CN104987034A - 一种矿渣直接碳化制备建筑用砖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用工业矿渣制备新型矿渣碳化砖的方法:将矿渣磨细过筛,加入适量的水充分搅匀,将混匀后的原料装入模具中成型,制备出砖块坯体。将制备好的坯体放入反应釜中,反应釜通入不同压力的二氧化碳养护(养护条件为湿度80%~95%,温度30~150℃),养护龄期为12~168小时,制备出一种硬化砖体。采用本方法能够很好的固结气体二氧化碳,减少工业废气对环境的污染。而且制备出的砖块,强度高,养护龄期短,可有效替代建设的普通砖块。本发明充分利用了固体废弃物工业矿渣,并能固结二氧化碳,提高了固体废弃物的资源化利用,具有很好的经济价值和环保价值。
Description
技术领域
本发明属于工业固废资源化利用技术领域,具体涉及一种利用矿渣制备直接碳化制备建筑用砖的方法。
背景技术
矿渣是钢铁企业炼铁生产时的副产物,每生产1吨铁将产生约350kg矿渣,我国每年高炉矿渣排量约为4000万吨以上。随着我国钢铁工业的发展,高炉矿渣排量日益增多,历年来已经堆积矿渣近15×107t,占地约1000km2。如此大量矿渣不能得到有效的处理和利用,不但造成资源浪费,还会产生环境污染,破坏生态景观,给环境和企业带来很大负担。
矿渣是以硅酸钙、铝酸钙为主要成分的熔融物,经水淬急冷处理后含有较多的玻璃体,是一种潜在的水硬性胶凝材料。20世纪中期,国外高炉矿渣的综合利用开始发展起来,目前欧美一些发达国家已做到当年排渣,当年用完,全部实现了资源化。
我国高炉矿渣的利用率在85%以上,主要用于下面几个方面:(1)作为水泥混合材料掺入水泥中。但由于其细度较水泥熟料粗,两者硬度相差大,难以磨细,造成矿渣水泥的早期强度低、容易泌水等弊端。致使矿渣水泥掺量大都为40%以下。(张永娟,张雄.矿渣水泥活性研究[J].同济大学学报,2005,33(4):208-211.);(2)作为混凝土轻骨料。矿渣混凝土的早期强度虽略低于普通混凝土,但其后期强度发展明显优于普通混凝土。由于矿渣掺量过大,会影响矿渣混凝土的抗冻耐久性,一般混凝土产量控制在50%以下。(张德思,成秀珍.矿渣混凝土的长期强度和抗冻融耐久性研究[J].西北建筑工程学院学报,1999,(3):6-9.);(3)吹制成矿渣棉制造各种隔热、保温材;(4)浇铸成型可做耐磨的热铸矿渣;(5)轧制成型可做微晶玻璃。
全球变暖主要取决于CO2的累积排放,截至到2011年,全球已累积排放0.445-0.585万亿吨CO2。(张晓华,髙云,祁悦,等.IPCC第五次评估报告第一工作组主要结论对《***气候变化框架公约》进程的影响分析[J].气候变化研究进展,2014,10(1):14-19.)我国是水泥生产大国,在煅烧熟料过程中,按照1吨CO2/1吨水泥熟料估算,每年CO2排放总量约17亿吨,占全球总排放量的7%。
若将尚未被有效利用的矿渣,通过碳化,制得有用材料,不仅是变废为宝之举,同时能固结CO2,减少环保污染。
发明内容
发明目的:本发明的目的是解决矿渣的环境污染问题,变废为宝,提供一种利用矿渣制备矿渣碳化砖的制作方法,同时能够将二氧化碳永久固化储存在固体废物矿渣中,缓解了温室效应。
技术方案:本发明原料采用工业矿渣,主要是粒化高炉矿渣粉,矿渣的化学组成以氧化钙为主,其含量为(以质量计)30%~46%,除氧化钙以外,还有二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化镁等其他物质。
本发明所述矿渣直接碳化制备建筑用砖的方法,是按下述方案实现的:
将矿渣球磨,然后加入水,进行拌合,拌好的原料放入磨具中压制成型,成型的压力为3~20MPa,最大压力时静置30~60s,得到矿渣试块;
将上述矿渣试块放入蒸压釜,通入二氧化碳,蒸压釜养护龄期为12~168小时,得到产品。
上述步骤中所述的球磨采用常见粉磨用球磨机,例如立式高能球磨机,介质球为玛瑙球。所述的球磨是用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm方孔筛筛余为不超过15%为准。方孔筛为150~200目筛,孔径约为0.08mm。
按重量份数计,原料的配比为:矿渣95~99份,水1~5份。
所述的养护条件为:温度30~180℃,湿度60%~90%,CO2压力范围在0.5~250Pa。
进一步的,研究发现,当养护条件为:温度120~150℃,湿度85%~95%,CO2压力范围在35~200Pa时,所制得的建筑用砖强度更好,其7d抗压强度达到25MPa。
有益效果:1,本发明利用工业矿渣为原料,制成矿渣碳化砖。不仅解决了矿渣大量堆积造成的土地污染问题,更永久固化了温室气体二氧化碳,缓解了温室效应。采用本方法制备的碳化砖抗压强度高,7天抗压强度>30MPa,体积安定性良好。
2,本发明利用的原料矿渣是工业废弃物,原料成本较低,有利于推广。
3,本发明的工艺设备简单,有利于工业化大生产。
4,本发明制备的矿渣碳化砖抗压强度高,体积安定性良好,可有效替代普通砖。
