一種水化-碳酸化聯(lián)用技術(shù)制備建筑材料制品的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種利用水化-碳化聯(lián)用技術(shù)處理工業(yè)固體廢棄物制備建材制品的方法，本發(fā)明的具體技術(shù)路線為：將含有氧化鈣、氫氧化鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣、水化硅酸鈣中至少一種的工業(yè)廢棄物包括鋼渣、礦渣、爐渣、粉煤灰或煤矸石與堿性激發(fā)材料包括電石渣、石灰、硅酸鹽水泥或廢水泥，適量水，混合均勻制成建材制品胚體，水化養(yǎng)護(hù)一段時間后碳酸化養(yǎng)護(hù)得到以碳酸鹽為主的建筑材料制品。該聯(lián)用技術(shù)可以有效的利用鋼渣，礦渣，爐渣，粉煤灰，煤矸石，電石渣等工業(yè)固體廢棄物，減少溫室氣體的排放，緩解溫室效應(yīng)，同時制備出性能優(yōu)異的建筑材料制品，利廢，環(huán)保。
【專利說明】一種水化-碳酸化聯(lián)用技術(shù)制備建筑材料制品的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種水化-碳酸化聯(lián)用技術(shù)制備建筑材料制品的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代化工業(yè)社會過多地燃燒煤炭、石油和天然氣等化石燃料，排放出大量的CO2氣體。到2013年5月，大氣中的CO2濃度已經(jīng)超過了 400ppm，如果不采取有效的減排措施，2030年空氣中的CO2的含量將比2000年高40 — 110%，到2100年，空氣中CO2的含量將達(dá)到540—970ppm,并導(dǎo)致全球平均氣溫上升1.8—4°C，引起海平面升高、冰川退縮、凍土融化等問題。這將對氣候和環(huán)境、人類健康、生態(tài)平衡甚至生物多樣性造成嚴(yán)重的危害。并且隨著工業(yè)生產(chǎn)的日益發(fā)展，工業(yè)廢棄物數(shù)量逐漸增多。其消極堆放，占用土地，污染土壤、水源和大氣，影響作物生長，同時危害人體健康。
[0003]礦物碳酸化模仿了自然界中礦物自發(fā)吸收CO2的過程，即空氣中的CO2溶解在雨水中形成碳酸，與堿性或者堿土金屬氧化物的礦物發(fā)生中和反應(yīng)生成更加穩(wěn)定的碳酸鹽。固體廢棄物代替天然礦石碳酸化不僅可以緩解CO2帶來的溫室效應(yīng)，還可以改善固體廢棄物的性能，減少固體廢棄物的危害，有利于實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的再利用，同時還可制備出性能優(yōu)異的建材制品。
[0004]專利CN200710014697.8提出了含鈣固體廢棄碳酸化制備建筑材料，但限制了粉煤灰，煤矸石等少鈣材料的碳酸化應(yīng)用。本發(fā)明將固體廢棄物(鋼渣，礦渣，粉煤灰，煤矸石等)與堿性激發(fā)材料(電石渣，硅酸鹽水泥或廢水泥)混合，采用水化和碳酸化聯(lián)用技術(shù)，先水化養(yǎng)護(hù)一定時間后再進(jìn)行碳酸化養(yǎng)護(hù)，解決了此問題，同時解決了電石渣直接碳酸化制品強(qiáng)度低的問題。
[0005]本發(fā)明中的工業(yè)固體廢棄物主要涉及鋼渣，礦渣，爐渣，粉煤灰，煤矸石等，與電石渣，硅酸鹽水泥或廢水泥等作用下水化一段時間后，再在可碳酸化氣體中養(yǎng)護(hù)，制得以碳酸鹽為主的建筑材料制品，此聯(lián)用技術(shù)解決了一些不能直接碳酸化的固體廢棄物應(yīng)用的難題和電石渣碳酸化制品強(qiáng)度低的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了水化-碳酸化聯(lián)用技術(shù)制備建筑材料制品的方法。
[0007]本發(fā)明的一種水化-碳酸化聯(lián)用技術(shù)制備建筑材料制品的方法，具體技術(shù)方案如下:
[0008]將含氧化鈣、氫氧化鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣或水化硅酸鈣的工業(yè)廢棄物、堿性激發(fā)材料與水混合，制成一定形狀的制品，然后對其水化養(yǎng)護(hù)和碳酸化養(yǎng)護(hù)，即得到建筑材料制品。
[0009]所述的工業(yè)廢棄物為鋼渣、礦渣、爐渣粉煤灰或煤矸石等中的一種或兩種以上混合
[0010]所述的堿性激發(fā)材料為電石渣、硅酸鹽水泥或石灰等中的一種或兩種以上混合，其中，堿性激發(fā)材料的質(zhì)量百分比為20-50%。
[0011]所述的水化養(yǎng)護(hù)的條件:溫度為15-30°c，濕度為90%，時間為1-3天或大于2個大氣壓條件下蒸汽養(yǎng)護(hù)2小時以上。
[0012]所述的碳酸化養(yǎng)護(hù)的條件:碳酸化氣體壓力大于2bar，溫度為25_150°C。
[0013]所述的碳酸化養(yǎng)護(hù)過程中用的氣體為CO2濃度大于15%的工業(yè)尾氣。
[0014]本發(fā)明中含氧化鈣、氫氧化鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣或水化硅酸鈣的工業(yè)廢棄物，可以直接水化或者在堿性激發(fā)劑作用下水化。
[0015]CaCHH2O — Ca (OH) 2
[0016]C3S+nH20 — C-S-H+ (3_x) Ca (OH) 2
[0017]C2S+mH20 — C-S-H+ (2_x) Ca (OH) 2
[0018]Mg0+H20 — Mg (OH) 2 [0019]Si02+Ca (OH) 2+H20 — C-S-H
[0020]Al203+Ca (OH) 2+H20 — C-A-H
[0021]水化產(chǎn)物和部分未水化的可碳酸化成分在碳化氣體的氣氛中發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的碳酸鹽。
[0022]C-S-H+C02 — CaC03+Si02.ηΗ20
[0023]Ca (OH) 2+C02 — CaC03+H20
[0024]C3S+3C20+nH20 — 3CaC03+Si02.nH20
[0025]C2S+2C20+nH20 — 2CaC03+Si02.nH20
