1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种新型固碳硅酸钙板及其制备方法。
背景技术：
2.随着硅酸钙板是一种绿色环保建筑板材，具有高强、轻质、防潮、防霉变、防蛀、防火等优良性能，同时其性能稳定，变形量小等特性，以其优越的材料性能被广泛应用于世界发达国家的建筑工程中，而且应用范围也越来越广，已经逐步发展成为建筑领域板材的主导材料之一。
3.我国目前是全世界最大的金属镁生产国和出口国，我国的金属镁主要为皮江热还原法练镁，每生产中一吨金属镁要产生6-7吨的还原渣，我国每年所产生的镁还原渣达500多万吨，因此，寻找一条消化利用镁渣的有效途径，成为当务之急。据我国用煤情况，燃用1t煤约产生250～300kg粉煤灰。大量粉煤灰如不加控制或处理，会造成大气污染，进入水体会淤塞河道，其中某些化学物质对生物和人体造成危害。温室气体co2排放引起的全球气候变化已经成为全世界共同关心的重大问题，co2矿化利用是实现co2大规模资源化利用的有效途径。
4.如何有效利用金属镁还原渣、粉煤灰以及co2来制备绿色环保建材硅酸钙板是目前亟待解决的技术问题。
5.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现要素：
6.本发明的目的在于提供一种新型固碳硅酸钙板及其制备方法，以实现固废材料和co2气体的资源化再利用，增加产品的经济效益和社会效益。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种新型固碳硅酸钙板，按照质量百分比计，所述硅酸钙板包括如下组分：
9.镁渣65-75％、粉煤灰10-20％、纤维5-10％和反应助剂3-8％。
10.在如上所述的新型固碳硅酸钙板，优选，所述纤维包括纸浆纤维、玻璃纤维和有机合成纤维中的一种或多种；
11.优选地，所述纤维为纸浆纤维，纸浆纤维的长度为0.5-6mm。
12.在如上所述的新型固碳硅酸钙板，优选，所述反应助剂为絮凝剂或/和悬浮剂。
13.在如上所述的新型固碳硅酸钙板，优选，所述絮凝剂为水玻璃、羧甲基纤维素钠、藻朊酸钠或动物胶；
14.所述悬浮剂为膨润土、纤维素醚、淀粉醚或偏高岭土。
15.在如上所述的新型固碳硅酸钙板，优选，所述镁渣包括如下质量分数的组分：氧化钙40-50％，二氧化硅20-30％，氧化镁6-10％，三氧化二铁9％，三氧化二铝2-5％，其余为不可避免的杂质。
16.在如上所述的新型固碳硅酸钙板，优选，所述镁渣的粒径为150-400目。
17.一种如上所述的新型固碳硅酸钙板的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
18.步骤一，将镁渣粉磨至150-400目粒度，得到预处理后镁渣，备用；
19.步骤二，按照比例将预处理后镁渣、粉煤灰和纤维放入搅拌机中混合均匀，再加入反应助剂和水继续搅拌，制得浆料；
20.步骤三，将所述浆料通过流浆制板机压制成型，将压制成型的板材在 50-80℃进行烘干处理，得到含水板材；
21.步骤四，将经过烘干处理后的所述含水板材放置于co2碳化养护设备中，在co2气体压力下进行固碳养护，得到硅酸钙板。
22.在如上所述的新型固碳硅酸钙板的制备方法，优选，步骤二中，所述浆料的质量浓度为10-20％。
23.在如上所述的新型固碳硅酸钙板的制备方法，优选，步骤三中，所述烘干处理时间为6-10h，得到的所述含水板材中含水量为8-15wt％。
24.在如上所述的新型固碳硅酸钙板的制备方法，优选，步骤四中，所述co2气体压力为0.1-0.4mpa，固碳养护的时间为4-12h；
25.优选地，所述co2气体的体积浓度不低于80％。
26.有益效果：
27.本发明提供的一种新型固碳硅酸钙板及其制备方法，采用金属镁还原渣、粉煤灰和纤维为主要原料，大量消耗了镁渣、粉煤灰等固体废弃物，实现废弃资源再利用。经过流浆制板机制作成型，然后经过co2深度碳化养护形成高抗压抗折的纤维增强硅酸钙板，充分利用了废气co2，同时制备的硅酸钙板质地紧密，表面硬度高，抗剪切能力强，同时吸水率低。本发明的制备方法具有较好的经济和社会效益，适宜于工业化应用。
具体实施方式
