CN117486515A - 一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法 - Google Patents
一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117486515A CN117486515A CN202311418218.4A CN202311418218A CN117486515A CN 117486515 A CN117486515 A CN 117486515A CN 202311418218 A CN202311418218 A CN 202311418218A CN 117486515 A CN117486515 A CN 117486515A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- low
- clinker
- afm
- carbon
- carbonization
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 72
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 12
- 239000004568 cement Substances 0.000 abstract description 8
- 229910001653 ettringite Inorganic materials 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 3
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 2
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 101000912181 Arabidopsis thaliana Cysteine synthase, mitochondrial Proteins 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001576 calcium mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005539 carbonized material Substances 0.000 description 1
- 229920003086 cellulose ether Polymers 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000010977 jade Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000003469 silicate cement Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
- C04B7/48—Clinker treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
Abstract
本发明公开了一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法，将低碳熟料、羟基型AFm和水混合，压制成型；将成型试样干燥后在CO2浓度15‑20％、温度50‑70℃、湿度50‑80％、气压0.1‑0.3MPa的条件下碳化12‑24h得到碳化熟料；本发明通过在低碳熟料中加入羟基型AFm，使羟基型AFm在CO2条件下逐渐释放出OH‑和水分，保水并提高体系碱度而促进了碳化，碳化后不会出现强度低、耐久性差的CaSO4·(0.5‑2)H2O，可在水泥工业窑尾气中高温、低CO2浓度的碳化环境下使用，能有效提高低碳熟料的碳化强度和固碳率。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法。
背景技术
水泥行业是世界上最大的二氧化碳排放源之一，占全球排放量的5％-8％，其中，60％来源于石灰石的煅烧，急需进行低碳转型，而低碳水泥熟料是近年来的研究热门，主要矿物组成为低钙矿物C3S2、CS、β-C2S、γ-C2S，其相对于以C3S矿物为主的硅酸盐水泥熟料而言，配料中需要的石灰石少，煅烧温度低，还可以吸收大量的CO2气体，既从多方面降低了水泥工业的碳排放，又能用于制备物理性能优异的建筑材料。
低碳熟料的研究中常常采用50-100％的CO2浓度进行碳化，效果较好，但实际最终指向为采用工业排放的尾气进行碳化从而减少碳排放，通常工业尾气中的CO2浓度低于30％，是导致材料碳化强度低、应用难度大的主要原因。