[0026]本發(fā)明的主要特點(diǎn)是，能夠利用不能直接碳酸化的工業(yè)廢棄物，經(jīng)水化反應(yīng)之后再碳酸化，生成以碳酸鹽為主的建筑材料制品，產(chǎn)生較高的強(qiáng)度。同時吸收CO2，緩解溫室效應(yīng)。
[0027]本發(fā)明的有益效果:利廢，環(huán)保，低成本，產(chǎn)品性能優(yōu)異。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為具體示例水化養(yǎng)護(hù)和碳酸化養(yǎng)護(hù)之后的XRD圖譜。
[0029]圖2為具體示例水化養(yǎng)護(hù)和碳酸化養(yǎng)護(hù)之后的TG/DSC圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
[0031]選取山東某企業(yè)排放的電石渣與大連某企業(yè)的粉煤灰按1:2混合，加入適量的水(水固比0.25)，制成240mmX120mmX55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)2天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到6.8MPa，在濃度為25%的CO2氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到15.2%，水化-碳酸化磚的抗壓強(qiáng)度達(dá)到17.6MPa。
[0032]圖1為電石渣，粉煤灰水化3天和碳化12小時后的XRD圖譜，從圖譜中可以看到水化3天之后，除了剩余大量的氫氧化鈣之外，還生成了 C-S-H。碳化12小時之后氫氧化鈣的X射線衍射峰消失，C-S-H的X射線衍射峰減弱，碳酸鈣的含量明顯增加。[0033]圖2為水化3天碳化12小時之后的TG/DSC圖譜?？梢钥闯鎏蓟髿溲趸}的 含量從11%減小到3. 4%。由于碳酸鈣的分解造成的失重達(dá)到了 14. 29%，證明碳酸鈣的含量 為32. 5%。反應(yīng)生成的碳酸鈣填充在空隙之中，使得制品的強(qiáng)度明顯增加。
[0034]實(shí)施例2
[0035]選取山東某企業(yè)排放的電石渣與大連某企業(yè)的爐渣按1: 2混合，加入適量的水 (水固比0. 20)，制成240mmX 120mmX 55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)3天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到6. 2MPa，在 濃度為50%的C02氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到18. 2%，水化-碳酸化磚的抗壓強(qiáng) 度達(dá)到25. 6MPa。
[0036]實(shí)施例3
[0037]選取山東某企業(yè)排放的電石渣與大連某企業(yè)的鋼渣按1: 3混合，加入適量的水 (水固比0. 20)，制成240mmX 120mmX 55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)3天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到8. 6MPa，在 濃度為25%的C02氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到20. 3%，水化-碳酸化磚的抗壓強(qiáng) 度達(dá)到32. 5MPa。
[0038]實(shí)施例4
[0039]選取大連某企業(yè)的石灰與大連某企業(yè)的鋼渣按1: 3混合，加入適量的水(水固比 0. 25)，制成240mmX 120mmX 55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)3天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到5. 8MPa，在濃度為 50%的C02氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到23. 2%，水化-碳酸化磚的抗壓強(qiáng)度達(dá)到 34. 2MPa。[0040]實(shí)施例5
[0041]選取大連某企業(yè)的石灰與大連某企業(yè)的粉煤灰按1:2混合，加入適量的水(水固 比0. 20)，制成240mmX 120mmX55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)2天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到5. 2MPa，在濃度為 25%的C02氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到16. 9%，水化-碳酸化磚的抗壓強(qiáng)度達(dá)到 24. 6MPa0
[0042]實(shí)施例6
[0043]選取山東某企業(yè)排放的電石渣與大連某企業(yè)的鋼渣，粉煤灰按1:1:1混合，加入 適量的水(水固比0. 20)，制成240mmX 120mmX 55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)3天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到 7. 5MPa，在濃度為15%的C02氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到18. 4%，水化-碳酸化 磚的抗壓強(qiáng)度達(dá)到26. 9MPa。
[0044]實(shí)施例7
[0045]選取大連某企業(yè)的石灰與大連某企業(yè)的鋼渣，粉煤灰按1:1:2混合，加入適量的 水（水固比0. 25)，制成240mmX 120mmX 55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)2天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到7. IMPa， 在濃度為25%的C02氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到19. 3%，水化-碳酸化磚的抗壓 強(qiáng)度達(dá)到24. 6MPa。
