热量，实际生产中补充的蒸汽热量应以不低于该最小蒸汽热量为准，以保证最终制品的性能。通常，实际生产中可直接按照该公式计算获得的最小蒸汽热量进行蒸汽的补充，从而能在蒸汽成本最小化维度上降低生产成本，同时也避免通入蒸汽量过多而影响制品性能。
在该公式中，水热反应的温度T1设定为160~180℃。该温度范围是发明人通过大量研发验证出的水热反应的最佳温度，在该温度范围内，最终制得的建材制品的力学性能最佳。
同时，发明人通过对生产本发明的建材制品的固废配方进行了大量的研发验证，最终发现当矿化反应后矿化产物中的钙硅比为0.2~0.9:1，优选为0.3~0.7:1，更优选为0.4~0.7:1，更进一步优选为0.5~0.6:1时，经矿化处理后的矿化产物中的碳酸钙晶种相对最高，且碳酸钙晶种对于后续水热过程中，水化硅酸钙向硬硅钙石转变的促进作用相对最强，这样能够使得经矿化反应的矿化产物能得到充分的水热反应，以使最终的建材制品获得理想的力学性能。
实施例1
以钢厂的钢渣、电厂的电石渣、水泥厂淘汰的废旧水泥作为钙质固废，以玻璃厂的玻璃尾砂、热电厂的粉煤灰作为硅铝质固废，以垃圾焚烧厂的烟气作为矿化烟气；并市购针叶木纤维、阔叶木纤维、膨润土、蛭石作为外加材料。需要注意的是，下述实施例中所用的钢渣、电石渣、废旧水泥、玻璃尾砂、粉煤灰的平均粒径均在200~300目之间，膨润土的平均粒径为300目左右，蛭石的平均粒径为325目左右。
然后通过X射线荧光分析（XRF）检测钢渣、电石渣、玻璃尾砂、粉煤灰、废旧水泥、矿化烟气的成分，检测结果如表1至表6所示。需要说明的是，由于XRF只能表示各元素的组成，且以氧化物作为展现形式，但是并不能表示物料中的实际物相组成。例如钙元素虽然在XRF中显示为氧化钙，但实际存在形式可以是硅酸二钙、硅酸三钙、氢氧化钙等，具体需根据物料的实际组分来看。
表1 钢渣化学组成（质量分数）
表2 电石渣化学组成（质量分数）
表3 玻璃尾砂化学组成（质量分数）
表4 粉煤灰化学组成（质量分数）
表5 废水泥化学组成（质量分数）
表6 垃圾焚烧厂烟气组成（体积分数）
反应釜参数：内径d1为2m，壁厚d2为0.01m，保温岩棉厚度d3为0.1m，釜长L为31m，反应釜容积V为97.34m3。
建材制品参数：入釜时建材坯体w的含水率约为27%，密度ρ为1400kg/m3，每条釜设置12辆小车，每车装填114块制品，制品尺寸以2440mm×1220mm×8mm计，每釜建材坯体的总质量m为45.61t，釜内填充率为33.5%。
固废参数：硅酸二钙反应常数k1为0.5，硅酸三钙反应常数k2为0.5，氢氧化钙反应常数k3为0.6，其中，
钢渣中，按质量百分比计，硅酸二钙含量为52.14%，硅酸三钙含量为17.92%；
电石渣中，按质量百分比计，氢氧化钙含量为93.7%；
废水泥中，按质量百分比计，硅酸二钙含量为49.18%，硅酸三钙含量为15.15%，氢氧化钙含量为5.48%。
烟气中二氧化碳体积占比为73%，釜内初始温度T0为20℃，水热反应温度T1为180℃。
接着采用本发明的矿化耦合水热的方法制备建材制品，制备步骤如下：
（1）将电石渣、钢渣、玻璃尾砂、针叶木纤维按照25:32:35:8的比例混合均匀，在混合料中加入计量好的水，使混合浆料含水率控制在80%；
（2）将上述混合浆料采用流浆法进行预成型处理，并通过抽真空方式抽去一定量水分，同时用平铲使浆料表面平整，此时坯体初步成型，形成预成型坯体，抽真空后预成型坯体内的含水率约为40%；
（3）将预成型坯体进行成型压制，成型压力控制在20Mpa，保压时间为900s，压制后坯体含水率约为27%；
（4）将上述成型压制的坯体放入恒温恒湿箱中进行预养护，预养护温度为60℃，湿度为96%，养护时间控制在8h；
（5）将上述预养护完成的坯体放入反应釜中，并使坯体在釜内的坯体填充比为33.5%，关闭反应釜进料口，打开CO2烟气气阀，通入烟气后，使釜内压强达到0.6Mpa，控制反应过程中的釜内压强保持恒定，当温度升至121℃时，关闭CO2烟气气阀。
（6）打开蒸汽阀门，通入2010.71kg水蒸气，使釜内达到1.01Mpa后，将温度升至180℃，并进行水热养护，持续反应10h后关闭蒸汽阀门；
（7）当釜内温度达到80℃以下时，开釜取出样品。
需要注意的是，在上述制备过程中，釜内温度达到121℃为按上述固废配方进行矿化反应时放热的最大值，之后釜内会开始出现温度下降。
