一種CO2礦化鋼渣制備輕質建材及其制備的方法與流程

本發明涉及一種以鋼渣、膨脹珍珠巖、CO₂氣體為主要原料制備輕質建材及其制備的方法，屬于無機非金屬材料和工業固體廢棄物以及工業CO₂廢氣回收利用的技術領域。

背景技術：

鋼渣是煉鋼過程中所產生的廢渣。隨著鋼鐵工業的訊速發展，鋼渣的總量在迅速增加。按我國鋼產量計算，得到鋼渣年排出約8000萬噸，加之年久堆積有數億噸的鋼渣未得到充分利用，鋼渣的堆放占用了大量的土地，污染環境。因鋼渣的化學成分復雜且含有較多f–CaO和f–MgO等造成鋼渣安定性不良的物質^[1]，因此鋼渣應用受到了一定限制。

CO₂礦化鋼渣-膨脹珍珠巖制備輕質建材的制備原理是利用鈣鎂基碳化效應與CO₂生成以方解石，制成一類性能優異的無機非金屬材料。因為CO₂礦化反應不僅為綜合利用鋼渣等固體廢棄物開辟了新途徑，而且對于利用工業尾氣，減少溫室氣體排放開辟了新途徑，所以，近年來在國內外研究非常活躍。

隨著我國經濟和城鎮化的不斷發展，人造建材的需求急速增加。傳統的建材在生產過程中占用大面積耕地、消耗大量能源和排放大量污染，國家和相關部門已頒布多項文件，例如，要求禁止使用實心粘土磚，這使得傳統建材替代品的研究成為了熱點。

隨著工業的快速發展，CO₂溫室氣體的排放日趨增多，我國政府在2009年哥本哈根世界氣候大會上承諾：到2020年，單位國內生產總值二氧化碳排放量比2005年下降40%-45%。利用廢棄物捕集CO₂，不僅可以固定CO₂氣體，而且同時可以利用CO₂與廢棄物組分的碳化反應制備相應的建筑材料，有較高的社會效益和經濟效益。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決鋼渣等鈣鎂基大宗固體廢棄物堆存過多、難利用以及CO₂工業尾氣減排等問題。將其變廢為寶，制備出成本低，綠色無污染的具有一定保溫功能的輕質建材制品。

本發明公開了一種CO₂礦化鋼渣復合膨脹珍珠巖制備輕質建材及其制備的方法，該方法以鋼渣、CO₂氣體、膨脹珍珠巖為主要原料，利用CaO與CO₂的碳化效應制備具有一定保溫功能的輕質鋼渣建材，此建材綠色無污染，制備方法簡單，也不需要消耗大量的土地，保護和節約了土地，降低了能耗，節約了能源，減少了CO₂的排放，減輕了環境污染。本發明對節約能源、廢物利用、保護資源意義重大，符合我國的可持續發展原則。

本發明的主要制備方法如下：1)將鋼渣破碎、磨細、過0.6mm篩備用；2）稱取一定量的鋼渣，加入15%-110%的水攪拌均勻，在模具里注漿成型或壓制成型；3）將制品養護5h-100h；4）將步驟4)得到的石材放入容器，將容器抽至真空0.01MPa-0.03MPa，容器加熱為5-65℃，相對濕度在60%-95%，碳化壓力(CO₂分壓)為0.05-1MPa的條件下進行碳化10-200min。

具體實施方式

實施實例1

鋼渣500g，加入75%的水，在砂漿攪拌鍋內攪拌10min，然后加入膨脹珍珠巖，膨脹珍珠巖摻量分別為20%，23%，25%，27，30%，33%，養護條件，室溫下自然養護24h。在按照一定的碳化工藝碳化制品制成輕質建材，碳化時間60min，釜中碳化溫度60℃，碳化壓力(CO₂分壓)0.2MPa，碳化濕度70%。其表觀密度及其力學性能見附圖1。

實施實例2

鋼渣500g，加入75%的水，在砂漿攪拌鍋內攪拌10min，加入膨脹珍珠巖30%，攪拌均勻，并注漿成型，在室溫下養護24h。在按照一定的碳化工藝碳化制品制成輕質建材，碳化時間60min，釜中碳化溫度60℃，碳化濕度70%，碳化壓力分別為0.1MPa，0.15MPa，0.2MPa，0.25MPa，0.3MPa，0.35MPa。制成制品后測其表觀密度和力學性能見附圖2。

具體實例3

鋼渣500g，加入75%的水，在砂漿攪拌鍋內攪拌10min，加入膨脹珍珠巖30%，攪拌均勻，并注漿成型，在室溫下養護24h。在按照一定的碳化工藝碳化制品制成輕質建材，碳化壓力0.3 MPa，釜中碳化溫度60℃，碳化濕度70%，碳化時間分別為60min，90min，120min，150min，180min。制品碳化后測其表觀密度和力學性能見附圖3。當碳化時間為2.5h，表觀密度為594.5kg/m³,其抗壓強度為0.98MPa，抗折強度為0.32MPa，測其導熱系數為0.085W/(m.K)。

附圖說明

圖1：膨脹珍珠巖摻量對于CO₂礦化鋼渣制備的輕質建材性能的影響；

圖2：碳化壓力對于CO₂礦化鋼渣制備的輕質建材性能的影響；

圖3：碳化時間對于CO₂礦化鋼渣制備的輕質建材性能的影響；

圖4：CO₂礦化鋼渣制備的輕質建材表面；

圖5：CO₂礦化鋼渣制備的輕質建材的斷裂面。