[0046]實(shí)施例8
[0047]選取大連某企業(yè)的石灰與大連某企業(yè)的爐渣，粉煤灰按1:1:2混合，加入適量的 水（水固比0. 25)，制成240mmX 120mmX 55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)3天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到5. 6MPa， 在濃度為25%的C02氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到18. 3%，水化-碳酸化磚的抗壓 強(qiáng)度達(dá)到19. 8MPa。
[0048]實(shí)施例9[0049]選取大連某企業(yè)的硅酸鹽水泥與大連某企業(yè)的粉煤灰按1:2混合，加入適量的水(水固比0.25)，制成240mmX120mmX55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)3天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到6.8MPa，在濃度為25%的CO2氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到19.5%，水化-碳酸化磚的抗壓強(qiáng)度達(dá)到25.3MPa。
[0050]實(shí)施例10
[0051]選取大連某企業(yè)的硅酸鹽水泥與大連某企業(yè)的爐渣，粉煤灰按1:1:2混合，加入適量的水(水固比0.20)，制成240mmX 120mmX 55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)3天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到5.8MPa，在濃度為50%的CO2氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到19.5%，水化-碳酸化磚的抗壓強(qiáng)度達(dá)到26.2MPa。
[0052]實(shí)施例11
[0053]選取大連某企業(yè)的石灰與大連某企業(yè)的鋼渣，粉煤灰.礦渣按1:1:1:1混合，加入適量的水(水固比0.25)，制成240mmX120mmX55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)2天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到
5.9MPa，在濃度為50%的CO2氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到20.4%，水化-碳酸化磚的抗壓強(qiáng)度達(dá)到26.7MPa。
[0054]實(shí)施例12
[0055]選取山東某企業(yè)排放的電石渣與大連某企業(yè)的鋼渣，爐渣，粉煤灰按1:1:1:2混合，加入適量的水(水固比0.20)，制成240mm X 120mm X 55mm的磚，水化養(yǎng)護(hù)3天后抗壓強(qiáng)度達(dá)到7.4MPa，在濃度為25%的CO2氣體中碳酸化養(yǎng)護(hù)12小時，增重率達(dá)到22.6%，水化-碳酸化磚的抗壓強(qiáng)度達(dá)到31.2 MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種水化-碳酸化聯(lián)用技術(shù)制備建筑材料制品的方法，其特征在于，將含氧化鈣、氫氧化鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣、水化硅酸鈣中至少一種的工業(yè)廢棄物、堿性激發(fā)材料與水混合，制成制品，然后對其進(jìn)行水化養(yǎng)護(hù)和碳酸化養(yǎng)護(hù)，即得到建筑材料制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的工業(yè)廢棄物為鋼渣、礦渣、爐渣、粉煤灰或煤矸石中的一種或兩種以上混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的堿性激發(fā)材料為電石渣、石灰、硅酸鹽水泥或廢水泥中的一種或兩種以上混合，其中，堿性激發(fā)材料的質(zhì)量百分比為20-50%ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的水化養(yǎng)護(hù)的條件:溫度為15-30°C，濕度為90%，時間為1-3天或大于2bar條件下蒸汽養(yǎng)護(hù)2小時以上；所述的碳酸化養(yǎng)護(hù)的條件:碳酸化氣體CO2壓力大于2bar,溫度為25_150°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的水化養(yǎng)護(hù)的條件:溫度為15-30°C，濕度為90%，時間為1-3天或大于2bar條件下蒸汽養(yǎng)護(hù)2小時以上；所述的碳酸化養(yǎng)護(hù)的條件:碳酸化氣體壓力大于2bar,溫度為25_150°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的方法，其特征在于，所述的碳酸化氣體CO2為濃度大于15%的工業(yè)尾氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的碳酸化氣體CO2為濃度大于15%的工業(yè)尾氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的碳酸化氣體CO2為濃度大于15%的工業(yè)尾氣。`
【文檔編號】C04B40/00GK103771780SQ201410000514
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月1日
【發(fā)明者】常鈞, 房延鳳, 李勇, 余鑫, 尚小朋, 曹明莉 申請人:大連理工大學(xué)