CN116874217A - 一种基于赤泥增强钢渣加速碳化制备反应性人工砂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于绿色建材技术领域，提供了一种基于赤泥增强钢渣加速碳化制备反应性人工砂的方法。本发明采用加速碳化的手段，利用三步不同效果的碳化过程以制备人工砂，在进一步提升CO2吸收率的同时大幅提升人工砂的力学性能及人工砂与水泥浆体界面的胶结性能。该发明具有制备效率高，人工砂高强，无安定性问题等优点。为替代混凝土中的天然河砂提供了另一种途径，应用到水泥砂浆及混凝土中可以在不降低水泥基材料力学性能的前提下减少河砂用量。此外，仅按照替代河砂骨料体积的30％计算，每年国内市场容量约6‑8亿吨，可消纳钢渣等低品位固废超过5亿吨。
Description
技术领域
本发明属于工业废渣利用技术领域，具体涉及一种基于赤泥增强钢渣加速碳化制备反应性人工砂的方法。
背景技术
在过去的几十年里，随着城镇化的推进和建筑业的日益发展，用于混凝土生产的细骨料的需求量也在高速增长。据估计我国每年的建筑用砂量达到了35亿吨。然而，河砂资源是相当有限的，而且河砂的过度开采已造成了河流生态环境的严重破坏。随着环保政策的倡导和建筑行业更高的可持续性标准，天然骨料的开采逐渐被禁止，导致混凝土生产原材料严重短缺。因此寻找河砂的适合替代品已刻不容缓。
目前常用的河砂替代资源有机制砂，海砂和钢渣砂等。然而，由于机制砂、海砂和钢渣砂分别存在如石粉含量高、氯离子含量高和安定性不良等问题，严重影响混凝土的力学性能和耐久性，因此其大规模应用受限。近年来，人造砂的发展为替代混凝土中的天然河砂提供了另一种途径。工业废弃物一般用作人造砂的原料，以减轻工业对环境的负担。公开号为CN 111943545的申请专利公开了一种人工砂的制备方法，首先将废弃混凝土破碎制成人工砂粗品，再采用水泥浆液对人工砂粗品进行浸泡处理，过筛后即可得到人工砂。然而该方法制备效率低、生产成本高影响其推广应用。
发明内容
解决的技术问题：针对目前常规河砂替代品难以大规模应用于混凝土生产的问题，本发明采用三步碳化法制备了一种高强度反应性人工砂。其中，三个碳化步骤在增强人工砂强度方面起到的作用各不相同。本发明为河砂取代材料生产提供了一种新思路，制备的反应性人工砂具有强度高，安全稳定，生产成本低，效率高，低碳环保等优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于赤泥增强钢渣加速碳化制备反应性人工砂的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一，烧结法赤泥粉放入相对湿度为40-80％，温度为20-60℃的碳化反应釜内，通入浓度为20-99.9vol.％的CO2，维持碳化压力0.1-0.3MPa，控制碳化时间为10-30min，得到碳化赤泥粉；
步骤二，人工砂的制备：原材料的组分为：1-50质量份的碳化赤泥粉、10-50质量份的偏高岭土及40～65质量份其他辅料，其他辅料选自钢渣粉、废弃混凝土粉、镁渣粉、电石渣粉和铜渣粉中的至少一种；
将原材料放入双轴搅拌机内搅拌均匀后倒入转股造粒机喷雾成型，在成型的过程中通入60-99.9vol.％的CO2气体，得到粒径为0.08-4.5mm的钢渣人工砂；
步骤三，钢渣人工砂碳化前养护：将步骤二得到的人工砂放置在相对湿度为20-95％，温度为20-40℃环境下养护1-2d，随后掺量C-S-H晶种；
