權(quán)利要求

1.高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，其特征在于：步驟包括以下幾步：(1)物料混合；(2)模具壓制成型；(3)釜內(nèi)反應(yīng)；(4)反應(yīng)后處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，其特征在于：所述物料包括粉料與拌合液；所述拌合液與粉料的質(zhì)量比為0.05～0.3：1。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，其特征在于：粉料包括高鈣固廢，硅鋁質(zhì)固廢以及外加劑；所述粉料中各組分的質(zhì)量百分比為高鈣固廢20～40％，硅鋁質(zhì)固廢59～79％，外加劑0.1～2％； 優(yōu)選地，所述粉料中各組分的質(zhì)量百分比為高鈣固廢23～35％，硅鋁質(zhì)固廢64～76％，外加劑1～2％。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，其特征在于：所述高鈣固廢為電石渣、廢石灰、鋼渣、磷礦渣、飛灰、廢棄混凝土中的至少一種；所述高鈣固廢中氫氧化鈣和氧化鈣的含量≥50wt％。 5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，其特征在于：所述硅鋁質(zhì)固廢為粉煤灰、礦粉、硅灰、高嶺土、煤矸石、建筑垃圾、淤泥中至少一種；所述硅鋁質(zhì)固廢中氧化硅和氧化鋁的含量為50～70wt％。 6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，其特征在于：所述外加劑為偏高嶺土、偏鋁酸鈉中的至少一種。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，其特征在于：所述釜內(nèi)反應(yīng)的具體操作為：以均勻的流速，向反應(yīng)釜中通入含CO 2的氣體，使釜內(nèi)壓力達(dá)到P1；以均勻流速，向釜內(nèi)通入水蒸氣并且輔助釜體加熱，使釜內(nèi)相對濕度保持在H1，溫度達(dá)到T1；保溫保濕保壓1～4小時，再向釜內(nèi)通入水蒸氣；通過水蒸氣加熱維持釜內(nèi)溫度為T2，釜內(nèi)壓力為P2，釜內(nèi)相對濕度為H2，并保溫保濕保壓6～10小時。 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，其特征在于：所述P1為0.05～0.4MPa，P2為0.15～0.8MPa，H1為20～80％，H2為90～100％，T1為60～80℃，T2為100～140℃。 9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，其特征在于：所述反應(yīng)后處理的具體操作為：反應(yīng)完成后，打開泄壓閥和排水閥，將反應(yīng)釜中的氣體通入裝有尾氣處理料的尾氣吸收裝置，經(jīng)尾氣吸收裝置處理后的氣體直接達(dá)標(biāo)排放；所述尾氣處理料為高鈣固廢，吸收尾氣后的尾氣處理料作為粉料使用；反應(yīng)釜泄壓過程中收集的液體為回收液，所述回收液作為拌合液使用。 10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任一項所述的高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝的應(yīng)用，其特征在于：包括該制備工藝在碳中和、建材領(lǐng)域中的應(yīng)用。

說明書

高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝及其應(yīng)用

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及B01D53/00領(lǐng)域，尤其涉及一種高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化碳礦化技術(shù)作為一種具有顯著經(jīng)濟(jì)效益的碳減排工藝，逐漸受到廣泛關(guān)注，CO 2的礦化利用技術(shù)模擬和加速了硅酸鹽礦石的自然風(fēng)化過程，可將CO 2以穩(wěn)定的碳酸鹽形式固定，其原料可以是自然界的含鈣、鎂質(zhì)礦物或工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的固體廢棄物。

目前，我國固廢資源化處理技術(shù)和裝備尚不成熟，大部分高鈣固廢的礦化活性都沒有得到充分利用，且處理手段大多是高耗能的。例如中國專利申請文獻(xiàn)CN107117836A公開了一種由電石渣制備電石渣水泥的方法，該方法主要將鎳鐵渣、砂巖、粉煤灰和電石渣進(jìn)行混合后進(jìn)行擠壓、粉磨，在回轉(zhuǎn)窯對原料進(jìn)行預(yù)熱和燒成，將燒成后的水泥熟料與緩凝劑配比混合后粉磨得到電石渣水泥產(chǎn)品。中國專利文獻(xiàn)CN104086105B公開了一種以電石渣水泥熟料生產(chǎn)線工藝，主要將高硅砂巖、鋼渣粉碎后加入電石渣進(jìn)入選粉機(jī)選料，將選好的生料導(dǎo)入回轉(zhuǎn)窯加入煤粉燒制，將燒制后的熟料經(jīng)過冷卻后得到產(chǎn)品。以上兩種方法雖然實現(xiàn)了電石渣的資源化利用，但兩種方法都采用了具有高碳排放的燒結(jié)工藝。

