[发明专利]一种利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法及其应用

说明书

本发明涉及烟气治理和建筑材料领域，尤其涉及一种利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法及其应用。所述利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，通过控制反应釜中的坯体填充，使体系内矿化反应产生的热量达到水热反应所需条件，使体系内既能进行矿化反应，也能进行水热反应。本申请中的方法，能够充分利用固废中硅酸二钙及硅酸三钙固定二氧化碳时产生的大量反应热，协同制备出固碳性能良好且物理性能优异的建材制品，极大降低了固废处置成本，并且无需外加热源，通过反应热量提升环境温度，进而提升矿化效率的方法。

技术领域

本发明涉及烟气治理和建筑材料领域，尤其涉及一种利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法及其应用。

背景技术

随着“双碳”目标的提出，二氧化碳的资源化利用与产业化的发展显得极为必要。低碳技术作为从根源上解决碳排放问题的关键技术已经成为当前背景下最优异的解决方案。此外，钢铁、磷业、冶金、建筑、垃圾处理等国民重点行业所排放的大宗固体废弃物（如钢渣、磷渣、镁渣、建筑垃圾等）的量也在逐年增加，这些废弃物不仅占用了大量土地资源，而且还对环境、水体造成了严重的污染，这类固废主要成分为硅酸二钙、硅酸三钙的固废目前资源化处置方法一般为建材利用。

现有技术（中国专利申请文献CN113929394A）中描述了一种赤泥基碳化砖及其制备方法，在矿化过程中需保证40℃以上矿化温度。现有技术（中国专利申请文献CN106145878A）中描述了一种CO₂矿化钢渣制备轻质建材及其制备的方法，容器加热量在5-65℃。以上方法都需要对釜外加热源，提升能耗的同时造成大量碳排放。

因此，为了解决上述问题，并且提高CO₂矿化制备建筑材料的反应效率，本申请中提供了一种用硅钙基固废固定二氧化碳的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，通过控制反应釜中的坯体填充，使体系内矿化反应产生的热量达到水热反应所需条件，使体系内既能进行矿化反应，也能进行水热反应。

本方法无需外加热源仅靠体系反应放热即可提高矿化反应程度，同时满足水热反应所需温度条件，将矿化反应与水热反应进行结合，减少能量输入的同时，提高制备效率并提升至制品性能。

作为一种优选的方案，所述利用硅钙基固废固定二氧化碳的方法，包括以下步骤：（1）固体废弃物与水的混合搅拌；（2）混合料的坯体成型；（3）反应釜中的复合矿化反应（所谓复合矿化反应是指并非单纯进行矿化反应，在本体系中，既发生矿化反应，也发生水热反应）。

作为一种优选的方案，所述固体废弃物与水的混合搅拌的具体操作为：将固体废弃物按照比例进行混合，按照一定的水固质量比加水送入粉混系统搅拌至混合料混合均匀，之后将混合料送入消解系统消解30~60分钟。

作为一种优选的方案，所述步骤（1）中固体废弃物与水的混合搅拌的水固质量比L/S为0.05~0.30：1。

作为一种优选的方案，所述固体废弃物包括钙质固体废弃物以及硅铝质固体废弃物；所述钙质固体废弃物为钢渣、矿渣、高炉渣、赤泥、煤渣、镁渣、磷渣、锰渣中的至少一种；所述硅铝质固体废弃物为粉煤灰、底灰、红泥、建筑垃圾、废旧水泥、尾矿、矿石原料中的至少一种。

作为一种优选的方案，所述固体废弃物中硅酸二钙和硅酸三钙的质量分数为30~60%；所述混合料中硅酸二钙和硅酸三钙的质量分数为5~50%。

作为一种优选的方案，所述固体废弃物中硅酸二钙和硅酸三钙的质量分数为30~45%；所述混合料中硅酸二钙和硅酸三钙的质量分数为15~40%。

作为一种优选的方案，所述混合料的坯体成型的具体操作为：将混合料送入机械成型系统的模具当中，压制成块，成型压力为5~100MPa。在具体实施方式中，也可以采用浇筑成型方式将混合料成型为坯体。