步骤四，人工砂的碳化：将步骤三得到的人工砂转移到相对湿度为40-80％，温度为20-60℃碳化反应釜中，通入浓度为10-99.9vol.％的CO2，维持碳化压力0.05-0.5MPa，控制碳化时间为1-2h，得到碳化人工砂。
本发明技术方案中，步骤二中，钢渣粉的粒径20-80μm、废弃混凝土粉的粒径20-80μm、镁渣粉的粒径20-80μm、电石渣粉的粒径20-80μm、铜渣粉的粒径20-80μm。
本发明技术方案中，烧结法赤泥粉为采用烧结法生产氧化铝过程中的副产品赤泥粉；
钢渣粉为转炉炼钢过程中的副产品转炉钢渣粉；
废弃混凝土粉为建筑拆除的混凝土块粉；
镁渣粉为金属镁厂在炼镁过程中排放的固体废弃物粉；
电石渣粉为电石水解获取乙炔气后的废渣粉；
铜渣粉是炼铜过程中产生的固体废弃物。
本发明技术方案中，步骤一中，烧结法赤泥粉粒径为5-20μm。
本发明技术方案中，所述步骤二中转股造粒机具有CO2传输控制装置及脉冲雾化器，通入的CO2气体的传输速率为2-10L/min，传输时间为3-5min。
本发明技术方案中，步骤二中，喷雾成型的脉冲雾化器液滴尺寸范围为10～500μm，速率为100-200ml/min。
本发明技术方案中，步骤二中，碳化赤泥粉、偏高岭土和其他辅料的质量比依次为10～30份、20～30份和40～50份。
本发明技术方案中，步骤二中，造粒机中水灰的质量比为0.1～0.2：1。
本发明技术方案中，步骤三中，碳化赤泥粉和C-S-H晶种的质量比为1-50：1～5。
技术原理及有益效果：
(1)本发明采用三步碳化法制备高强度反应性人工砂。第一步碳化的目的是为后续碳化过程提供碳化缓冲剂，促进碳化效率。由于赤泥中含有大量Na2SiO3，在碳化反应过程中可以迅速与CO2反应生成Na2CO3。一方面能够调控反应过程pH，避免由于CO2快速吸收导致体系pH快速变化，从而影响CO2吸收速率。另一方面，反应生成的Na2CO3中的CO3 2-离子更加容易发生解离，可以促进碳化反应初期含钙矿相中Ca2+的析出，两方面作用共同促进赤泥-钢渣体系中碳酸钙的生成。
(2)第二步碳化的目的是提高人工砂整体强度。在人工砂成型过程中通入CO2可以促进人工砂内部钢渣颗粒的碳化，在钢渣颗粒表面形成碳酸钙，而偏高岭土与碳酸钙之间具有极高的反应活性，偏高岭土与钢渣表面的碳酸钙发生反应，进一步提升人工砂内部的颗粒胶结程度，提高人工砂力学性能。
(3)第三步碳化的目的是胶结人工砂表面的晶种颗粒，提高人工砂表面致密程度及反应性。通过第三步碳化，使得人工砂表面覆盖更加致密的碳酸钙颗粒，此外碳酸钙在生长过程中将C-S-H晶种固定在人工砂表面，晶种颗粒作为成核位点，促进砂浆中水泥强度发展，使水泥与人工砂界面处形成更密集的C-S-H，通过物理互锁来加强人工砂与水泥浆界面结合。
(4)本发明使用的主要原料为赤泥与钢渣等。由于赤泥碱度高及钢渣安定性差等问题导致赤泥与钢渣在建材中应用有限。本发明对常见工业固体废弃物进行大规模资源化利用。另外，在天然河砂资源短缺的大趋势下，使用本发明所述碳化钢渣人工砂替代可以在一定程度上减少砂石市场需求，同时减少对天然砂的依赖，改善生态环境。
附图说明
图1为实施例5中粒径大于1mm的反应性人工砂实物图；
图2为实施例5中粒径小于1mm的反应性人工砂实物图；
图3为利用实施例2及实施例5代替ISO标准砂制备水泥砂浆压蒸6h后形态图；
图4为利用实施例及对比例替代ISO标准砂制备水泥砂浆的7d及28d抗压强度；