因此，為了解決上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明第一方面提供了一種高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，步驟包括以下幾步：(1)物料混合；(2) 模具壓制成型；(3)釜內(nèi)反應(yīng)；(4)反應(yīng)后處理。

作為一種優(yōu)選的方案，所述物料包括粉料與拌合液；所述拌合液與粉料的質(zhì)量比為0.05～0.3：1。

作為一種優(yōu)選的方案，粉料包括高鈣固廢，硅鋁質(zhì)固廢以及外加劑。

作為一種優(yōu)選的方案，所述粉料中各組分的質(zhì)量百分比為高鈣固廢20～40％，硅鋁質(zhì)固廢59～79％，外加劑0.1～2％。

優(yōu)選地，所述粉料中各組分的質(zhì)量百分比為高鈣固廢23～35％，硅鋁質(zhì)固廢64～76％，外加劑1～2％。

作為一種優(yōu)選的方案，所述高鈣固廢，硅鋁質(zhì)固廢以及外加劑的質(zhì)量比為1～5：5～9：0～0.2。

作為一種優(yōu)選的方案，所述高鈣固廢為電石渣、廢石灰、鋼渣、磷礦渣、飛灰、廢棄混凝土中的至少一種；所述高鈣固廢中氫氧化鈣和氧化鈣的含量≥50wt％。

作為一種優(yōu)選的方案，所述硅鋁質(zhì)固廢為粉煤灰、礦粉、硅灰、高嶺土、煤矸石、建筑垃圾、淤泥中至少一種；所述硅鋁質(zhì)固廢中氧化硅和氧化鋁的含量為50～70wt％。

硅鋁質(zhì)固廢一方面提供作為骨架結(jié)構(gòu)的水化硅酸鈣類目標(biāo)礦物所需的元素，另一方面可有效分散高鈣質(zhì)原料，使得高鈣質(zhì)固廢有較高的二氧化碳接觸面積。

作為一種優(yōu)選的方案，所述外加劑為偏高嶺土、偏鋁酸鈉中的至少一種。

本申請中，通過加入偏高嶺土、偏鋁酸鈉等外加劑，有效地提高了礦化反應(yīng)的反應(yīng)程度并加深礦化反應(yīng)的深度。本申請人認(rèn)為：反應(yīng)過程中，高鈣固廢中顆粒狀的原料中會與二氧化碳反應(yīng)生成方解石型碳酸鈣，進(jìn)而在塊體表面形成一層阻隔層，阻礙二氧化碳繼續(xù)與內(nèi)部的原料接觸，而外加劑中高活性的鋁會與生成的碳酸鈣進(jìn)一步反應(yīng)生成片狀的水化碳鋁酸鈣，使顆粒內(nèi)部的原料裸露能夠與二氧化碳繼續(xù)反應(yīng)，進(jìn)而使得礦化反應(yīng)向深處發(fā)展，提高礦化反應(yīng)的反應(yīng)程度以及加深礦化反應(yīng)的深度。

作為一種優(yōu)選的方案，所述物料的混合的具體操作為：將固體粉料與液料按比例混合攪拌，得混合料。

作為一種優(yōu)選的方案，所述模具壓制成型的具體操作為：將混合料置入成型模具中進(jìn)行壓制，得到塊狀生坯。

生坯可直接進(jìn)入反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，也可在烘干后再進(jìn)入反應(yīng)釜反應(yīng)。

作為一種優(yōu)選的方案，所述釜內(nèi)反應(yīng)的具體操作為：以均勻的流速，向反應(yīng)釜中通入含CO 2的氣體，使釜內(nèi)壓力達(dá)到P1；以均勻流速，向釜內(nèi)通入水蒸氣并且輔助釜體加熱，使釜內(nèi)相對濕度保持在H1，溫度達(dá)到T1；保溫保濕保壓1～4小時，再向釜內(nèi)通入水蒸氣；通過水蒸氣加熱維持釜內(nèi)溫度為T2，釜內(nèi)壓力為P2，釜內(nèi)相對濕度為H2，并保溫保濕保壓6～10小時。

