[发明专利]一种碳激发钢渣砖的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳激发钢渣砖的制备方法，通过将破碎、选铁后得到的一定粒径范围内的钢渣微粉、钢渣细颗粒、磷石膏与水拌合成型为砖坯，然后在高分压CO₂环境下养生制得了高强的钢渣砖制品。该碳激发钢渣砖的原料中还可以加入粉煤灰、硅灰、硫酸钠以及碳酸钠。本发明解决了大量钢渣、磷石膏的排放污染及利用率低的问题，实现了废弃物重复利用的目的，具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。

技术领域

本发明涉及建筑材料与固体废弃物技术领域，具体涉及一种碳激发钢渣砖的制备方法。

背景技术

我国钢材产量居全球之首(占全球50％左右)，2015年钢渣产生量约为1.15亿吨(t)，但是目前钢渣的综合利用率不足15％，扩展钢渣的综合利用途径对提高钢渣综合利用率以及钢铁工业的可持续发展具有重要意义。我国大多数钢厂的钢渣在排放后会经过破碎选铁工艺，可以将钢渣制备成不同颗粒粒级的级配钢渣，但由于钢渣中含有相当数量的f-CaO，导致其安定性不良，直接用于集料的时候容易开裂或剥落。钢渣在作为水泥混合材或集料时也表现出较差的活性。

我国现已成为全球产量第一的磷肥生产大国，正逐步向磷肥强国迈进。磷酸生产过程排出的磷石膏属于危废污染物，通常每生产1t磷酸(以w(P₂O₅)100％计)副产4.5～5.0t磷石膏。据统计，我国磷石膏实际利用率仅有30％，堆存量已超过3亿t，并且每年新增堆存量5000万t，新增占地超过4000hm²。大量磷石膏的堆存除占用大面积土地外，还可能带来粉尘、地下水和土壤污染等环境问题以及滑坡等灾害。

此外，我国是水泥生产、消费大国，水泥工业每生产1吨水泥产品将会排放825kg的CO₂。在节能减排的全球化趋势下，超高碳排放的水泥工业收到了极大影响。因此亟需一种能同时充分利用钢渣、磷石膏、高含量二氧化碳废气，并将其转换成具有经济和使用价值的建筑材料的新技术。

目前将钢渣用于水泥材料方面存在两个瓶颈(易磨性差、安定性不良)和一个短板(活性差)。瓶颈一是由于钢渣中含有铁氧化合物导致其易磨性较差，瓶颈二是由于水化产物Ca(OH)₂、Mg(OH)₂等体积膨胀率极大导致其安定性不良，短板是因为钢渣在形成过程中结晶较为完全，导致其活性较差。现有技术，例如中国专利CN104961495A中将钢渣粉磨反而可能造成巨大能源消耗，得不偿失，并且直接使用工业废气必然会存在利用效率低下的问题。中国专利CN101250050A中使用磁选进行筛选不够严格，由于钢渣的矿物组成与各炼钢厂的生产工艺有直接关系，其中的铁含量不稳定。本专利针对钢渣的瓶颈和短板进行设计，将钢渣粒径进行合理搭配，减少球磨过程中的能耗，并且利用了污染物磷石膏，将钢渣制备成为碳激发钢渣砖，具有较大经济和环境效益。

发明内容

本发明的目的在于解决现有钢渣、磷石膏、高浓度CO₂废气资源再利用的难题，提供一种以上述三种废弃物为原料制备较高强度碳激发钢渣砖的方法。该碳激发钢渣砖由钢渣微粉、钢渣细颗粒和磷石膏等组成，在高CO₂分压环境下养生而成，是一类具有广阔应用前景的低碳生态材料。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种碳激发钢渣砖的制备方法，包括以下步骤：按比例将A组分与B组分混合，接着加水搅拌均匀后倒入模具中成型，最后在高浓度二氧化碳气氛下养生即得，所述A组分包括粒径为1μm-100μm的钢渣微粉和粒径为4.75mm-0.15mm的钢渣细颗粒，所述B组分至少包括磷石膏。

优选的，B组分还包括硫酸钠或碳酸钠以及用于部分替代钢渣微粉的粉煤灰或硅灰，粉煤灰或硅灰的加入量相当于钢渣微粉质量(替代前)的5％-30％，硫酸钠或碳酸钠的加入量相当于钢渣微粉质量(替代前)的1％-5％。

进一步的，A组分与B组分以及水的质量份数比为1175-1475:25-175：70-100。