图5为利用实施例5替代ISO标准砂制备水泥砂浆的断裂面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不限于此：
本发明实施例中所用的C-S-H晶种购自江苏奥莱特新材料有限公司。
实施例1
一种碳化人工砂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、首先将钢渣块通过破碎机破碎，将破碎后的钢渣块放入球磨机内粉磨至粒径为20-80μm的钢渣粉。
烧结法赤泥通过球磨机粉磨的方式制成粒径为5-20μm的烧结法赤泥粉。将赤泥粉放入温度为30℃，相对湿度为70％的碳化养护箱内，通入99.9vol.％的CO2气体并维持压力为0.2MPa，10min后得到碳化赤泥粉。本实施例使用平均粒径为60μm的钢渣粉及平均粒径为20μm的碳化赤泥粉。
步骤二、称取70质量份的钢渣粉、10质量份的碳化赤泥粉及20质量份的偏高岭土倒入双轴混料机混料5min，将混合均匀的原材料转移到转股造粒机，以0.15的水灰比准备造粒用水，并以300μm的液滴尺寸，150ml/min的速率将水以雾化水珠的形式喷洒进转速为18r/min的造粒机，造粒期间以5L/min的气体传输速率通入浓度60vol.％的CO2，5min后完成造粒，得到粒径为0.08-4.5mm的钢渣人工砂。
步骤三、将步骤二得到的钢渣人工砂放入温度为20±1℃，湿度为90±5％的环境下养护1d，随后喷洒3质量份的C-S-H晶种。
步骤四、将步骤三得到的预养护好的人工砂放入放在温度30℃，相对湿度70％的碳化反应釜内，通入浓度为99.9vol.％的CO2气体并维持压力为0.2MPa，2h后得到碳化钢渣人工砂。
实施例2
本实施例中采用的原材料及试验方法均与实施例1相同。
本实施例中制备人工砂的步骤与实施例1不同之处在于，步骤一中将赤泥粉放入温度为30℃，相对湿度为70％的碳化养护箱内，通入20vol.％的CO2气体并维持压力为0.1MPa，30min后得到碳化赤泥粉。本实施例使用平均粒径为60μm的钢渣粉及平均粒径为20μm的碳化赤泥粉。步骤二中称取了60质量份的钢渣粉及20质量份的碳化赤泥粉及20质量份的偏高岭土。
实施例3
本实施例中采用的原材料及试验方法均与实施例1相同。
本实施例中制备人工砂的步骤与实施例1不同之处在于，步骤一中将赤泥粉放入温度为30℃，相对湿度为70％的碳化养护箱内，通入60vol.％的CO2气体并维持压力为0.3MPa，20min后得到碳化赤泥粉。本实施例使用平均粒径为60μm的钢渣粉及平均粒径为20μm的碳化赤泥粉。步骤二中称取了50质量份的钢渣粉及30质量份的碳化赤泥粉及20质量份的偏高岭土。
实施例4
一种碳化人工砂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、首先将钢渣块通过破碎机破碎，将破碎后的钢渣块放入球磨机内粉磨至粒径为20-80μm的钢渣粉。
烧结法赤泥通过球磨机粉磨的方式制成粒径为5-20μm的烧结法赤泥粉。将赤泥粉放入温度为30℃，相对湿度为70％的碳化养护箱内，通入99.9vol.％的CO2气体并维持压力为0.2MPa，10min后得到碳化赤泥粉。本实施例使用平均粒径为40μm的钢渣粉及平均粒径为15μm的碳化赤泥粉。
步骤二、称取60质量份的钢渣粉、10质量份的碳化赤泥粉及30质量份的偏高岭土倒入双轴混料机混料5min，将混合均匀的原材料转移到转股造粒机，以0.17的水灰比准备造粒用水，并以300μm的液滴尺寸，150ml/min的速率将水以雾化水珠的形式喷洒进转速为18r/min的造粒机，造粒期间以5L/min的气体传输速率通入浓度60vol.％的CO2，5min后完成造粒，得到粒径为0.08-4.5mm的钢渣人工砂。