作為一種優(yōu)選的方案，所述反應(yīng)后處理的具體操作為：反應(yīng)完成后，打開泄壓閥和排水閥，將反應(yīng)釜中的氣體通入裝有尾氣處理料的尾氣吸收裝置，經(jīng)尾氣吸收裝置處理后的氣體直接達(dá)標(biāo)排放；所述尾氣處理料為高鈣固廢，吸收尾氣后的尾氣處理料作為粉料使用；反應(yīng)釜泄壓過程中收集的液體為回收液，所述回收液作為拌合液使用。

以高鈣固廢作為尾氣處理料，可以充分吸收利用尾氣中殘余的 CO 2氣體，吸收尾氣后的尾氣處理料中含有一定量的碳酸鈣，有利于在反應(yīng)中作為晶種，促進(jìn)碳酸鈣晶體和CSH晶體的非均質(zhì)成核，從而可在較低溫度下發(fā)生水熱反應(yīng)，這是由于CSH很容易在碳酸鈣表面形成。其中，吸收尾氣后的尾氣處理料代替粉料中的部分高鈣固廢，代替的質(zhì)量百分比為0-20％。

作為一種優(yōu)選的方案，所述P1為0.05～0.4MPa，P2為0.15～0.8MPa，H1為20～80％，H2為90～100％，T1為60～80℃，T2為100～140℃。

作為一種優(yōu)選的方案，所述釜內(nèi)反應(yīng)步驟中含二氧化碳的氣體通氣時間為20～30min，水蒸氣的通氣時間為1～10min，加熱時間為 30～60min。

作為一種優(yōu)選的方案，所述釜內(nèi)反應(yīng)步驟中再次通入水蒸氣時，反應(yīng)釜的升溫時間為30～60min。

作為一種優(yōu)選的方案，所述反應(yīng)釜中有溫度傳感、壓力傳感器和濕度傳感器，可對釜內(nèi)溫度、壓力和濕度進(jìn)行實時監(jiān)測，反應(yīng)釜體設(shè)有加熱盤管，可通過導(dǎo)熱油或蒸汽對釜內(nèi)環(huán)境加熱和控溫。

作為一種優(yōu)選的方案，所述釜內(nèi)反應(yīng)步驟中的含二氧化碳的氣體為燃煤電廠煙氣、石灰窯煙氣、鋼鐵廠煙氣、化工廠煙氣和水泥廠煙氣中的任一種。

作為一種優(yōu)選的方案，所述反應(yīng)后處理步驟中收集的回收液呈弱酸性，所述回收液的pH值為5.5～6.8；所述回收液中包含Ca 2+、HCO 3 2-、 OH -離子。

將含有Ca 2+、HCO 3 2-、OH -等離子的弱酸性回收液作為步驟(1) 中的拌合液可促進(jìn)礦化反應(yīng)的正向進(jìn)行。

本申請中，釜內(nèi)反應(yīng)所涉及的反應(yīng)方程式：

CO 2+H 2O——H 2CO 3 (1)

Ca(OH) 2+H 2CO 3——CaCO 3+H 2O (2)

CaO+SiO 2+H 2O——C-S-H (3)

本申請中，關(guān)鍵在于本申請中所述的步驟(3)釜內(nèi)反應(yīng)部分，本申請人認(rèn)為：由于高鈣固廢中的含鈣成分在不同的濕度、溫度、壓力養(yǎng)護(hù)條件下的反應(yīng)機(jī)理不同，步驟(3)中CO 2、H 2O與高鈣固廢的反應(yīng)和含硅鋁化合物與高鈣固廢的反應(yīng)存在競爭現(xiàn)象。在反應(yīng)的前半段，控制環(huán)境溫度和濕度，使得環(huán)境處于相對低溫、低壓和低濕度的條件，該條件下環(huán)境中的水蒸氣會使得坯體中的水分保留在坯體孔徑中，同時含量相對較高的CO 2能與坯體孔徑內(nèi)的水分接觸反應(yīng)，生成產(chǎn)物再與固廢混合物中高鈣固廢發(fā)生反應(yīng)從而生成CaCO 3，在反應(yīng)的后半段，通入了大量的水蒸氣，使得環(huán)境處于相對高溫、高壓和高濕度的條件，大量的水蒸氣會在胚體表面凝結(jié)，阻塞了坯塊的孔徑，因而反應(yīng)(2)幾乎終止，相反的，未礦化的活性鈣破壞硅鋁質(zhì)固廢中的硅氧鍵和鋁氧鍵，反應(yīng)生成水化硅鋁酸鈣類礦物，如反應(yīng)(3) 所示，而水化硅鋁酸鈣類礦物可作為粘接劑粘結(jié)碳酸鈣晶體，進(jìn)而提升制品整體強(qiáng)度。

本發(fā)明第二方面提供了一種上述的高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝的應(yīng)用，包括該制備工藝在碳中和、建材領(lǐng)域中的應(yīng)用。

有益效果：

1、本申請中提供的一種高性能建筑材料的制備工藝，其利用復(fù)合養(yǎng)護(hù)制度，既解決高鈣固廢在資源化過程中的能耗問題，又解決了資源化產(chǎn)品的品質(zhì)問題，對我國建材行業(yè)的低碳化發(fā)展具有重要推動作用。

2、本申請中提供的一種高性能建筑材料的制備工藝，其實現(xiàn)了整個反應(yīng)連續(xù)性，減少了反應(yīng)靜默時間，提高全工藝生產(chǎn)效率，并且另一方面，通過控制本工藝中的反應(yīng)條件，實現(xiàn)對反應(yīng)的選擇和調(diào)控，得到高強(qiáng)度的建筑材料，同時可高效固定二氧化碳，實現(xiàn)高效固碳；整體工藝過程中，前期溫度緩慢升高，有利于礦化反應(yīng)的活性提高，可提高礦化反應(yīng)，同時由于外加劑的填入，使得包圍在高鈣固廢顆粒表面的碳酸鈣被消耗，內(nèi)部原料裸露出來，使得二氧化碳繼續(xù)向顆粒內(nèi)部反應(yīng)，進(jìn)一步提高了礦化反應(yīng)效率。

3、本申請中提供的一種高性能建筑材料的制備工藝，其實現(xiàn)了全工藝對二氧化碳?xì)怏w的全利用。通過尾氣處理裝置對礦化反應(yīng)釜中未礦化的氣體進(jìn)行捕集，同時將尾氣處理料以及反應(yīng)釜冷卻廢液用于配料，最大程度利用二氧化碳?xì)怏w。

附圖說明

圖1為本申請的高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝流程示意圖。

圖2為本申請實施例3中實驗一、實驗二和實驗三所制備試樣的酚酞實驗照片。

具體實施方式

實施例1

實施例1第一方面提供了一種高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，步驟包括以下幾步：(1)物料混合；(2)模具壓制成型； (3)釜內(nèi)反應(yīng)；(4)反應(yīng)后處理。

其中，物料包括粉料與拌合液，粉料包括高鈣固廢，硅鋁質(zhì)固廢以及外加劑；高鈣固廢為煤化工廠電石渣，硅鋁質(zhì)固廢為工地的建筑垃圾，電石渣中的氧化鈣含量為87.3wt％，硅鋁質(zhì)固廢氧化鋁和氧化硅的含量為80.144wt％。

偏高嶺土為外加劑，含二氧化碳的氣體中二氧化碳的體積百分比為80％。

建筑垃圾化學(xué)組成：

電石渣化學(xué)組成：

實施例1-實驗一：

(1)將電石渣、建筑垃圾、偏高嶺土和外加水按照一定的比例進(jìn)行混合攪拌。其中高鈣固廢：硅鋁質(zhì)固廢：偏高嶺土比例為25％： 74％：1％；外加水與固體料的質(zhì)量比為0.20：1。

(2)將上述混合料放入成型模具中，并在一定壓力下壓制成型為坯體；其中成型壓力為20MPa。

(3)將坯體裝入反應(yīng)釜后，關(guān)閉反應(yīng)釜抽真空。以均勻的流速，向反應(yīng)釜中輸入含二氧化碳的氣體，至釜內(nèi)壓力為0.2MPa，通氣時間為20min；同時，以均勻的流速，向釜內(nèi)緩慢輸入水蒸氣，通氣時間為3min，使釜內(nèi)相對濕度保持在70％；同時，通過釜體導(dǎo)熱油加熱維持釜內(nèi)溫度為70℃，加熱時間為30min；保溫保濕保壓2.5小時。再向釜內(nèi)輸入水蒸氣，至釜內(nèi)溫度為125℃，升溫時間為50min釜內(nèi)壓力為0.4MPa，釜內(nèi)濕度為100％，并保溫保濕保壓8小時。

(4)反應(yīng)結(jié)束后，打開泄壓閥和排水閥，將反應(yīng)釜中的氣體通入尾氣處理裝置(尾氣處理裝置中所用的尾氣處理料為高鈣固廢)，吸收之后氣體直接排出，尾氣處理料可回收用于步驟(1)中的部分高鈣固廢；同時打開排水閥，得到的回收液可用于步驟(1)中的拌合液。

實施例1-實驗二：

(1)將電石渣、建筑垃圾、偏高嶺土和外加水按照一定的比例進(jìn)行混合攪拌。其中高鈣固廢：硅鋁質(zhì)固廢：偏高嶺土比例為25％：74％：1％；外加水與固體料的質(zhì)量比為0.20：1。

(2)將上述混合料放入成型模具中，并在一定壓力下壓制成型為坯體；其中成型壓力為20MPa。

(3)將坯體裝入反應(yīng)釜后，關(guān)閉反應(yīng)釜抽真空。以均勻的流速，向反應(yīng)釜中輸入含二氧化碳的氣體，至釜內(nèi)壓力為0.2MPa，通氣時間為20min；同時，以均勻的流速，向釜內(nèi)緩慢輸入水蒸氣，通氣時間為3min，使釜內(nèi)相對濕度保持在70％；同時，通過釜體導(dǎo)熱油加熱維持釜內(nèi)溫度為70℃，加熱時間為30min；保溫保濕保壓10.5小時。

(4)反應(yīng)結(jié)束后，打開泄壓閥和排水閥，將反應(yīng)釜中的氣體通入尾氣處理裝置(尾氣處理裝置中所用的尾氣處理料為高鈣固廢)，吸收之后氣體直接排出，尾氣處理料可回收用于步驟(1)中的部分高鈣固廢；同時打開排水閥，得到的回收液可用于步驟(1)中的拌合液。

實施例1-實驗三：

(1)將電石渣、建筑垃圾、偏高嶺土和外加水按照一定的比例進(jìn)行混合攪拌。其中高鈣固廢：硅鋁質(zhì)固廢：偏高嶺土比例為25％： 74％：1％；外加水與固體料的質(zhì)量比為0.20：1。

(2)將上述混合料放入成型模具中，并在一定壓力下壓制成型為坯體；其中成型壓力為20MPa。

(3)將坯體裝入反應(yīng)釜后，關(guān)閉反應(yīng)釜抽真空。向釜內(nèi)輸入水蒸氣，至釜內(nèi)溫度為125℃，升溫時間為50min釜內(nèi)壓力為0.4MPa，釜內(nèi)濕度為100％，并保溫保濕保壓8小時。

性能測試：

結(jié)果見下表和圖2，二氧化碳的吸收率為固廢吸收二氧化碳質(zhì)量占礦化產(chǎn)物質(zhì)量的百分比例，其中固體廢棄物吸收二氧化碳的含量是通過測試礦化產(chǎn)物的TG/DTG曲線所得，固體廢棄物吸收二氧化碳的含量為550-850℃的重量減少量；礦化產(chǎn)物的質(zhì)量為礦化產(chǎn)物在105℃的質(zhì)量；抗壓強(qiáng)度按照GBT4111-2013《混凝土砌塊和磚試驗方法》

測得。

實驗二得到的試樣有著較高的二氧化碳吸收率，但是其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)低于實驗一得到的試塊，這是由于礦化反應(yīng)主要與原料中的電石渣發(fā)生反應(yīng)，而建筑垃圾只是作為一種惰性原料，并未發(fā)生反應(yīng)，晶體與晶體之間并無粘接作用，致使試樣的強(qiáng)度不高；相反，實驗二中建筑垃圾中硅鋁質(zhì)作為反應(yīng)原料參與反應(yīng)，并在未反應(yīng)的晶相表面形成新的水化硅酸鈣晶體，其作為粘結(jié)劑填充在未反應(yīng)晶體空隙中，充分連接晶體相，進(jìn)而增加最終產(chǎn)品的強(qiáng)度。對比實驗一和三，實驗二得到的試樣的抗壓強(qiáng)度高于實驗三的試樣，這是由于實驗一的礦化反應(yīng)生成了碳酸鈣晶體，在高溫高濕高壓反應(yīng)條件下作為雜質(zhì)晶核，降低了水化硅酸鈣晶體的成核能，使其更容易在其表面生成，進(jìn)而使試樣產(chǎn)品強(qiáng)度提高。

實施例2

實施例2第一方面提供了一種高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，步驟包括以下幾步：(1)物料混合；(2)模具壓制成型； (3)釜內(nèi)反應(yīng)；(4)反應(yīng)后處理。

實施例2的采用原料與實施例1相似，不同之處在于，將實施例 1中的硅鋁質(zhì)固廢換為煤化工廠所產(chǎn)粉煤灰，粉煤灰的氧化鋁和氧化硅的含量為60.9wt％。

粉煤灰的化學(xué)組成：

實施例2-實驗一：

(1)將電石渣、粉煤灰、外加劑和外加水按照一定的比例進(jìn)行混合攪拌。其中高鈣固廢：硅鋁質(zhì)固廢：偏高嶺土比例為25％：74％： 1％；外加水與固體料的質(zhì)量比為0.20：1。

(2)將上述混合料放入成型模具中，并在一定壓力下壓制成型為坯體；其中成型壓力為20MPa。

(3)將坯體裝入反應(yīng)釜后，關(guān)閉反應(yīng)釜抽真空。以均勻的流速，向反應(yīng)釜中輸入含二氧化碳的氣體，至釜內(nèi)壓力為0.3MPa，通氣時間為30min；同時，以均勻的流速，向釜內(nèi)緩慢輸入水蒸氣，通氣時間為1min，使釜內(nèi)相對濕度保持在50％；同時，通過釜體導(dǎo)熱油加熱維持釜內(nèi)溫度為60℃，加熱時間為20min；保溫保濕保壓2.5小時。之后再向釜內(nèi)輸入水蒸氣，至釜內(nèi)溫度為130℃，升溫時間為60min 釜內(nèi)壓力為0.5MPa，釜內(nèi)濕度為100％，并保溫保濕保壓8小時。

(4)反應(yīng)結(jié)束后，打開泄壓閥和排水閥，將反應(yīng)釜中的氣體通入尾氣處理裝置(尾氣處理裝置中所用的尾氣處理料為高鈣固廢)，吸收之后氣體直接排出，尾氣處理料可回收用于步驟(1)中的部分高鈣固廢；同時打開排水閥，得到的回收液可用于步驟(1)中的拌合液。

實施例2-實驗二：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(3)中，第一次輸入水蒸氣后，控制釜內(nèi)相對濕度為40％。

實施例2-實驗三：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(3)中，第一次輸入水蒸氣后，控制釜內(nèi)相對濕度為80％。

實施例2-實驗四：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(3)中，第一次輸入水蒸氣后，控制釜內(nèi)溫度為50℃。

實施例2-實驗五：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(3)中，第一次輸入水蒸氣后，控制釜內(nèi)溫度為80℃。

實施例2-實驗六：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(3)中，第一次輸入水蒸氣后，保持時間為1小時。

實施例2-實驗七：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(3)中，第一次輸入水蒸氣后，保持時間為4小時。

實施例2-實驗八：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(4)中，第二次輸入水蒸氣后，維持釜內(nèi)溫度為110℃。

實施例2-實驗九：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(3)中，第二次輸入水蒸氣后，維持釜內(nèi)溫度為140℃。

實施例2-實驗十：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(3)中，第二次輸入水蒸氣后，保持時間為6小時。

實施例2-實驗十一：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(3)中，第二次輸入水蒸氣后，保持時間為10小時。

性能測試：

見下表：

從表中可以得到，分別對比實驗一、二、三，反應(yīng)初期，隨著環(huán)境中的濕度增大，試塊對二氧化碳的吸收率先增大后降低，這是由于前期濕度對礦化反應(yīng)影響較大，濕度較低時，樣品內(nèi)部的水分流失，不利于礦化反應(yīng)進(jìn)行，當(dāng)濕度較高時，水分會堵塞樣品的孔徑，阻礙二氧化碳?xì)怏w與氫氧化鈣反應(yīng)；同時，也發(fā)現(xiàn)二氧化碳的吸收率和抗壓強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)，這是由于隨著礦化反應(yīng)進(jìn)程的不斷提高，剩余氫氧化鈣的含量在逐漸減少，進(jìn)而使水化反應(yīng)程度較低，試塊的強(qiáng)度也因此較低。分別對比實施例一、四、五或一、六、七，隨著第一次輸入蒸汽后的環(huán)境中溫度或時間的增大，礦化反應(yīng)程度逐漸提高，水化反應(yīng)程度逐漸降低，這都體現(xiàn)了礦化和水化的競爭關(guān)系。

