[发明专利]一种全固废基低碳绿色生态胶凝材料及其制造方法

说明书

本发明公开了一种全固废基低碳绿色生态胶凝材料及其制造方法，该全固废基低碳绿色生态胶凝材料，包括以下重量份的原料：粒化高炉矿渣42‑86份，钢渣10‑30份，脱硫石膏5‑25份，碱性激发剂0.1‑0.5份。本发明的全固废基低碳绿色生态胶凝材料具有良好的粒径分布和适宜的标准稠度用水量，在采用全固废基低碳绿色生态胶凝材料配制砂浆和混凝土时，宜采用低水胶比、低用水量，以保证砂浆和混凝土具备满足工程质量要求的强度和耐久性，其生产过程中不掺加硅酸盐水泥熟料，原材料全部采用钢铁冶金企业、火电企业或化工企业产生的工业固体废弃物，进一步降低生产成本，减少碳排放，属于低碳绿色生态新型建筑材料。

技术领域

本发明涉及建材生产和冶金固废处置技术领域，具体来说，涉及一种全固废基低碳绿色生态胶凝材料及其制造方法。

背景技术

粒化高炉矿渣是钢铁冶金企业在高炉炼铁过程中的副产品，平均产渣量吨铁约250～400kg，占工业固废总量的42.43％。在高炉冶炼生铁时，除了铁矿石和燃料(焦炭)外，为降低冶炼温度，加入适量的石灰石和白云石作为助熔剂，氧化铁在高温下还原成金属铁，铁矿石中的二氧化硅、氧化铝等杂质与石灰等反应生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，浮在铁水表面，经淬冷成质地疏松、多孔的粒状物，具有潜在水硬性的材料，其化学成分和矿物组成与通用硅酸盐水泥熟料基本相同，含有95％以上的玻璃体和硅酸二钙、钙黄长石、硅灰石等矿物，与硅酸盐水泥熟料的成分接近。

钢渣作为一种炼钢过程中的副产品，其产量约为粗钢产量的12％～20％，约占工业固体废弃物总量的24％。钢渣的化学成分主要为CaO、SiO₂、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO等，其矿物组成以硅酸三钙为主，其次是硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、RO相(镁、铁、锰的氧化物，即FeO、MgO、MnO形成的固溶体)、铁酸二钙和游离氧化钙。钢渣中氧化钙含量较高(通常为30％～60％)，其矿物组成不尽相同，但基本相似，它的主要影响因素在于钢渣本身的化学成分的组成及碱度。此外，钢渣是经过高温熔融冷却的熟料，其主要化学组成和矿物组成与水泥熟料基本相似。目前我国的钢铁产量多年稳居世界第一，粗钢产量达到全球产量的1/2，目前钢渣历史堆存量大约12亿吨，而且每年以1亿吨的量继续增加，产量大，但其70％左右的钢渣未得到有效处置。

脱硫石膏又称排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏，主要成分和天然石膏一样，为二水硫酸钙CaSO₄·2H₂O，含量≥93％。脱硫石膏是燃煤的工业企业在治理烟气中的二氧化硫后而得到的工业副产石膏，其加工利用的意义非常重大。它不仅有力地促进了国家环保循环经济的进一步发展，而且还大大降低了矿石膏的开采量，保护了资源。

以上工业固体废弃物占用大量的土地，对地下水、土壤、大气都造成了环境污染，引起了诸多社会问题和环境问题，环境和资源压力也在不断增大，直接影响和制约着产业经济的高质量发展。

水泥工业是国民经济发展的重要基础性产业，中国作为水泥生产和消耗大国，近二十多年来我国水泥工业发展速度迅猛，2021年我国水泥产量23.63亿吨，约占全球水泥产量(2021年全球水泥产量43.12亿吨)的55％，水泥生产中要消耗大量的石灰石矿山资源及煤炭、电力，属于高能耗、高污染行业。以我国典型的新型干法水泥生产工艺为例，水泥的工艺流程可以简单概况为“两磨一烧”，每生产一吨水泥要耗电80～90kW·h，耗标煤105kg左右，同时排放出大量的CO₂。水泥碳排放主要来源于熟料生产，我国水泥熟料碳排放系数(基于水泥熟料产量核算)约为0.86，即生产一吨水泥熟料将产生约860公斤二氧化碳，折算后我国水泥碳排放量约为597kg，水泥行业是我国二氧化碳排放重点行业，2021年水泥产量23.63亿吨，2021年水泥行业碳排放总量14.11亿吨，占全国二氧化碳排放的13％以上。在碳达峰碳中和背景下，水泥行业面临着严峻的挑战。水泥行业碳达峰碳中和实现路径的根本途径，还是要降低水泥中的熟料用量，优化调整水泥产品原材料结构，实现熟料替代，减少熟料用量，积极开发低碳水泥，推广应用低碳水泥。