[发明专利]一种利用水泥窑尾烟气制备的碳化钢渣建材制品及其方法

说明书

本发明涉及资源综合利用领域，尤其涉及一种利用水泥窑尾烟气制备的碳化钢渣建材制品及其方法。该方法包括：将钢渣粉、水泥、水、砂和外加剂按比例混合，在标准养护条件下进行硬化，然后在水泥窑尾废气窑内进行碳化处理，得到碳化钢渣建材制品。本发明方法利用水泥窑尾烟气对钢渣制品进行碳化处理，将钢渣转化为建筑材料制品，有效缩短了钢渣建材制品的养护周期，显著降低了水泥企业的碳排放将烟气中的CO₂变废为宝，解决了钢渣难以利用的问题，同时整个工艺流程充分利用了水泥窑尾烟气的温度，无需额外能耗，降低了碳化反应设备要求和整体成本。本发明方法制备的钢渣建材制品安定性良好且综合性能优异，拥有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及资源综合利用领域，尤其涉及一种利用水泥窑尾烟气制备的碳化钢渣建材制品及其方法。

背景技术

二氧化碳排放引起的全球变暖已成为不容忽视的环境问题。在倡导节能减排的同时，如何处理大量的CO₂排放已成为当前需要克服的一大难题。因此二氧化碳的封存利用技术就显得尤为重要，到目前为止，矿物封存被认为是最安全的二氧化碳封存方法，它提供了高存储容量，并可能储存所有未来的排放。

工业固废由于易于获取且成本低廉，成为了矿物封存的首选，钢渣的化学成分和矿物组成与水泥比较相似，具有优异的碳化潜力，可作为矿物封存的载体。钢渣的化学成分主要有CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、FeO、P₂O₅。这些氧化物主要以矿物的形式存在于钢渣中，包括硅酸三钙(C₃S)，硅酸二钙(C₂S)，RO相(由MgO，FeO和MnO形成的连续固溶体)等。其中，CaO、MgO、硅酸三钙(C₃S)和硅酸二钙(C₂S)都可以和二氧化碳反应进行碳化。

钢渣由于具有复杂的矿物组成，除了硅酸三钙(C₃S)和硅酸二钙(C₂S)等主要成分之外，还含有一定量的f-CaO和f-MgO。这些物质会使得胶凝体系产生体积稳定性的问题，是限制钢渣应用的一个重要原因。将钢渣做成制品进行碳化处理可以有效的消解f-CaO和f-MgO，从而使钢渣安全的在建筑材料当中大规模使用。

除了安定性，钢渣作为胶凝材料还有早期强度低的问题，这主要是由于钢渣当中的硅酸二钙(C₂S)含量比较高，水化速度慢导致的。通过碳化的方式可以将C₂S转化为碳酸钙，有效提升早期强度。而且在胶凝体系当中，对钢渣制品进行碳化还有利于密实结构，提升耐久性。

目前已经有一些方法将碳化钢渣制成建筑材料，包括胶凝材料、混凝土骨料、混凝土预制件和砌块等。CN112430051A《钢渣-脱硫石膏-粉煤灰协同碳化制备的建材及方法》、CN109896825A一种钢渣复合碱式镁水泥建筑材料及其制备方法》和CN109437828A《一种钢渣碳化水化协同工艺》等将钢渣和其他原材料混合后进行碳化处理以制备建筑材料，但是在碳化处理的过程中需要加热加压，无疑提升了材料的成本。特别是需要加压的条件极大的增加了成本，由于加压设备价格昂贵、操作要求高，提升了对碳化设备的要求，限制了产量。目前急需解决二氧化碳排放、固废处理以及通常碳化条件苛刻、能耗高等问题并制备一种安定性良好、性能优异的钢渣建材制品。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用水泥窑尾烟气制备碳化钢渣建材制品的方法。本发明方法利用水泥窑尾烟气对钢渣制品进行碳化处理，将钢渣转化为建筑材料制品，有效缩短了钢渣建材制品的养护周期，显著降低了水泥企业的碳排放将烟气中的CO₂变废为宝，解决了钢渣难以利用的问题，同时整个工艺流程充分利用了水泥窑尾烟气的温度，无需额外能耗，降低了碳化反应设备要求和整体成本。所制备的钢渣建材制品安定性良好且综合性能优异，拥有广泛的应用前景。