在该固废配方体系下，矿化自发热能够将釜温升至121℃，相应地，按最小蒸汽热的理论计算公式即可计算出所需补充的最小蒸汽热。在采用最小蒸汽热的理论计算公式时，首先需根据固废配方计算出a1、a2、a3，在本实施例的固废配方中，仅钢渣中含有硅酸二钙、硅酸三钙，电石渣中含有氢氧化钙，相应地，
a1=（1-27%）×52.14%×32/（25+32+35+8），其中，27%为建材坯体的含水率，52.14%为钢渣中硅酸二钙的质量占比，32/（25+32+35+8）为钢渣在建材坯体中的质量占比。
同理，a2=（1-27%）×17.92%×32/（25+32+35+8），其中，27%为建材坯体的含水率，17.92%为钢渣中硅酸三钙的质量占比，32/（25+32+35+8）为钢渣在建材坯体中的质量占比。
a3=（1-27%）×93.7%×25/（25+32+35+8）。其中，27%为建材坯体的含水率，93.7%为电石渣中硅酸三钙的质量占比，25/（25+32+35+8）为电石渣在建材坯体中的质量占比。
在计算出a1、a2、a3后，可根据最小蒸汽热的理论计算公式，计算出需要补充的最小蒸汽热为5.63×106KJ，然后按最小蒸汽热换算出需通入的最小蒸汽量（即本实施例的实际蒸汽量）为2010.71kg。
本实施例中使用的蒸汽均为锅炉烧制升温，蒸汽温度可通过锅炉烧制时间的调整进行控制，以使入釜时的蒸汽能提供约2800KJ/kg的热量。需要注意的是，下述实施例中均按2800KJ/kg的热量将蒸汽热换算成对应的蒸汽量。
在计算成本时，由于坯体含水率约为27%，而各原料含水率存在差异，为了方便计算，本实施例统一不计原料含水率。因此，在成本核算时，需统一乘以（1-27%），以将坯体中的水份排除。按照市售蒸汽均价280元/吨计算，每釜需要补充563.00元蒸汽。为了便于直观地比对各实施例的制品成品，按市售电石渣120元/吨，玻璃尾砂90元/吨，钢渣200元/吨，针叶木纤维5700元/吨，则每釜制品的成本（不含机器运营、人工、水）为19924.22元，即一块建材制品成本14.56元。
实施例2
本实施例2与实施例1的区别在于：固废配方不同、水热处理时通入的蒸汽量不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、粉煤灰、针叶木纤维按照20:22:50:8的比例混合均匀。
由于在该固废配方体系下，矿化自发热能够将釜温升至99.86℃，相应地，按最小蒸汽热的理论计算公式，计算出需要补充的最小蒸汽热为7.47×106KJ，然后按最小蒸汽热换算出需通入的最小蒸汽量为2667.86kg。因此，在本实施例中，水热处理时，通入的实际蒸汽量为2667.86kg。
按照市售蒸汽均价280元/吨计算，每釜需要补充747.00元蒸汽。按市售电石渣120元/吨，粉煤灰120元/吨，钢渣200元/吨，针叶木纤维为5700元/吨，则每釜制品的成本（不含机器运营、人工、水）为20191.46元，即一块建材制品成本14.76元。
实施例3
本实施例3与实施例1的区别在于：固废配方不同、水热处理时通入的蒸汽量不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、废水泥、玻璃尾砂、针叶木纤维按照25:30:37:8的比例混合均匀。
由于在该固废配方体系下，矿化自发热能够将釜温升至122.59℃，相应地，按最小蒸汽热的理论计算公式，计算出需要补充的最小蒸汽热为5.50×106KJ，然后按最小蒸汽热换算出需通入的最小蒸汽量为1964.29kg。因此，在本实施例中，水热处理时，通入的实际蒸汽量为1964.29kg。
需要注意的是，由于固废配方中，电石渣、废水泥均含有氢氧化钙，废水泥中硅酸二钙占比49.18%、硅酸三钙占比15.15%、氢氧化钙占比5.48%。因此，在本实施例中的a3为电石渣、废水泥中的氢氧化钙的占比总和。
按照市售蒸汽均价280元/吨计算，每釜需要补充550.00元蒸汽。按市售电石渣120元/吨，玻璃尾砂90元/吨，废水泥350元/吨，针叶木纤维为5700元/吨，则每釜制品的成本（不含机器运营、人工、水）为21336.26元，即一块建材制品成本15.60元。
实施例4
本实施例4与实施例1的区别在于：水热处理时通入的蒸汽量不同。
具体的，水热处理时，通入的蒸汽量为2500kg，相应的，产生的蒸汽热为7.0×106KJ。