水泥工业窑尾气中CO2浓度一般为15-20％，碳化速率较慢，其他碳化条件的需求会变得苛刻，其中，水分对碳化的影响会变得更加显著，是碳化能否快速、持续进行的重要因素，水分过多会阻碍CO2的扩散，水分过少会明显降低碳化速率，材料在碳化过程中内部的水分会逐渐散失，在窑尾气50-70℃的高温环境下尤为明显，会使水分散失过快而减少有效碳化时间，因此，要得到更高的碳化程度、材料密实度、碳化强度和固碳率，必需使适宜碳化的含水率在碳化过程中维持得更久。
钙矾石可在CO2(反应物)和H2O(介质)条件下逐渐被碳化，反应方程式为：3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+3CO2→3CaSO4·2H2O+3CaCO3+Al2O3·xH2O+(26-x)H2O，随着碳化的进行释放出水分而使该适宜碳化的含水率在碳化过程中维持得更久，但产物中含有CaSO4·2H2O，会在一定程度上降低材料碳化后的强度和耐久性。
能否提供一种方法，既能延长低碳熟料的有效碳化时间并促进碳化，又不会对碳化后的性能造成负面影响，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法，通过在低碳熟料中加入羟基型AFm，使羟基型AFm在CO2条件下逐渐释放出OH-和水分，保水并提高体系碱度而促进了碳化，碳化后不会出现强度低、耐久性差的CaSO4·(0.5-2)H2O，可在水泥工业窑尾气中高温、低CO2浓度的碳化环境下使用，能有效提高低碳熟料的碳化强度和固碳率。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法，包括以下步骤：
(1)将低碳熟料、羟基型AFm和水混合，压制成型；
(2)将成型试样干燥后在CO2浓度15-20％、温度50-70℃、湿度50-80％、气压0.1-0.3MPa的条件下碳化12-24h得到碳化熟料。
按上述方案，步骤(1)中所述低碳熟料的矿物组成为CS、C3S2、C2S、C3S中的一种或几种混合。
按上述方案，步骤(1)中所述羟基型AFm的主要矿物为3CaO·Al2O3·Ca(OH)2·12H2O，含量不低于90wt％。
按上述方案，步骤(1)中所述羟基型AFm的用量为低碳熟料的5-30wt％，水用量为低碳熟料、羟基型AFm总量的15-20wt％。
按上述方案，步骤(2)中将试样放在自然条件下干燥。
按上述方案，步骤(2)中成型试样干燥后的含水率为4-10wt％。
相对于现有技术，本发明有益效果如下：
(1)低碳熟料会在碳化过程中逐渐散失水分，在水泥工业窑尾气50-70℃的高温环境下尤为明显，会使水分散失过快而减少有效碳化时间。不影响气体扩散并适宜进行碳化反应的含水率为4-10％，通过在低碳熟料中加入羟基型AFm，羟基型AFm可在CO2(反应物)和H2O(介质)条件下逐渐被碳化，反应方程式为：3CaO·Al2O3·Ca(OH)2·12H2O+4CO2→4CaCO3+Al2O3·xH2O+(13-x)H2O，随着碳化的进行释放出水分而使该适宜碳化的含水率在碳化过程中维持得更久。
(2)羟基型AFm相较于钙矾石而言，碳化过程中能溶出更多的OH-，可明显提高反应体系碱度，从而进一步提高体系碳化效率，同等用量的羟基型AFm碳化后能形成更多的CaCO3和Al2O3·xH2O作为强度组分填充在材料孔隙中提高强度，不会出现强度低、耐久性差的CaSO4·(0.5-2)H2O，且无有机类保水剂的增稠副作用，其中铝胶(Al2O3·xH2O)具备较强的胶结性能，可进一步提高碳化材料的整体性和强度。
(3)羟基型AFm相较于有机类保水剂而言价格更低，无增稠副作用，能在水泥工业窑尾气中50-70℃的温度下使用。低浓度CO2碳化时需要气体的扩散性更好，而高温有利于气体扩散，有机类保水剂如纤维素醚类，虽然也可以起到保水作用，但是温度高于30℃会逐渐失效，且会增稠而降低水中的离子移动性，导致碳化反应速率下降。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
具体实施方式提供了一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法，包括以下步骤：
(1)将低碳熟料、羟基型AFm和水混合，压制成型；
(2)将成型试样干燥后在CO2浓度15-20％、温度50-70℃、湿度50-80％、气压0.1-0.3MPa的条件下碳化12-24h得到碳化熟料。
具体地，低碳熟料的矿物组成为CS、C3S2、C2S、C3S中的一种或几种混合。
具体地，羟基型AFm的主要矿物为3CaO·Al2O3·Ca(OH)2·12H2O，含量不低于90wt％。
具体地，羟基型AFm的用量为低碳熟料的5-30wt％，水用量为低碳熟料、羟基型AFm总量的15-20wt％。
具体地，将成型试样放在自然条件下干燥；干燥后的含水率为4-10wt％
获取低碳熟料和羟基型AFm进行jade矿物组成分析，本发明实施例所用低碳熟料的矿物组成分别如表1所示，粉磨至R45μm≤20％：