步骤三、将步骤二得到的钢渣人工砂放入温度为20±1℃，湿度为90±5％的环境下养护2d，随后喷洒5质量份的C-S-H晶种。
步骤四、将步骤三得到的预养护好的人工砂放入放在温度30℃，相对湿度70％的碳化反应釜内，通入浓度为20vol.％的CO2气体并维持压力为0.2MPa，2h后得到碳化钢渣人工砂。
实施例5
一种碳化人工砂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、首先将钢渣块通过破碎机破碎，将破碎后的钢渣块放入球磨机内粉磨至粒径为20-80μm的钢渣粉。
烧结法赤泥通过球磨机粉磨的方式制成粒径为5-20μm的烧结法赤泥粉。将赤泥粉放入温度为30℃，相对湿度为70％的碳化养护箱内，通入99.9vol.％的CO2气体并维持压力为0.2MPa，10min后得到碳化赤泥粉。本实施例使用平均粒径为30μm的钢渣粉及平均粒径为10μm的碳化赤泥粉。
步骤二、称取50质量份的钢渣粉、20质量份的碳化赤泥粉及30质量份的偏高岭土倒入双轴混料机混料5min，将混合均匀的原材料转移到转股造粒机，以0.17的水灰比准备造粒用水，并以500μm的液滴尺寸，200ml/min的速率将水以雾化水珠的形式喷洒进转速为18r/min的造粒机，造粒期间以5L/min的气体传输速率通入浓度99.9vol.％的CO2，5min后完成造粒，得到粒径为0.08-4.5mm的钢渣人工砂。
步骤三、将步骤二得到的钢渣人工砂放入温度为20±1℃，湿度为90±5％的环境下养护2d，随后喷洒5质量份的C-S-H晶种。
步骤四、将步骤三得到的预养护好的人工砂放入放在温度30℃，相对湿度70％的碳化反应釜内，通入浓度为99.9vol.％的CO2气体并维持压力为0.3MPa，1h后得到碳化钢渣人工砂。
实施例6
本实施例中采用的原材料及试验方法均与实施例5相同。
本实施例中制备人工砂的步骤与实施例5不同之处在于，步骤四中人工砂放入放在温度30℃，相对湿度70％的碳化反应釜内，通入浓度为60vol.％的CO2气体并维持压力为0.05MPa，2h后得到碳化钢渣人工砂。
实施例7
本实施例中采用的原材料及试验方法均与实施例5相同。
本实施例中制备人工砂的步骤与实施例5不同之处在于，步骤二中将废弃混凝土块通过破碎机破碎，将破碎后的废弃混凝土块放入球磨机内粉磨为粒径为20-80μm的废弃混凝土粉。本实施例使用平均粒径为60μm的废弃混凝土粉及平均粒径为20μm的碳化赤泥粉。
步骤二中称取50质量份的废弃混凝土粉、20质量份的碳化赤泥粉及30质量份的偏高岭土。
实施例8
本实施例中采用的原材料及试验方法均与实施例5相同。
本实施例中制备人工砂的步骤与实施例5不同之处在于，步骤二中将电石渣块通过破碎机破碎，将破碎后的电石渣块放入球磨机内粉磨为粒径为20-80μm的电石渣粉。
本实施例使用平均粒径为60μm的电石渣粉及平均粒径为20μm的碳化赤泥粉。步骤二中称取50质量份的电石渣粉、20质量份的碳化赤泥粉及30质量份的偏高岭土。
实施例9
本实施例中采用的原材料及试验方法均与实施例5相同。
本实施例中制备人工砂的步骤与实施例5不同之处在于，步骤二中将镁渣块通过破碎机破碎，将破碎后的镁渣块放入球磨机内粉磨为粒径为20-80μm的镁渣粉。