实施例5
本实施例5与实施例3的区别在于：水热处理时通入的蒸汽量不同。
具体的，水热处理时，通入的蒸汽量为2500kg，相应的，产生的蒸汽热为7.0×106KJ。
实施例6
本实施例6与实施例1的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、玻璃尾砂、针叶木纤维按照22:30:40:8的比例混合均匀。
实施例7
本实施例7与实施例1的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、玻璃尾砂、针叶木纤维按照25:35:32:8的比例混合均匀。
实施例8
本实施例8与实施例1的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、玻璃尾砂、针叶木纤维按照30:40:22:8的比例混合均匀。
实施例9
本实施例9与实施例1的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、玻璃尾砂、针叶木纤维按照10:12:70:8的比例混合均匀。
实施例10
本实施例10与实施例2的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、粉煤灰、针叶木纤维按照20:18:54:8的比例混合均匀。
实施例11
本实施例11与实施例2的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、粉煤灰、针叶木纤维按照25:20:47:8的比例混合均匀。
实施例12
本实施例12与实施例2的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、粉煤灰、针叶木纤维按照30:30:32:8的比例混合均匀。
实施例13
本实施例13与实施例2的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、粉煤灰、针叶木纤维按照10:10:72:8的比例混合均匀。
实施例14
本实施例14与实施例3的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、废水泥、玻璃尾砂、针叶木纤维按照30:30:32:8的比例混合均匀。
实施例15
本实施例15与实施例3的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、废水泥、玻璃尾砂、针叶木纤维按照22:30:40:8的比例混合均匀。
实施例16
本实施例16与实施例3的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、废水泥、玻璃尾砂、针叶木纤维按照30:40:22:8的比例混合均匀。
实施例17
本实施例17与实施例3的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、废水泥、玻璃尾砂、针叶木纤维按照10:15:67:8的比例混合均匀。
实施例18
本实施例18与实施例1的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、玻璃尾砂、针叶木纤维按照25:33:36:6的比例混合均匀。
实施例19
本实施例19与实施例1的区别在于：固废配方中外加材料不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、玻璃尾砂、阔叶木纤维按照25:32:35:8的比例混合均匀。
实施例20
本实施例20与实施例1的区别在于：固废配方中外加材料不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、玻璃尾砂、膨润土按照25:32:35:8的比例混合均匀。
需要注意的是，膨润土采用造纸专用膨润土，市售价格约为1500元/吨。
实施例21
本实施例21与实施例1的区别在于：固废配方中外加材料不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、玻璃尾砂、蛭石按照25:32:35:8的比例混合均匀。