表1矿物组成
| 名称 | β-C2S | C3S2 | CS | C2AS | SiO2 |
| 低碳熟料1 | 20.5 | 64.3 | 6.1 | 8.7 | 0.4 |
| 低碳熟料2 | 65.2 | 25.1 | 0 | 9.5 | 0.2 |
| 低碳熟料3 | 3.2 | 65.4 | 22.4 | 8.3 | 0.7 |
羟基型AFm采用3CaO·Al2O3、CaO、H2O合成：
烧制3CaO·Al2O3：以3：1的摩尔比混合碳酸钙和氧化铝，1400℃煅烧1h得到3CaO·Al2O3；将3CaO·Al2O3和分析纯CaO以摩尔比1：1在溶液中混合搅拌，搅拌温度设置为5℃，搅拌3d后真空干燥保存；得到的羟基型AFm中3CaO·Al2O3·Ca(OH)2·12H2O的含量≥99％，粉磨至细度R45μm≤20％。
实施例1
1、配比
称取低碳熟料1为100份，羟基型AFm为10份，水为17.6份(低碳熟料、羟基型AFm总量的16％)，本配比含水率计算值为17.6/(100+10+17.6)＝13.79％。
2、制样
将配好的原料一起放入搅拌机，快速混合搅拌1min，然后以成型压力10MPa压制成直径2cm、高度2cm的圆柱试样。
3、预干燥及碳化
将试样放在自然条件下干燥至含水率为9％，最后在二氧化碳浓度18％、温度60℃、湿度60％、气压0.2MPa的条件下碳化24h，之后测定抗压强度和固碳率。
实施例2
1、配比
称取低碳熟料2为100份，羟基型AFm为20份，水为19.2份(低碳熟料、羟基型AFm总量的16％)，本配比含水率计算值为19.2/(100+20+19.2)＝13.79％。
2、制样
将配好的原料一起放入搅拌机，快速混合搅拌1min，然后以成型压力10MPa压制成直径2cm、高度2cm的圆柱试样。
3、预干燥及碳化
将试样放在自然条件下干燥至含水率为6％，最后在二氧化碳浓度18％、温度70℃、湿度70％、气压0.15MPa的条件下碳化24h，之后测定抗压强度和固碳率。
实施例3
1、配比
称取低碳熟料3为100份，羟基型AFm为15份，水为18.4份(低碳熟料、羟基型AFm总量的16％)，本配比含水率计算值为18.4/(100+15+18.4)＝13.79％。
2、制样
将配好的原料一起放入搅拌机，快速混合搅拌1min，然后以成型压力10MPa压制成直径2cm、高度2cm的圆柱试样。
3、预干燥及碳化
将试样放在自然条件下干燥至含水率为7％，最后在二氧化碳浓度20％、温度65℃、湿度65％、气压0.2MPa的条件下碳化24h，之后测定抗压强度和固碳率。
对比例1
相较于实施例1的步骤1中不加入羟基型AFm，称取低碳熟料1为100份，水为16份(低碳熟料的16％)，其余步骤相同。
对比例2
相较于实施例2的步骤1中不加入羟基型AFm，称取低碳熟料2为100份，水为16份(低碳熟料的16％)，其余步骤相同。
对比例3
相较于实施例3的步骤1中不加入羟基型AFm，称取低碳熟料3为100份，水为16份(低碳熟料的16％)，其余步骤相同。
对比例4
相较于实施例1的步骤1中采用钙矾石替代羟基型AFm，钙矾石采用3CaO·Al2O3、CaSO4·2H2O、H2O合成，3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O的含量≥99％，细度R45μm≤20％。称取低碳熟料1为100份，钙矾石为10份，水为17.6份(低碳熟料、钙矾石总量的16％)，其余步骤相同。
测得各实施例、对比例中低碳熟料的碳化条件及碳化后的强度如表2所示。
表2低碳熟料的碳化条件及碳化后的强度
从表2中可知，通过加入羟基型AFm，低碳熟料的碳化强度和固碳率均得到明显的提高，且实施例1加入羟基型AFm比对比例4加入钙矾石的效果要更好。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将低碳熟料、羟基型AFm和水混合，压制成型；
(2)将成型试样干燥后在CO2浓度15-20％、温度50-70℃、湿度50-80％、气压0.1-0.3MPa的条件下碳化12-24h得到碳化熟料。
2.如权利要求1所述利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法，其特征在于步骤(1)中所述低碳熟料的矿物组成为CS、C3S2、C2S、C3S中的一种或几种混合。
3.如权利要求1所述利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法，其特征在于步骤(1)中所述羟基型AFm的主要矿物为3CaO·Al2O3·Ca(OH)2·12H2O，含量不低于90wt％。
4.如权利要求1所述利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法，其特征在于步骤(1)中所述羟基型AFm的用量为低碳熟料的5-30wt％，水用量为低碳熟料、羟基型AFm总量的15-20wt％。