5,本发明是在二氧化碳气氛中氧化,能够永久地固化温室气体二氧化碳,缓解温室效应,绿色环保。
具体实施方式:
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1:
将矿渣装入球磨机中球磨,控制介质球与待磨物料体积比为1:2.5,用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm方孔筛筛余为不超过15%为准。称取7g处理后的矿渣和1.8g水,将矿渣和水充分混匀,装入内径为20mm的圆柱形磨具中压制成型,最大压力为5MPa。将成型的试块放入反应釜中,反应釜与二氧化碳气瓶相连,并保证在反应过程中有足够的二氧化碳,试块利用支撑物和底部碳酸钙分离。反应釜内温度为60℃,养护至1天、3天、7天。使用压力试验机测量不同碳化龄期的矿渣碳化砖的力学强度,测得其1天,3天,7天的抗压强度分别达到8.13MPa、11.76MPa、15.09MPa。经检测,产品的体积安定性符合GB/T1346-2011标准要求。
实施例2:
将矿渣装入球磨机中球磨,控制介质球与待磨物料体积比为1:2.5,用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm方孔筛筛余为不超过15%为准。称取7g处理后的矿渣和1.8g水,将矿渣和水充分混匀,装入内径为20mm的圆柱形磨具中压制成型,最大压力为5MPa。将成型的试块放入反应釜中,反应釜与二氧化碳气瓶相连,并保证在反应过程中有足够的二氧化碳,试块利用支撑物和底部碳酸钙分离。反应釜内温度为60℃,养护至1天、3天、7天。使用压力试验机测量不同碳化龄期的矿渣碳化砖的力学强度,测得其1天,3天,7天的抗压强度分别达到9.95MPa、18.31MPa、19.98MPa。经检测,产品的体积安定性符合GB/T1346-2011标准要求。
实施例3:
将矿渣装入球磨机中球磨,控制介质球与待磨物料体积比为1:2.5,用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm方孔筛筛余为不超过10%为准。称取7g处理后的矿渣和1.8g水,将矿渣和水充分混匀,装入内径为20mm的圆柱形磨具中压制成型,最大压力为5MPa。将成型的试块放入反应釜中,反应釜与二氧化碳气瓶相连,并保证在反应过程中有足够的二氧化碳,试块利用支撑物和底部碳酸钙分离。反应釜内温度为60℃,养护至1天、3天、7天。使用压力试验机测量不同碳化龄期的矿渣碳化砖的力学强度,测得其1天,3天,7天的力学强度分别达到10.32MPa、19.24MPa、22.42MPa。经检测,产品的体积安定性符合GB/T1346-2011标准要求。
实施例4:
将矿渣装入球磨机中球磨,控制介质球与待磨物料体积比为1:2.5,用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm方孔筛筛余为不超过10%为准。称取7g处理后的矿渣和1.8g水,将矿渣和水充分混匀,装入内径为20mm的圆柱形磨具中压制成型,最大压力为5MPa。将成型的试块放入反应釜中,反应釜与二氧化碳气瓶相连,并保证在反应过程中有足够的二氧化碳,试块利用支撑物和底部碳酸钙分离。反应釜内温度为60℃,养护至1天、3天、7天。使用压力试验机测量不同碳化龄期的矿渣碳化砖的力学强度,测得其1天,3天,7天的力学强度分别达到13.73MPa、20.01MPa、25.73MPa。经检测,产品的体积安定性符合GB/T1346-2011标准要求。
Claims (8)
1.一种矿渣直接碳化制备建筑用砖的方法,其特征在于包括以下步骤:
将矿渣球磨,然后加入水,进行拌合,拌好的原料放入磨具中压制成型,成型的压力为3~20MPa,最大压力时静置30~60s,得到矿渣试块;
将上述矿渣试块放入蒸压釜,通入二氧化碳,蒸压釜养护龄期为12~168小时,得到产品。
2.如权利要求1所述的制备建筑用砖的方法,其特征在于所述的矿渣球磨是用球磨机将矿渣粉磨至0.08mm,方孔筛筛余为不超过15%为准。
3.如权利要求2所述的制备建筑用砖的方法,其特征在于所述的方孔筛为0.08mm方孔筛。
4.如权利要求1所述的制备建筑用砖的方法,其特征在于按重量份数计,矿渣95~99份,水1~5份。
5.如权利要求1所述的制备建筑用砖的方法,其特征在于所述的养护条件为:温度30~150℃,湿度80%~95%,CO2压力范围在0.5~250Pa。
6.如权利要求5所述的制备建筑用砖的方法,其特征在于所述的CO2压力范围在35~200Pa。
7.如权利要求1所述的制备建筑用砖的方法,其特征在于所述的矿渣为粒化高炉矿渣粉,含有质量含量为30%~46%的氧化钙。
8.如权利要求7所述的制备建筑用砖的方法,其特征在于所述的矿渣还含有二氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化镁。
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