28.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.本发明提供的新型固碳硅酸钙板及其制备方法，将工业固废皮江法练镁产生的金属镁还原渣与粉煤灰等固废结合使用，再经过co2的深度碳化养护将其制作成一种纤维增强硅酸钙板，有效利用固废资源，增加产品经济效益和社会效益。
31.本发明中使用的镁渣为皮江法练镁产生的，皮江法练镁的主要步骤包括：
32.(1)白云石煅烧：将白云石在回转窑或竖窑中加热至1100～1200℃，烧成煅白(mgocao)。
33.(2)配料制球：将煅白、硅铁粉和萤石粉计量配料、粉磨，然后压制成球。
34.(3)还原：将料球在还原罐中加热至1200+10℃，在13.3pa或更高真空条件下，保持8～10小时，氧化镁还原成镁蒸气，冷凝后成为粗镁。
35.(4)精炼铸锭：将粗镁加热熔化，在约710℃高温下，用溶剂精炼后，铸成镁锭，亦称精镁。
36.(5)酸洗：将镁锭用硫酸或硝酸清洗表面，除去表面夹杂，使表面美观。
37.(6)造气车间：将原煤转换成煤气，作为燃料使用。
38.本发明中使用的镁渣主要是练镁过程中产生的工业固废，主要为步骤(4) 中炼制精镁过程中产生的废渣。
39.本发明中的镁渣包括如下质量分数的组分：氧化钙40-50％，二氧化硅 20-30％，氧化镁6-10％，三氧化二铁9％，三氧化二铝2-5％，其余为不可避免的杂质。
40.本发明提供的一种新型固碳硅酸钙板，按照质量百分比计，硅酸钙板包括如下组分：
41.镁渣65-75％(比如66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、 74％)、粉煤灰10-20％(比如12％、14％、16％、18％)、纤维5-10％(比如 6％、7％、8％、9％)和反应助剂3-8％(比如4％、5％、6％、7％)。
42.本发明的具体实施例中，纤维包括纸浆纤维、玻璃纤维和有机合成纤维中的一种或多种；优选地，纤维为纸浆纤维，纸浆纤维的长度为0.5-6mm(比如1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm以及任意两个数据之间的范围值)。当纤维为玻璃纤维和有机合成纤维时，玻璃纤维和有机合成纤维的长度为 3-9mm(比如4mm、5mm、6mm、7mm、8mm以及任意两个数据之间的范围值)。
43.纸浆纤维的主要是木浆纤维，其主要指的是漂白硫酸盐针叶木浆，纸浆纤维的主要控制指标有肖氏打浆度(sr)20-60，白度85％-95％，含水率5-20％。
44.本发明的具体实施例中，反应助剂为絮凝剂或/和悬浮剂，即反应助剂可以为单独的絮凝剂或者悬浮剂，也可以是絮凝剂和悬浮剂的混合物。
45.本发明的具体实施例中，絮凝剂为水玻璃、羧甲基纤维素钠、藻朊酸钠或动物胶；悬浮剂为膨润土、纤维素醚、淀粉醚或偏高岭土。
46.本发明还提供了一种新型固碳硅酸钙板的制备方法，制备方法包括如下步骤：
47.步骤一，将镁渣粉磨至150-400目(比如200目、250目、300目、350 目)粒度，得到预处理后镁渣，备用；
48.步骤二，按照比例将预处理后镁渣、粉煤灰和纤维放入搅拌机中混合均匀，再加入反应助剂和水继续搅拌，制得浆料；
49.本发明的具体实施例中，浆料的质量浓度为10-20％(比如12％、14％、 16％、18％)。料浆的浓度指的是在浆体中除水之外的其他物质之和占比10-20％。料浆的浓度过低或者过高都会导致各组分的分散性较差，从而导致板材中各组分物料分布不均匀，从而导致最终形成的硅酸钙板板材性能的下降。
50.步骤三，将浆料通过流浆制板机压制成型，将压制成型的板材在50-80℃ (比如55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃)进行烘干处理6-10h(比如 6.5h、7h、7.5h、8h、8.5h、9h、9.5h、10h)，得到含水板材；
51.步骤四，将经过烘干处理后的含水板材放置于co2碳化养护设备中，在常温co2气体压力下进行固碳养护，得到硅酸钙板。
52.本发明的具体实施例中，镁渣的粒径为150-400目(比如200目、250 目、300目、350目)，镁渣为经过粉磨处理后的镁渣，镁渣粒径大小对应硅酸钙板板材的成型密度大小以及反应活性的高低。镁渣粒径小，粉体过细时板材孔隙率过小，反应造成的体积膨胀会破坏板
材整体结构，从而易出现开裂现象；且粒径过细会导致早期的反应加速，在整体孔隙率过低的情况下，会出现表层过于致密，将co2进入通道堵塞，从而导致碳化反应深度的降低，宏观上表现为碳化不完全，强度下降等现象。同时镁渣粒径过大会导致碳化反应活性的下降，碳化时间会大大延长；且粒径过大会导致粉体出现表层碳化而内部未碳化的现象，使得co2封存率下降；且粒径过大会导致孔隙率的增加，使得板材强度下降。
53.本发明的具体实施例中，在料浆进入流浆制板机时，应保证其浓度和流量的稳定性，以便形成均匀的板材，含水板材中含水量为8-15wt％。使其含水量控制在8-15％可以有利于其后期固碳养护。板材中含水量对碳化速率有较大的影响，含水量过高会占据板材中孔隙率，使得co2进入通道减少，从而影响碳化反应的进行；而水作为碳化反应的介质，当水分含量过低时，导致碳化反应速率下降；所以含水量过高或过低都会导致后续碳化反应速率的降低。
54.水作为碳化反应的媒介，在无一定水分含量存在时，碳化反应不会进行， 8-15wt％的含水量是较佳的利于碳化反应的环境；碳化反应过程中伴随着剧烈的放热，可排出板材中多余水分最终制备得到较为干燥的硅酸钙板。
55.本发明的具体实施例中，co2气体压力为0.1-0.4mpa(比如0.15mpa、 0.2mpa、0.25mpa、0.3mpa、0.35mpa、0.4mpa)，固碳养护的时间为4-12h (比如5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h)；优选地，co2气体的体积浓度不低于80％，进一步优选，co2气体的浓度为80-99.9％。
56.本发明实施例和对照例中所使用的镁渣均为粉磨至150-400目粒度的镁渣。
57.实施例1
58.本实施例提供的一种新型固碳硅酸钙板的制备方法，按照质量百分比，包括如下组分的原料：
59.镁渣65％，粉煤灰20％，纸浆纤维10％，絮凝剂(水玻璃)5％。
60.按照比例将镁渣、粉煤灰和纸浆纤维放入搅拌机中混合均匀，再加入絮凝剂和水继续搅拌，制得浓度为10％的浆料；将配置好的浆料输送到流浆制板机制成湿坯板材，将湿坯板材在压机中加压挤出水分，提高板材的密实度，并保证板材厚度在6-8mm，将加压后的板材送至温度50℃的烘干箱中进行烘干，烘干时间为8h，以保证含水板材水分控制在10％；将烘干好的板材送至 co2浓度不低于80-99.9％的碳化养护设备中，co2气体压力为0.1mpa，进行深度固碳养护，养护时间10h，即制备成型，得到硅酸钙板。
61.对本实施例中制备得到的硅酸钙板进行性能测试，抗折强度和吸水率测试按照gb/t 7019-2014《纤维水泥制品试验方法》标准进行检测。
62.该实施例中的硅酸钙板的密度为2.25-2.31g/cm3，抗折强度为 12.3-14.5mpa，吸水率为8-10％。本发明实施例中制备的硅酸钙板的吸水率低，结构孔隙率低，致密度高。
63.实施例2
64.本实施例提供的一种新型固碳硅酸钙板的制备方法，按照质量百分比，包括如下组分的原料：
65.镁渣72％，粉煤灰15％，纸浆纤维8％，絮凝剂(羧甲基纤维素钠)5％。
66.按照比例将镁渣、粉煤灰和纸浆纤维放入搅拌机中混合均匀，再加入絮凝剂和水继续搅拌，制得浓度为15％的浆料；将配置好的浆料输送到流浆制板机制成湿坯板材，将湿坯板材在压机中加压挤出水分，提高板材的密实度，并保证板材厚度在6-8mm，将加压后的
板材送至温度60℃的烘干箱中进行烘干，烘干时间为6h，以保证含水板材水分控制在15％；将烘干好的板材送至 co2浓度不低于80-99.9％的碳化养护设备中，co2气体压力为0.3mpa，进行深度固碳养护，养护时间5h，即制备成型，得到硅酸钙板。
67.对本实施例中制备得到的硅酸钙板进行如实施例1中相同的性能测试，该实施例中的硅酸钙板的密度为2.36-2.45g/cm3，抗折强度为15.7-17.97mpa，吸水率为6-8％。
68.实施例3
69.本实施例提供的一种新型固碳硅酸钙板的制备方法，按照质量百分比，包括如下组分的原料：
70.镁渣75％，粉煤灰15％，纸浆纤维5％，絮凝剂(水玻璃)5％。