本实施例使用平均粒径为60μm的镁渣粉及平均粒径为20μm的碳化赤泥粉。步骤二中称取50质量份的镁渣粉、20质量份的碳化赤泥粉及30质量份的偏高岭土。
实施例10
本实施例中采用的原材料及试验方法均与实施例5相同。
本实施例中制备人工砂的步骤与实施例5不同之处在于，步骤二中将铜渣块通过破碎机破碎，将破碎后的铜渣块放入球磨机内粉磨为粒径为20-80μm的铜渣粉。
本实施例使用平均粒径为60μm的铜渣粉及平均粒径为20μm的碳化赤泥粉。步骤二中称取50质量份的铜渣粉、20质量份的碳化赤泥粉及30质量份的偏高岭土。
对比例1
一种碳化人工砂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、首先将钢渣块通过破碎机破碎，将破碎后的钢渣块放入球磨机内粉磨至粒径为20-80μm的钢渣粉。烧结法赤泥通过球磨机粉磨的方式制成粒径为5-20μm的烧结法赤泥粉。本实施例使用平均粒径为40μm的钢渣粉。
步骤二、称取100质量份的钢渣粉倒入双轴混料机混料5min，将混合均匀的原材料转移到转股造粒机，以0.15的水灰比准备造粒用水，并以300μm的液滴尺寸，200ml/min的速率将水以雾化水珠的形式喷洒进转速为18r/min的造粒机，造粒期间以5L/min的气体传输速率通入浓度99.9vol.％的CO2，5min后完成造粒，得到粒径为0.08-4.5mm的钢渣人工砂。
步骤三、将步骤二得到的钢渣人工砂放入温度为20±1℃，湿度为90±5％的环境下养护1d，随后喷洒3质量份的C-S-H晶种。
对比例2
本对比例中采用的原材料及试验方法均与对比例1相同。
本对比例中制备人工砂的步骤与对比例1不同之处在于，步骤二中造粒期间不通入CO2，5min后完成造粒。增加步骤四、将步骤三得到的预养护好的人工砂放入放在温度30℃，相对湿度70％的碳化反应釜内，通入浓度为99.9vol.％的CO2气体并维持压力为0.2MPa，4h后得到碳化钢渣人工砂。
对比例3
一种碳化人工砂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、首先将钢渣块通过破碎机破碎，将破碎后的钢渣块放入球磨机内粉磨至粒径为20-80μm的钢渣粉。本实施例使用平均粒径为40μm的钢渣粉。
步骤二、称取100质量份的钢渣粉倒入双轴混料机混料5min，将混合均匀的原材料转移到转股造粒机，以0.15的水灰比准备造粒用水，并以200μm的液滴尺寸，100ml/min的速率将水以雾化水珠的形式喷洒进转速为18r/min的造粒机，造粒期间以5L/min的气体传输速率通入浓度99.9vol.％的CO2，5min后完成造粒，得到粒径为0.08-4.5mm的钢渣人工砂。得到粒径为0.08-4.5mm的钢渣人工砂。
步骤三、将步骤二得到的钢渣人工砂放入温度为20±1℃，湿度为90±5％的环境下养护1d，随后掺加3质量份的C-S-H晶种。
步骤四、将步骤三得到的预养护好的人工砂放入放在温度30℃，相对湿度70％的碳化反应釜内，通入浓度为99.9vol.％的CO2气体并维持压力为0.2MPa，4h后得到碳化钢渣人工砂。
对比例4
本对比例中采用的原材料及试验方法均与对比例3相同。
本对比例中制备人工砂的步骤与对比例3不同之处在于，步骤一中烧结法赤泥通过球磨机粉磨的方式制成粒径为5-20μm的烧结法赤泥粉。本对比例使用平均粒径为20μm的烧结法赤泥粉。步骤二的原材料为100质量份的烧结法赤泥粉。
对比例5