5.如权利要求1所述利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法，其特征在于步骤(2)中将试样放在自然条件下干燥。
6.如权利要求1所述利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法，其特征在于步骤(2)中试样干燥后的含水率为4-10wt％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311418218.4A CN117486515A (zh) | 2023-10-30 | 2023-10-30 | 一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311418218.4A CN117486515A (zh) | 2023-10-30 | 2023-10-30 | 一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117486515A true CN117486515A (zh) | 2024-02-02 |
Family
ID=89671796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311418218.4A Pending CN117486515A (zh) | 2023-10-30 | 2023-10-30 | 一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117486515A (zh) |
-
2023
- 2023-10-30 CN CN202311418218.4A patent/CN117486515A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113956070B (zh) | 水泥窑尾气碳化免蒸压加气混凝土墙材制品及其制备方法 | |
| CN113880466B (zh) | 一种利用工业废渣制备高碳化活性胶凝材料的方法 | |
| CN112500011B (zh) | 一种碳化钢渣轻骨料的制备方法及包含碳化钢渣轻骨料的混凝土 | |
| CN112679179A (zh) | 一种含工业钙渣的碳化砖及其制备方法 | |
| CN111285654A (zh) | 一种脱硫建筑石膏基复合胶凝材料的制备方法 | |
| CN101337786A (zh) | 碳化养护废弃物制备建筑材料用激发剂 | |
| CN115611589B (zh) | 一种基于碳化养护的水泥基泡沫轻质土制备方法 | |
| CN111960708B (zh) | 一种表面包覆释控制备水泥基材料碳化内养护剂的方法 | |
| CN113800792A (zh) | 一种室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法、活化赤泥及其应用 | |
| CN115650606A (zh) | 一种气硬性胶凝材料及其制备无机人造石的方法 | |
| CN112551957B (zh) | 一种氧化石墨烯增强碳化硬化复合材料及其制备方法 | |
| CN112592087B (zh) | 一种掺合料及其制备方法与应用 | |
| CN113603388A (zh) | 一种混凝土增强密实及温度调节型抗裂剂及其制备方法 | |
| CN117486515A (zh) | 一种利用羟基型AFm提高低碳熟料碳化性能的方法 | |
| CN114538808B (zh) | 一种循环流化床粉煤灰基低碳水泥及其制备方法 | |
| CN114213080B (zh) | 一种再生混凝土 | |
| CN117486516A (zh) | 一种利用钙矾石提高低碳熟料碳化性能的方法 | |
| CN115611578A (zh) | 一种早强低收缩的mof干混砂浆及其制备方法 | |
| CN115784769A (zh) | 一种基于高活性钙基碳吸收的泡沫混凝土及制备方法 | |
| CN114715905B (zh) | 一种高碳化活性硅灰石及其制备方法和应用 | |
| CN114956634B (zh) | 一种高强度内养护碳化砖的制备方法 | |
| CN114804807B (zh) | 一种全固废软基淤泥固化粉料及其制备方法 | |
| CN112058043B (zh) | 一种脱硫剂及其制备方法 | |
| CN115872638A (zh) | 一种利用碳化的高贝利特硫铝酸盐水泥制备高性能水泥基材料的方法 | |
| CN111423138B (zh) | 一种利用造气渣-矿渣为原料制备固化剂的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |