[發明專利]一種利用鋼渣制備低成本碳化建材的方法

在審

• 申請號: 201910054727.0
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109704698A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 邢奕;王雪;李佳潔;張思奇;倪文
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B28/08
• 分類號: C04B28/08;C04B40/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種利用鋼渣制備低成本碳化建材的方法，屬于資源綜合利用技術領域。該方法首先將45％～100％鋼渣，0％～30％脫硫石膏和0～50％細骨料混合制成固體混合物，然后外加占以上混合料總質量0％～0.9％的減水劑和占固體混合物干基質量15％～40％的水并攪拌均勻，倒入模具中澆鑄；在混凝土標準養護箱中進行恒溫恒濕養護，成型后拆模并在碳化室中養護，即得到鋼渣碳化建材。本發明克服了鋼渣綜合利用率低的難題，澆鑄成型可以降低生產成本，吸收工業廢氣中的二氧化碳也可在一定程度上緩解溫室效應，具有一定的經濟效益、環境效益和社會效益。所制備的建材具有優異的早期強度和安定性。

技術領域

本發明涉及資源綜合利用技術領域，特別是指一種利用鋼渣制備低成本碳化建材的方法。

背景技術

隨著中國鋼鐵產業的迅猛發展，鋼渣的排放量逐年增加。我國鋼渣累積堆存10億t以上，年產出量達到1億t左右，而鋼渣的綜合利用率只有30％左右，絕大多數鋼渣尚未被綜合利用。大量堆存的鋼渣不僅占用土地、浪費資源，污染環境，而且具有嚴重的安全隱患。目前，我國鋼渣的再利用主要有鋼渣提取有價元素，鋼渣制作建筑材料和鋼渣作為充填材料和路基等方面，利用價值和經濟效益遠未得到充分發揮。

鋼渣等固體廢棄物中的鈣、鎂及二價鐵等的氧化物均可參與碳化反應。鋼渣中氧化鈣的含量占到35％-55％，鈣主要存在于硅酸二鈣(2CaO.SiO₂)、硅酸三鈣(3CaO.SiO₂)、七鋁酸十二鈣(12CaO.7Al₂O₃)、氫氧化鈣(Ca(OH)₂)以及游離氧化鈣(f-CaO)等物質中，鎂主要存在于鎂的硅氧化物中。含鈣、鎂以及二價鐵的物質一方面與二氧化碳反應生成結構致密的微晶方解石(碳酸鈣)、白云石、鐵白云石和菱鐵礦等，另一方面又可易于與水反應生成C-S-H凝膠和鈣礬石等水化產物。兩種作用均可促進所制備產品強度的增長。

鋼渣碳化可以提高鋼渣的早期強度，解決鋼渣水化所制備建材的體積膨脹的問題，極大地提高鋼渣的利用率，而且可縮短養護周期，與此同時，吸收工業廢氣中的二氧化碳也可在一定程度上緩解溫室效應，具有一定的經濟效益、環境效益和社會效益。所制備的碳化產品也可以為碳化板材、碳化磚、人工魚礁、砌塊等多種形式，幾乎可以取代目前的所有建材，應用廣泛。

發明專利CN107879704A《一種復合鋼渣碳化磚的制備方法》公開了一種以鋼渣為主要原料制備碳化磚方法。其特征在于：將鋼渣、煤油和助磨劑混合球磨后點燃，并冷卻，得燃燒渣，再將所得燃燒渣粉碎，過篩，得預處理鋼渣粉，再將骨料、預處理鋼渣粉、熟石灰和分散液攪拌混合后，澆筑成型，恒溫恒濕靜置，得磚坯，隨后將磚坯進行蒸壓養護，并用食醋熏蒸，制得熏蒸磚坯，再將熏蒸磚坯轉入碳化箱中，恒溫恒濕碳化，出料，即得復合鋼渣碳化磚。該技術雖然能夠消納鋼渣，但是工藝流程復雜，效率低，還需要食醋、煤油、助磨劑等化學藥劑，不利于節能減排和降低成本；另外工藝流程還規定需要蒸汽常壓養護或蒸壓養護，也造成了生產條件要求苛刻，基建和維護成本過高。

發明內容

本發明提供一種利用鋼渣制備低成本碳化建材的方法，旨在解決鋼渣碳化制品難以得到利用以及制備成本高等技術難題。(1)通過在鋼渣中摻入石膏以促進鋼渣快速碳化，實現快速增加制品強度的目的，通過研究發現，石膏在體系中對水化反應和碳化反應均起到催化作用。(2)通過摻加細骨料降低生產成本，節省由于鋼渣磨細耗能過大產生的成本高的難題，尤其是超基性巖的鐵尾礦，因其鈣和鎂含量高，其作用一是協同固碳，二是降低建材的成本，三是減小建材的密度。(3)通過磨細工藝和多個磨細設備的串聯，再加上實時循環除鐵，可以實現對鋼渣進行低成本低能耗高效率的磨細，并且能夠準確地控制各種微粉粒級的尺寸。通過以上方法可得到3天碳化養護后抗壓強度達到5MPa以上，14天抗壓強度就達到25MPa以上的建材制品。

該方法利用鋼渣、石膏和鐵尾礦制備抗壓強度超過15MPa的建筑預制構件，以實現大比例消納鋼渣和鐵尾礦、降低能源消耗和降低CO₂排放的目的，具體包括步驟如下：