需要注意的是，蛭石采用造纸专用蛭石，市售价格约为880元/吨。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于：水热处理时通入的蒸汽量不同。
具体的，水热处理时，通入的蒸汽量为1428.57kg，相应的，产生的蒸汽热为4.0×106KJ。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于：水热处理时通入的蒸汽量不同。
具体的，水热处理时，通入的蒸汽量为3035.7kg，相应的，产生的蒸汽热为8.5×106KJ。
对比例3
对比例3与实施例3的区别在于：水热处理时通入的蒸汽量不同。
具体的，水热处理时，通入的蒸汽量为3035.71kg，相应的，产生的蒸汽热为8.5×106KJ。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、玻璃尾砂、针叶木纤维按照70:10:12:8的比例混合均匀。
对比例5
对比例5与实施例1的区别在于：固废配方的配比不同。
具体的，本实施例中固废配方为：电石渣、钢渣、玻璃尾砂、针叶木纤维按照22:28:48:2的比例混合均匀。
以上各实施例和对比例中，除实施例20因膨润土的密度较低导致制品密度降低至1200kg/m3之外，对于其他各实施例和对比例的制品体系而言，物料配比的波动（未添加降密材料）会导致制品密度在1350~1450kg/m3之间波动，制品的厚度在8±0.3mm波动，但密度及厚度波动对最小蒸汽热Qmin的影响可以忽略，因此，除实施例20以外，其他各实施例及对比例的制品密度均按照均值1400kg/m3计。
试验例
对实施例1~21及对比例1~5制得的建材制品进行性能测试，测试结果如表7所示，其中，抗折强度按照GB/T 7019-2014；矿化产物的质量为其在105℃下的质量；成本计算中的原料及蒸汽价格按照市售均价计算，其中，电石渣为120元/吨，粉煤灰为120元/吨，水泥为350元/吨，钢渣为200元/吨，玻璃尾砂为90元/吨，粉煤灰为120元/吨，蒸汽为280元/吨，针叶木纤维为5700元/吨，阔叶木纤维为4700元/吨，膨润土为1500元/吨，蛭石为880元/吨。
表7 实施例1~15及对比例1~5的测试结果
序号 抗折强度（MPa） 固碳率（%） 矿化产物钙硅比 理论最小蒸汽热（KJ） 理论最小蒸汽量（kg） 实际蒸汽量（kg） 成本（元/块）
实施例1 21.27 11.2% 0.58 5.63×106 2010.71 2010.71 14.56
实施例2 19.03 10.7% 0.54 7.47×106 2667.86 2667.86 14.76
实施例3 23.13 11.7% 0.53 5.50×106 1964.29 1964.29 15.60
实施例4 20.82 10.9% 0.58 5.63×106 2010.71 2500.00 14.66
实施例5 22.87 11.3% 0.53 5.50×106 1964.29 2500.00 15.71
实施例6 19.12 10.6% 0.47 6.47×106 2310.71 2310.71 14.55
实施例7 17.93 11.5% 0.65 5.43×106 1939.29 1939.29 14.63
实施例8 13.17 12.2% 1.03 3.91×106 1396.43 1396.43 14.70
实施例9 12.38 5.6% 0.12 1.05×107 3750.00 3750.00 14.28
实施例10 17.94 9.8% 0.47 7.74×106 2764.29 2764.29 14.70
实施例11 16.15 8.9% 0.63 6.41×106 2289.29 2289.29 14.30
实施例12 13.37 10.5% 1.11 4.57×106 1632.14 1632.14 14.70
实施例13 12.33 4.6% 0.19 1.06×107 3785.71 3785.71 14.23
实施例14 19.87 10.2% 0.67 4.31×106 1539.29 1539.29 15.55
实施例15 18.89 10.1% 0.47 6.21×106 2217.86 2217.86 15.63
实施例16 11.72 10.9% 1.03 3.56×106 1271.43 1271.43 16.12
实施例17 12.15 4.9% 0.14 1.02×107 3642.86 3642.86 14.88
实施例18 17.37 10.4% 0.57 5.56×106 1985.71 1985.71 11.86
实施例19 16.33 11.1% 0.58 5.63×106 2010.71 2010.71 12.62
实施例20 14.87 12.9% 0.58 5.04×106 1800.00 1800.00 5.49
实施例21 12.89 11.5% 0.58 5.63×106 2010.71 2010.71 5.18
对比例1 14.72 11.3% 0.58 5.63×106 2010.71 1428.57 14.45
对比例2 开裂 10.8% 0.58 5.63×106 2010.71 3035.71 14.77
对比例3 开裂 10.6% 0.53 5.50×106 1964.29 3035.71 15.82
对比例4 开裂 12.7% 2.46 -3.64×106 0 0 13.89
对比例5 9.52 9.7% 0.39 6.6×106 2357.14 2357.14 5.83
（1）分析实施例1、实施例4及对比例1、对比例2的数据可知：
实施例1是在电石渣、钢渣、玻璃尾砂、针叶木纤维按25:32:35:8的配比下进行的，该固废配方体系下，矿化结束时的釜内温度达到121℃，基于本发明提出的最小蒸汽热的理论计算公式，计算出需要通入的最小蒸汽热为5.63×106KJ，即水热处理时通入的实际蒸汽量为2010.71kg（按1kg蒸汽提供2800KJ的热量计算），且矿化处理后建材坯体中的钙硅比为0.58，制品的抗折强度达到21.27Mpa。
实施例4、对比例1、对比例2与实施例1均采用相同的固废配方体系，其区别在于水热处理时通入的实际蒸汽量并非按本发明提出的最小蒸汽热换算出的。其中，实施例4通入的实际蒸汽量（2500kg）大于实施例1的实际蒸汽量（2010.71kg），实施例4的制品相较于实施例1的制品而言，其抗折强度并未出现明显波动，但由于蒸汽量的增加，其制品成本有所增加，因而基于生产经济性的考量，水热处理时通入的蒸汽量应当尽可能控制为接近理论计算的最小蒸汽量；对比例1通入的实际蒸汽量（1428.57kg）远小于计算获得的最小蒸汽量，导致最终的水热反应温度未达到180℃，水热反应不充分，进而导致对比例1的制品强度降低至14.72Mpa；对比例2通入的实际蒸汽量（3035.71kg）远大于计算获得的最小蒸汽量，导致最终的水热反应温度过高，制品的外加纤维烧损，其对固废原料的粘结力以及骨架作用失效，制品出现开裂现象。
因此，通过实施例1、实施例4、对比例1、对比例2对理论最小蒸汽热的正、负偏离实验来看，过多或过少的蒸汽量会带来制品强度不足、成本增多及制品受损的问题。
（2）分析实施例1、实施例3、实施例5、对比例3的数据可知：
相较于实施例1，实施例3、实施例5、对比例3将固废配方体系调整为：电石渣、废水泥、玻璃尾砂、针叶木纤维按照25:30:37:8的配比。基于调整后的固废配方体系来验证最小蒸汽量理论公式的准确性及普适性。
其中，在实施例3中，矿化处理后建材坯体中的钙硅比为0.53，制品的抗折强度达到23.13Mpa，相较于实施例1，实施例3的制品强度有所提升。究其原因在于，实施例3用废水泥替代了钢渣，而水泥中硅酸钙的矿化活性优于钢渣，且钢渣中的钙质有一部分是以游离氧化钙形式存在的，会对制品的强度有负面的影响。
实施例3、实施例5、对比例3的固废配方体系下，矿化结束时的釜内温度能达到122.59℃，基于本发明提出的最小蒸汽热的理论计算公式，计算出需要通入的最小蒸汽热为5.5×106KJ，即通入的最小蒸汽量为1964.29kg。其中，实施例3通入的实际蒸汽量即为1964.29kg，实施例5通入的实际蒸汽量为2500kg（略大于最小蒸汽量），对比例3通入的实际蒸汽量为3035.71kg（远大于最小蒸汽量）。实施例5相较于实施例3而言，制品的强度波动较小，但成本有所增加；对比例3的制品则出现开裂现象。
因此，通过实施例1、实施例3、实施例5、对比例3能验证本发明的理论最小蒸汽热算法是适配于不同固废配方体系下实现最小蒸汽成本以及最佳力学性能的科学的、准确的算法。
（3）分析实施例1、实施例6、实施例7、实施例8、实施例9的数据可知：
相较于实施例1，实施例6降低了3%的电石渣掺量及2%的钢渣掺量，并增加了5%的玻璃尾砂，致使矿化反应后，建材坯体中的钙硅比为0.47；相较于实施例1，实施例7增加了3%的钢渣掺量，并降低了3%的玻璃尾砂掺量，致使矿化反应后，建材坯体中的钙硅比为0.65。在此基础上，相较于实施例1，实施例6、实施例7的制品抗折强度虽然均有所下降，但仍然保持在17MPa以上。
进一步地，实施例8、实施例9进一步对钙硅比进行调整，实施例8按照电石渣：钢渣：玻璃尾砂：针叶木纤维30:40:22:8的比例进行配比，钙硅比进一步上升至1.03，而实施例9按照电石渣：钢渣：玻璃尾砂：针叶木纤维10:12:70:8的比例进行配比，钙硅比降至0.12，两者的抗折强度分别降至13.17Mpa及12.38Mpa，由此可知，过大和过小的钙硅比均不利于制品强度。
如图1-3所示，图中“C”表示方解石型碳酸钙（CaCO3），“Q”表示石英（SiO2），“T”表示托勃莫来石（Ca5(Si6O18H2)·H2O），“H”表示C-S-H凝胶(Ca2SiO4·3H2O)，分别对实施例1、实施例8、实施例9的三种制品的内部晶相结构进行X射线衍射光谱表征，从而基于微观角度解析不同钙硅比下导致的产品的强度支撑不同。
其中，如图1所示，实施例1在矿化后的钙硅比（0.58）处于本发明提出的较佳的钙硅比区间（0.2~0.9）内，其产品的内部结构主要由方解石型碳酸钙、托勃莫来石以及剩余的硅胶组成。结构中未见水化硅酸钙等中间相，说明在此钙硅比下进行水热反应时，能够促进C-S-H凝胶（无定形水化硅酸钙凝胶）向硬硅钙石的充分转变。最终由硅胶作为骨架，包裹和链接碳酸钙晶体，莫来石作为增强晶体，协同促进产品优异的性能；
而实施例8在矿化后的钙硅比为1.03，即钙质过量，在矿化后仍有较多的钙质与硅进行水热反应，钙硅比的失衡影响了C-S-H凝胶向硬硅钙石的转变，因而从图2所示的X射线衍射图中可以看出，产品内部由方解石型碳酸钙及大量的无定形水化硅酸钙构成，由于晶相未完全转变，或部分莫来石生成后反而向无定形相或其他相变迁，因而导致制品的强度出现下降。
而实施例9在矿化后的钙硅比为0.12，由于钙质原料过少，在后端水热反应中与硅质的结合较少，因而从图3的X射线衍射图中可以看出，制品内部主要由方解石型碳酸钙、大量的水化硅酸钙以及剩余的二氧化硅组成，进而导致实施例7的产品强度仅有12.38Mpa。此外，实施例9中因可矿化物质的含量显著降低，导致固碳率仅有5.6%。
因此，通过实施例1、实施例6、实施例7、实施例8、实施例9能验证本发明提出的矿化处理后的钙硅比在0.2~0.9之间时能保证后续水热的充分性，以利于制品获得较佳的力学性能；而当钙硅比超出0.2~0.9的范围时，制品强度出现明显下降。
（4）分析实施例2、实施例10、实施例11、实施例12、实施例13的数据及分析实施例3、实施例14、实施例15、实施例16、实施例17的数据可知：
相较于实施例1，实施例2、实施例10、实施例11、实施例12、实施例13将玻璃尾砂调整为粉煤灰，且实施例2、实施例10、实施例11、实施例12、实施例13对电石渣、钢渣、粉煤灰的配比进行了调整。其中，实施例2矿化处理后的建材坯体的钙硅比为0.54，制品的抗折强度达到19.03Mpa。实施例10在实施例2的基础上，降低了4%的钢渣掺量，增加至粉煤灰，致使其矿化后的钙硅比降至0.47，而制品的抗折强度则降低至17.94Mpa。实施例11在实施例2的基础上，增加了电石渣的掺量，致使其矿化后的钙硅比增至0.63，制品的抗折强度降低至16.15Mpa。进一步的，实施例12将钢渣、电石渣替代部分粉煤灰，使得矿化后的建材坯体的钙硅比增至1.11，而实施例13用粉煤灰替代部分电石渣及钢渣，使得矿化后的建材坯体的钙硅比降至0.19，两者的抗折强度均出现明显下降，分别降至13.37Mpa和12.33Mpa。
相较于实施例1，实施例3、实施例14、实施例15、实施例16、实施例17将钢渣调整为废水泥，且实施例3、实施例14、实施例15、实施例16、实施例17对电石渣、废水泥、玻璃尾砂的配比进行了调整。其中，实施例3矿化处理后的建材坯体的钙硅比为0.53，制品的抗折强度达到23.13Mpa。实施例14在实施例3的基础上，增加了电石渣的掺量，致使其矿化后的钙硅比提升至0.67，而制品的抗折强度则降低至19.87Mpa。实施例15在实施例3的基础上，降低了电石渣的掺量补充至玻璃尾砂，致使其矿化后的钙硅比降低至0.47，制品的抗折强度降低至18.89Mpa。进一步的，实施例16、实施例17将矿化后的钙硅比分别调整至1.03和0.14（超出0.2~0.9的范围），制品的抗折强度均出现大幅下降，分别降至11.72Mpa及12.15Mpa。