一种碳化人工砂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、首先将钢渣块通过破碎机破碎，将破碎后的钢渣块放入球磨机内粉磨至粒径为20-80μm的钢渣粉。烧结法赤泥通过球磨机粉磨的方式制成粒径为5-20μm的烧结法赤泥粉。本实施例使用平均粒径为60μm的钢渣粉及平均粒径为20μm的赤泥粉。
步骤二、称取70质量份的钢渣粉、10质量份的赤泥粉及20质量份的偏高岭土倒入双轴混料机混料5min，将混合均匀的原材料转移到转股造粒机，以0.15的水灰比准备造粒用水，并将以300μm的液滴尺寸，150ml/min的速率水以雾化水珠的形式喷洒进转速为18r/min的造粒机，造粒期间以5L/min的气体传输速率通入浓度60vol.％的CO2，5min后完成造粒，得到粒径为0.08-4.5mm的钢渣人工砂。
步骤三、将步骤二得到的钢渣人工砂放入温度为20±1℃，湿度为90±5％的环境下养护1d，随后喷洒3质量份的C-S-H晶种。
步骤四、将步骤三得到的预养护好的人工砂放入放在温度30℃，相对湿度70％的碳化反应釜内，通入浓度为99.9vol.％的CO2气体并维持压力为0.2MPa，2h后得到碳化钢渣人工砂。
对比例6
本对比例中采用的原材料及试验方法均与对比例3相同。
本对比例中制备人工砂的步骤与对比例3不同之处在于，步骤二中以0.15的水灰比准备外加剂溶液，外加剂溶液以99质量份的水和1质量份的Na2CO3组成，外加剂溶液以300μm的液滴尺寸，150ml/min的速率用雾化水珠的形式喷洒进转速为18r/min的造粒机。
对比例7
本对比例中采用的原材料及试验方法均与对比例3相同。
本对比例中制备人工砂的步骤与对比例3不同之处在于，步骤二中以0.15的水灰比准备外加剂溶液，外加剂溶液以98质量份的水和2质量份的Na2CO3组成，外加剂溶液以300μm的液滴尺寸，150ml/min的速率用雾化水珠的形式喷洒进转速为18r/min的造粒机。
对比例8
本对比例中采用的原材料及试验方法均与对比例3相同。
本对比例中制备人工砂的步骤与对比例3不同之处在于，步骤一中将废弃混凝土通过破碎机破碎，将破碎后的废弃混凝土放入球磨机内粉磨至粒径为20-80μm的钢渣粉。本对比例使用平均粒径为40μm的废弃混凝土粉。步骤二中称取100质量份的废弃混凝土粉。
对比例9
本对比例中采用的原材料及试验方法均与对比例3相同。
本对比例中制备人工砂的步骤与对比例3不同之处在于，步骤一中将电石渣通过破碎机破碎，将破碎后的电石渣放入球磨机内粉磨至粒径为20-80μm的电石渣粉。本对比例使用平均粒径为40μm的电石渣粉。步骤二中称取100质量份的电石渣粉。
对比例10
本对比例中采用的原材料及试验方法均与对比例3相同。
本对比例中制备人工砂的步骤与对比例3不同之处在于，步骤一中将镁渣通过破碎机破碎，将破碎后的镁渣放入球磨机内粉磨至粒径为20-80μm的镁渣粉。本对比例使用平均粒径为40μm的镁渣粉。步骤二中称取100质量份的镁渣粉。
对比例11
本对比例中采用的原材料及试验方法均与对比例3相同。
本对比例中制备人工砂的步骤与对比例3不同之处在于，步骤一中将铜渣通过破碎机破碎，将破碎后的铜渣放入球磨机内粉磨至粒径为20-80μm的铜渣粉。本对比例使用平均粒径为40μm的铜渣粉。步骤二中称取100质量份的铜渣粉。
对比例12
中国ISO标准砂，使用ISO标准砂成型水泥砂浆。
对各实施例及部分对比例样品中人工砂CO2吸收率采用烧矢量计算的方式进行了测试，压碎值及吸水率按照JGJ 52-2006进行测试，结果如表1所示。经过加速碳化后的人工砂均吸收一定量的CO2。对比例1与对比例2仅采用单步碳化的方式制备人工砂，发现人工砂的CO2吸收率及骨料力学性能明显低于实施例1，且该区别无法通过简单的延长碳化时间弥补。对比例3与对比例4分别为纯钢渣和纯赤泥制备的人工砂，发现CO2吸收率均低于6％。且对比例4的CO2吸收率低于对比例3，这是因为烧结法赤泥中含钙矿相多以钙钛矿的形式存在，硅酸钙含量低，碳化效率低。由实施例1-3可以发现，采用碳化赤泥、钢渣、偏高岭土复掺的方式制备人工砂的CO2吸收率较对比例1与对比例2有明显提升。且随着钢渣中碳化赤泥替代量的增加，人工砂碳化效率先增加后降低，当碳化赤泥取代量为20％时碳化效率最高，达到11.37％，这是赤泥中Na2SiO3参与碳化反应生成Na2CO3促进加速碳化过程的结果。参考对比例3与对比例4，当采用Na2CO3溶液应用于人工砂成型时，人工砂CO2吸收率较对比例1具有明显提升，证明了适量的Na2CO3具有碳化促进作用。而实施例1-3中的CO2吸收率与对比例3和对比例4的规律类似，证明了碳化过程中赤泥生成的Na2CO3同样可以起到碳化增强的作用。实施例4-6中原材料中偏高岭土替代率较实施例1-3中降低，虽然CO2吸收率有所降低，然而人工砂强度却进一步提升，这是因为在此配比下，碳化反应生成的碳酸钙与偏高岭土的比例处于最优值，两者间反应效率最高，进一步增强颗粒间胶结作用。此外，实施例7-10与实施例5-8对比可知，此方式适用于其他种类的固碳原材料。
采用30wt.％的人工砂替代ISO标准砂制备水泥砂浆，水泥砂浆3d强度及28d强度如图4所示。可以发现采用压碎值小的人工砂制备水泥砂浆强度整体更高。此外，采用采用实施例2及实施例5中人工砂制备的水泥砂浆甚至比ISO标准砂制备砂浆的28d强度更高，这与第三步碳化作用相关，人工砂表面更多的CaCO3及C-S-H晶种促进了水泥的水化。实施例1-5中人工砂替代ISO标准砂后制备水泥砂浆的28d强度可以达到ISO标准砂制备水泥砂浆28d强度的95-105％。其中，实施例5中人工砂替代ISO标准砂后制备水泥砂浆的28d强度最高，可以达到60.8MPa。
表1人工砂的物理性能
| CO2吸收率/wt.％ | 人工砂压碎值/wt.％ | 人工砂吸水率/％ | |
| 实施例1 | 9.93 | 10.65 | 15.13 |
| 实施例2 | 11.37 | 8.65 | 13.98 |
| 实施例3 | 10.02 | 11.33 | 13.62 |
| 实施例4 | 8.66 | 9.03 | 14.39 |
| 实施例5 | 10.22 | 7.63 | 13.01 |
| 实施例6 | 9.55 | 8.94 | 14.22 |
| 实施例7 | 9.88 | 9.77 | 15.66 |
| 实施例8 | 10.12 | 8.85 | 14.63 |
| 实施例9 | 9.76 | 8.41 | 15.38 |
| 实施例10 | 9.87 | 9.18 | 15.29 |
| 对比例1 | 3.52 | 23.12 | 22.96 |
| 对比例2 | 4.01 | 22.78 | 22.37 |
| 对比例3 | 5.12 | 16.69 | 16.88 |
| 对比例4 | 4.31 | 20.33 | 22.31 |
| 对比例5 | 5.33 | 15.98 | 15.22 |
| 对比例6 | 7.98 | 13.29 | 18.36 |