分別對比實施例一、八和九以及實施例一、十和十一，當(dāng)?shù)谝淮屋斎胝羝髼l件相同時，最終產(chǎn)品的礦化程度大致一樣，但其抗壓強(qiáng)度分別隨著第二次輸入蒸汽的溫度和時間的增加先增加后不變，這是由于較低溫度或者較低反應(yīng)時間，無法使得礦化反應(yīng)剩余的氫氧化鈣充分發(fā)生水化反應(yīng)；此外，當(dāng)?shù)V化反應(yīng)剩余的氫氧化鈣充分反應(yīng)后，即使再增高水熱溫度或者延長反應(yīng)時間也無法提高產(chǎn)品的強(qiáng)度。

實施例3

實施例3第一方面提供了一種高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，步驟包括以下幾步：(1)物料混合；(2)模具壓制成型； (3)釜內(nèi)反應(yīng)；(4)反應(yīng)后處理。

實施例3的采用原料與實施例1相似，不同之處在于，將實施例1中的硅鋁質(zhì)固廢換為礦業(yè)公司所產(chǎn)的煤矸石粉，粉煤灰的氧化鋁和氧化硅的含量為60.5wt％。

煤矸石粉的化學(xué)組成為：

實施例3-實驗一：

(1)將電石渣、煤矸石、偏高嶺土和外加水按照一定的比例進(jìn)行混合攪拌。其中電石渣：煤矸石：偏高嶺土比例為20％：79％：1％；外加水與固體料的質(zhì)量比為0.20：1。

(2)將上述混合料放入成型模具中，并在一定壓力下壓制成型為坯體；其中成型壓力為20MPa。

(3)將坯體裝入反應(yīng)釜后，關(guān)閉反應(yīng)釜抽真空。以均勻的流速，向反應(yīng)釜中輸入含二氧化碳的氣體，至釜內(nèi)壓力為0.2MPa，通氣時間為20min；同時，以均勻的流速，向釜內(nèi)緩慢輸入水蒸氣，通氣時間為3min，使釜內(nèi)相對濕度保持在70％；同時，通過釜體導(dǎo)熱油加熱維持釜內(nèi)溫度為70℃，加熱時間為30min；保溫保濕保壓2.5小時。之后，再向釜內(nèi)輸入水蒸氣，至釜內(nèi)溫度為125℃，升溫時間為50min 釜內(nèi)壓力為0.4MPa，釜內(nèi)濕度為100％，并保溫保濕保壓8小時。

(4)反應(yīng)結(jié)束后，打開泄壓閥和排水閥，將反應(yīng)釜中的氣體通入尾氣處理裝置(尾氣處理裝置中所用的尾氣處理料為高鈣固廢)，吸收之后氣體直接排出，尾氣處理料可回收用于步驟(1)中的部分高鈣固廢；同時打開排水閥，得到的回收液可用于步驟(1)中的拌合液。

實施例3-實驗二：

固廢原料種類、氣氛和反應(yīng)步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(1)中，高鈣固廢：硅鋁質(zhì)固廢：偏高嶺土比例為30％：69％： 1％。

實施例3-實驗三：

固廢原料種類、氣氛和反應(yīng)步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(1)中，高鈣固廢：硅鋁質(zhì)固廢：偏高嶺土比例為40％：59％： 1％。

性能測試：

結(jié)果見下表：

可以看出，隨著電石渣含量的增加，二氧化碳吸收率稍微增加，這是由于反應(yīng)原料中氫氧化鈣越多，與二氧化碳的接觸的幾率越大。實驗一試塊的強(qiáng)度明顯較低，這是由于礦化消耗了大量的氫氧化鈣，剩余的氫氧化鈣不足以與礦粉充分反應(yīng)，使反應(yīng)產(chǎn)物中托勃莫來石合成量較少，因此產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度較低。