因此，通过上述纵向参照和横向对比（实施例1、6、7、8、9的对比，实施例2、10、11、12、13的对比，实施例3、14、15、16、17的对比）可知，当矿化产物的钙硅比在0.2~0.9之间时，制品在不同固废配方体系下均能表现出较优的力学性能；而当钙硅比超出0.2~0.9范围时，制品强度出现明显下降。因此，矿化产物钙硅比在0.2~0.9之间有助于制品获得相对理想的力学性能。
此外，实施例13和实施例17都因为可矿化物质的含量限制降低，导致固碳率均明显降低。
（5）分析实施例18、实施例19、实施例20、实施例21及对比例5的数据可知：
相较于实施例1而言，实施例18将针叶木纤维的掺量降至6%，虽然成本有所下降，但制品的抗折强度也下降至17.37Mpa。而对比例5将纤维掺量进一步下降至2%，尽管矿化产物的钙硅比仍在0.3~0.7之间，制品成本也有明显下降，但制品的抗折强度也显著下降至9.52Mpa。
实施例19更换了外加材料类型，将针叶木纤维替换为阔叶木纤维，其抗折强度下降至16.33Mpa，仍然较为理想，说明不同种类的纤维会在一定程度上影响产品性能。
实施例20将外加材料替换为膨润土，从而增加制品的内部孔隙，进一步提升矿化效率及矿化深度，其成本也降至5.49元/块，且固碳率能达到12.9%，但由于纤维的缺失，对于固废原料的结合力和骨架作用减小，导致制品的抗折强度低至14.87Mpa。但由于内部孔隙的增加，制品的表观密度由1400 kg/m3降至1200 kg/m3，降密后板材的应用场景扩大，且对于实际产线而言，生产同样规模及产量的情况下，所用的材料进一步降低，生产一釜板材所需物料总重降至39.09吨。同时，与实施例1对比，实施例20的补充蒸汽热由5.63×106KJ降至5.04×106KJ，每块制品的成本降至5.49元。
实施例21将外加材料替换为蛭石，其制品成本进一步下降，仅为5.18元/块，而制品的抗折强度则保持在12Mpa以上，基于该制品强度仍然能够持平市场普通级别产品的强度，且成本有明显的优势，因而其具备优异的市场前景。
因此，外加材料的类型与掺量，对于制品的抗折强度有显著的影响，且制品的性能能随着成本的增加而有所提升。本发明进行的大量研发验证能够量化不同性能制品及价格的大致对应趋势，进而能为产品定位、产品需求以及生产提供相应的指导。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将固废制备成建材坯体；所述固废包括钙质固废和硅铝质固废，且所述钙质固废、硅铝质固废的质量比为5~45:15~65；
S2、将建材坯体放入到反应釜内，并通入烟气以进行矿化处理；当反应釜内达到一定温度时，结束矿化处理；
S3、对矿化处理后的建材坯体进行水热处理，以获得建材制品；
在步骤S2中，反应釜内达到的一定温度为建材坯体与烟气发生矿化反应过程中自发热达到的最高温度；
在步骤S2中，矿化处理后的建材坯体中的钙、硅的质量比为0.2~0.9:1；
在步骤S3中，水热处理所需的最小蒸汽热量为：
Qmin={1.1483×107×d2×(d1+d2)×L+3.1651×105×d3×(d1+2d2+d3)×L+(1328.7+348.78n)×[1-1273.89×m/(ρ×d1 2×L)]×V+4200×m×(103×w+18×a3×k3×103/74)+8.4×m×a1×105-8.4×m×a1×k1×105+8.4×m×a2×105-8.4×m×a2×k2×105+1.142×m×a3×106-1.142×m×a3×k3×106+1.106×m×106×a3×k3+9.51×m×105×a1×k1+1.075×m×106×a2×k2+7.3355×105×m×(1-w-a1-a2-a3)+2.515×105×m×a1×k1+1.897×105×m×a2×k2}×(T1-T0)-6.7117×108×m×a1×k1-6.1654×108×m× a2×k2 -1.5384×109×m×a3×k3；