| 对比例7 | 7.16 | 14.36 | 17.22 |
| 对比例8 | 4.22 | 18.69 | 18.67 |
| 对比例9 | 5.15 | 19.63 | 21.54 |
| 对比例10 | 4.36 | 18.77 | 19.86 |
| 对比例11 | 4.88 | 19.12 | 20.67 |
Claims (9)
1.一种基于赤泥增强钢渣加速碳化制备反应性人工砂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一，烧结法赤泥粉放入相对湿度为40-80％，温度为20-60℃的碳化反应釜内，通入浓度为20-99.9vol.％的CO2，维持碳化压力0.1-0.3MPa，控制碳化时间为10-30min，得到碳化赤泥粉；
步骤二，人工砂的制备：原材料的组分为：1-50质量份的碳化赤泥粉、10-50质量份的偏高岭土及40～65质量份其他辅料，其他辅料选自钢渣粉、废弃混凝土粉、镁渣粉、电石渣粉和铜渣粉中的至少一种；
将原材料放入双轴搅拌机内搅拌均匀后倒入转股造粒机喷雾成型，在成型的过程中通入60-99.9vol.％的CO2气体，得到粒径为0.08-4.5mm的钢渣人工砂；
步骤三，钢渣人工砂碳化前养护：将步骤二得到的人工砂放置在相对湿度为20-95％，温度为20-40℃环境下养护1-2d，随后掺量C-S-H晶种；
步骤四，人工砂的碳化：将步骤三得到的人工砂转移到相对湿度为40-80％，温度为20-60℃碳化反应釜中，通入浓度为10-99.9vol.％的CO2，维持碳化压力0.05-0.5MPa，控制碳化时间为1-2h，得到碳化人工砂。
2.根据权利要求书1所述的基于赤泥增强钢渣加速碳化制备反应性人工砂的方法，其特征在于，步骤二中，钢渣粉的粒径20-80μm、废弃混凝土粉的粒径20-80μm、镁渣粉的粒径20-80μm、电石渣粉的粒径20-80μm、铜渣粉的粒径20-80μm。
3.根据权利要求1所述的碳化人工砂的制备方法，其特征在于，烧结法赤泥粉为采用烧结法生产氧化铝过程中的副产品赤泥粉；
钢渣粉为转炉炼钢过程中的副产品转炉钢渣粉；
废弃混凝土粉为建筑拆除的混凝土块粉；
镁渣粉为金属镁厂在炼镁过程中排放的固体废弃物粉；
电石渣粉为电石水解获取乙炔气后的废渣粉；
铜渣粉是炼铜过程中产生的固体废弃物。
4.根据权利要求1所述的人工砂的制备方法，其特征在于，步骤一中，烧结法赤泥粉粒径为5-20μm。
5.根据权利要求1所述的人工砂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中转股造粒机具有CO2传输控制装置及脉冲雾化器，通入的CO2气体的传输速率为2-10L/min，传输时间为3-5min。
6.根据权利要求1所述的人工砂的制备方法，其特征在于，步骤二中，喷雾成型的脉冲雾化器液滴尺寸范围为10～500μm，速率为100-200ml/min。
7.根据权利要求1所述的人工砂的制备方法，其特征在于，步骤二中，碳化赤泥粉、偏高岭土和其他辅料的质量比依次为10～30份、20～30份和40～50份。
8.根据权利要求1所述的人工砂的制备方法，其特征在于，步骤二中，造粒机中水灰的质量比为0.1～0.2：1。
9.根据权利要求1所述的人工砂的制备方法，其特征在于，步骤三中，碳化赤泥粉和C-S-H晶种的质量比为1-50：1～5。
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