圖2是實驗一-實驗三所制備試樣的酚酞實驗照片，將試樣從中間分開，并向切割面表面噴灑酚酞試劑，若試樣中殘留氫氧化鈣會使試塊樣品變?yōu)榧t色。從圖2可以看出，實驗一和實驗二并沒有明顯顯色，這也證明試樣中氫氧化鈣反應(yīng)較為完全。對比實驗二和實驗三，即使電石渣進(jìn)一步增加，最終產(chǎn)品的二氧化碳吸收率以及抗壓強(qiáng)度提升不明顯，這說明在實驗二反應(yīng)條件下，礦化反應(yīng)和水化反應(yīng)的程度已經(jīng)達(dá)到最高，即使再次增加電石渣產(chǎn)品的抗折強(qiáng)度和吸碳率也不會明顯提高，圖2顯示實驗三得到的樣品中依然存在著一定量的電石渣，證明此時原料中的氫氧化鈣并沒有完全反應(yīng)。

實施例4

實施例4第一方面提供了一種高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝，步驟包括以下幾步：(1)物料的混合；(2)模具壓制成型； (3)釜內(nèi)反應(yīng)；(4)反應(yīng)后處理。

實施例4的采用原料與實施例2相同。

實施例4-實驗一：

(1)將電石渣、粉煤灰、偏高嶺土和外加水按照一定的比例進(jìn)行混合攪拌。其中高鈣固廢：硅鋁質(zhì)固廢：偏高嶺土比例為25％：75％： 0％；外加水與固體料的質(zhì)量比為0.20：1。

(2)將上述混合料放入成型模具中，并在一定壓力下壓制成型為坯體；其中成型壓力為20MPa。

(3)將坯體裝入反應(yīng)釜后，關(guān)閉反應(yīng)釜抽真空。以均勻的流速，向反應(yīng)釜中輸入含二氧化碳的氣體，至釜內(nèi)壓力為0.2MPa，通氣時間為20min；同時，以均勻的流速，向釜內(nèi)緩慢輸入水蒸氣，通氣時間為3min，使釜內(nèi)相對濕度保持在70％；同時，通過釜體導(dǎo)熱油加熱維持釜內(nèi)溫度為70℃，加熱時間為30min；保溫保濕保壓2.5小時。之后再向釜內(nèi)輸入水蒸氣，至釜內(nèi)溫度為125℃，升溫時間為50min 釜內(nèi)壓力為0.4MPa，釜內(nèi)濕度為100％，并保溫保濕保壓8小時。

(4)反應(yīng)結(jié)束后，打開泄壓閥和排水閥，將反應(yīng)釜中的氣體通入尾氣處理裝置(尾氣處理裝置中所用的尾氣處理料為高鈣固廢)，吸收之后氣體直接排出，尾氣處理料可回收用于步驟(1)中的部分高鈣固廢；同時打開排水閥，得到的回收液可用于步驟(1)中的拌合液。

實施例4-實驗二：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(1)中，高鈣固廢：硅鋁質(zhì)固廢：偏高嶺土比例為25％：74％： 1％。

實施例4-實驗三：

固廢原料種類、氣氛和礦化步驟與實驗一都相同，不同點在于，步驟(1)中，高鈣固廢：硅鋁質(zhì)固廢：偏高嶺土比例為25％：73％： 2％。

性能測試：

結(jié)果見下表：

上表中可以看出，偏高嶺土的加入很明顯提高了試樣對二氧化碳的吸收率，并且隨著偏高嶺土的加入，試樣對二氧化碳的吸收率在逐漸增加，這是由于未加偏高嶺土?xí)r，氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)后形成的碳酸鈣會附著在氫氧化鈣表面，阻礙二氧化碳進(jìn)一步與內(nèi)部的氫氧化鈣反應(yīng)。但隨著偏高嶺土的加入，高活性鋁質(zhì)會與氫氧化鈣顆粒表面的碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)，生成片狀的水化碳鋁酸鈣，進(jìn)而使顆粒內(nèi)部的氫氧化鈣裸露出來與二氧化碳反生反應(yīng)生成碳酸鈣，不斷重復(fù)這個過程，使得礦化向深處發(fā)展，進(jìn)而提高礦化反應(yīng)的反應(yīng)程度以及加深礦化反應(yīng)的深度。但相反，試樣的抗壓強(qiáng)度在降低，這也證明了礦化和水熱之間存在競爭氫氧化鈣的關(guān)系。

高鈣固廢基的高性能建筑材料的制備工藝及其應(yīng)用.pdf