其中，Qmin单位为J；d1为反应釜内径，单位为m；d2为反应釜壁厚，单位为m；d3为反应釜内保温岩棉厚度，单位为m；L为反应釜长，单位为m；m为反应釜内建材坯体的总质量，单位为t；n为烟气中二氧化碳的体积占比，ρ为建材制品的密度，单位为kg/m3；V为反应釜容积，单位为m3；w为建材坯体的含水率，T1为水热处理时水热反应的温度，单位为℃；T0为反应釜的初始温度，单位为℃；a1、a2、a3分别为建材坯体中硅酸二钙、硅酸三钙、氢氧化钙的质量占比，k1、k2、k3分别为硅酸二钙、硅酸三钙、氢氧化钙的反应常数；其中，k1为0.5，k2为0.5，k3为0.6，T1为160~180℃。
2.根据权利要求1所述的复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，在步骤S2中，矿化处理后的建材坯体中的钙、硅的质量比为0.3~0.7:1。
3.根据权利要求1所述的复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，在步骤S1中，将固废制备成建材坯体包括如下步骤：
将固废原料混合，并加入水搅拌成混合浆料；
将混合浆料进行预成型处理，以获得预成型坯体；
对预成型坯体进行成型压制，以获得建材坯体；
其中，所述预成型处理可采用流浆法、抄取法、浇筑法、压制法中的一种。
4.根据权利要求3所述的复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，所述钙质固废包括钢渣、电石渣、污泥或垃圾焚烧飞灰、硫脲渣、矿渣、废旧水泥、赤泥、镁渣、磷矿渣、锂矿渣以及含钙固废烧结后的产物中的至少一种；所述硅铝质固废包括粉煤灰、玻璃尾砂、大渣灰、炉渣、红泥、建筑垃圾、污泥或垃圾焚烧底灰、石英砂、含硅淤泥中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，所述固废原料还包括外加材料，且所述钙质固废、硅铝质固废和外加材料的质量比为5~45:15~65:5~15。
6.根据权利要求5所述的复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，所述外加材料包括纤维、硅灰石、膨润土、蛭石、硅藻土、骨料中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，所述骨料包括再生骨料、天然骨料中的至少一种；所述纤维包括植物纤维、合成纤维、无机纤维和再生纤维中的至少一种；其中，所述植物纤维包括针叶木纤维、阔叶木纤维、棉麻纤维、果实纤维中的至少一种；所述合成纤维包括绵纶纤维、锦纶纤维、涤纶纤维、腈纶纤维、维纶纤维、丙纶纤维、PVA纤维中的至少一种；所述无机纤维包括石棉纤维、玻璃纤维、金属纤维中的至少一种；所述再生纤维包括废纸纤维、再生口罩纤维、粘胶纤维中的至少一种。
8.根据权利要求3所述的复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，所述混合浆料的含水率为65~85%，预成型坯体的含水率为40~55%，压制成型后的建材坯体含水率为25~45%。
9.根据权利要求1所述的复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，所述烟气中的二氧化碳的体积占比为8~99%。
10.根据权利要求1所述的复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，在步骤S2中，矿化处理时，反应釜内的矿化压强为0.1~2Mpa。
11.根据权利要求1所述的复合养护体系下低能耗制备固废再生材料的方法，其特征在于，在步骤S3中，水热处理包括向反应釜内通入水蒸气，以使反应釜内温度持续上升至水热反应的温度T1，然后进行水热养护，养护时间控制在1~24小时。
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CN116265415A (zh) * 2022-07-21 2023-06-20 江苏集萃功能材料研究所有限公司 一种利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法及其应用

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