71.按照比例将镁渣、粉煤灰和纸浆纤维放入搅拌机中混合均匀，再加入絮凝剂和水继续搅拌，制得浓度为20％的浆料；将配置好的浆料输送到流浆制板机制成湿坯板材，将湿坯板材在压机中加压挤出水分，提高板材的密实度，并保证板材厚度在6-8mm，将加压后的板材送至温度80℃的烘干箱中进行烘干，烘干时间为10h，以保证含水板材水分控制在8％；将烘干好的板材送至 co2浓度不低于80-99.9％的碳化养护设备中，co2气体压力为0.4mpa，进行深度固碳养护，养护时间12h，即制备成型，得到硅酸钙板。
72.对本实施例中制备得到的硅酸钙板进行如实施例1中相同的性能测试，该实施例中的硅酸钙板的密度为2.29-2.41g/cm3，抗折强度为16.7-19.9mpa，吸水率为5-8％。
73.实施例4
74.本实施例中与实施例3的区别在于，原料组分不同，其他方法步骤与实施例3相同，在此不再赘述。
75.按照质量百分比，包括如下组分的原料：
76.镁渣75％，粉煤灰15％，玻璃纤维5％，钠基膨润土5％。
77.对本实施例中制备得到的硅酸钙板进行如实施例3中相同的性能测试，该实施例中的硅酸钙板的密度为2.41-2.55g/cm3，抗折强度为12.3-15.7mpa，吸水率为6-8％。
78.实施例5
79.本实施例中与实施例3的区别在于，原料组分不同，其他方法步骤与实施例3相同，在此不再赘述。
80.按照质量百分比，包括如下组分的原料：
81.镁渣75％，粉煤灰15％，纸浆纤维5％，纤维素醚5％。
82.对本实施例中制备得到的硅酸钙板进行如实施例3中相同的性能测试，该实施例中的硅酸钙板的密度为2.35-2.45g/cm3，抗折强度为14.7-17.1mpa，吸水率为7-10％。
83.对照例1
84.本对照例中与实施例3的区别在于，原料组分不同，其他方法步骤与实施例3相同，在此不再赘述。
85.按照质量百分比，包括如下组分的原料：
86.镁渣60％，粉煤灰30％，纸浆纤维5％，絮凝剂(水玻璃)5％。
87.对本实施例中制备得到的硅酸钙板进行如实施例3中相同的性能测试，该实施例中的硅酸钙板的密度为2.21-2.45g/cm3，抗折强度为11.8-13.7mpa，吸水率为8-12％。
88.对照例2
89.本对照例中与实施例3的区别在于，本对照例中使用的镁渣的粒径为500 目，其他方法步骤与实施例3相同，在此不再赘述。
90.按照质量百分比，包括如下组分的原料：
91.对本对照例中制备得到的硅酸钙板进行如实施例3中相同的性能测试，该实施例中的硅酸钙板的密度为2.01-2.23g/cm3，抗折强度为10.9-12.5mpa，吸水率为9-12％。
92.对照例3
93.本对照例中与实施例3的区别在于，本对照例中不进行固碳养护，直接在空气气体中养护，其他方法步骤与实施例3相同，在此不再赘述。
94.对本对照例中制备得到的硅酸钙板进行如实施例3中相同的性能测试，该实施例中的硅酸钙板的密度为1.95-2.21g/cm3，抗折强度为6.5-10.5mpa，吸水率为10-15％。
95.对照例4
96.本对照例中与实施例3的区别在于，本对照例中在流浆制板机压制成型后烘干时间长，含水板材的水分含量为2％，其他方法步骤与实施例3相同，在此不再赘述。
97.对本对照例中制备得到的硅酸钙板进行如实施例3中相同的性能测试，该实施例中的硅酸钙板的密度为2.1-2.3g/cm3，抗折强度为5.5-8.5mpa，吸水率为10-15％。
98.对照例5
99.本对照例中与实施例3的区别在于，本对照例中固碳养护时保持co2气体压力为1mpa，其他方法步骤与实施例3相同，在此不再赘述。
100.对本对照例中制备得到的硅酸钙板进行如实施例3中相同的性能测试，该实施例中的硅酸钙板的密度为2.4-2.55g/cm3，抗折强度为16.5-20.6mpa，吸水率为5-8％。本对照例中提高气体压力后与实施例3相比对制备的硅酸钙板板材的性能变化不大。
101.综上所述：本发明提供的一种新型固碳硅酸钙板及其制备方法，采用金属镁还原渣、粉煤灰和纤维为主要原料，大量消耗了镁渣、粉煤灰等固体废弃物，实现废弃资源再利用。经过流浆制板机制作成型，经过co2深度碳化养护形成高抗压抗折的纤维增强硅酸钙板，充分利用了废气co2，同时制备的硅酸钙板质地紧密，表面硬度高，抗剪切能力强，同时吸水率低。本发明的制备方法具有较好的经济和社会效益，适宜于工业化应用。
102.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。