一种利用工业烟气提高熟料安定性的方法与流程

1.本发明涉及建筑材料制备技术领域，尤其涉及一种利用工业烟气提高熟料安定性的方法。


背景技术：

2.水泥的安定性亦称水泥体积安定性，反映水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀情况，是水泥生产企业、工程单位重点关注指标之一；安定性不合格的水泥是引发工程事故的原因之一。
3.水泥的安定性主要源于熟料质量，硅酸盐熟料经常规煅烧工艺煅烧后，一般残存有少量的游离氧化钙和氧化镁，按照水泥水化相关理论，游离氧化钙和氧化镁的水化会引起水泥试体膨胀开裂，引发安定性问题。如何保证熟料的安定性成为水泥安定性质量控制的关键。目前已知的熟料安定性的提升办法主要侧重于熟料烧成工艺的控制，尚无对已制成的熟料的安定性提升的有效办法。李卫宁在《改善水泥安定性提高熟料质量的方法》一文中提出了一种在立窑煅烧中对助燃空气增湿来改善出窑熟料安定性的方式，但该方式对喷水量控制较为严苛，喷水量过高会降低熟料强度。
4.水泥、石灰行业作为典型的高碳排放行业，是国家“双碳”政策落实过程中的重点关注对象。以水泥行业为例，我国水泥年产量约23亿吨，按照熟料占比80%计，全国熟料年产量约18.4亿吨，吨熟料碳排放按850~860kg计，年二氧化碳排放量约15.6亿吨，占全国碳排放总量的15%左右。在应对气候变化过程中，碳排放权交易被视为长期视角下最具操作性的政策工具。全国碳市场于2021年7月16日启动，火电企业率先进入全国碳交易市场，石化、化工、建材、钢铁、有色金属、造纸、航空其他7个高排放行业将陆续纳入，碳排放配额的分配以免费分配为主，适时引入有偿分配，通过低成本手段降低熟料的碳排放总量成为水泥行业未来重点发展和研究方向。


技术实现要素：

5.本发明针对以上问题，提供了一种有效提升熟料安定性同时吸收工业烟气中的co2，降低工业碳排放总量的一种利用工业烟气提高熟料安定性的方法。
6.本发明的技术方案是：一种利用工业烟气提高熟料安定性的方法，包括以下步骤：步骤1，将常规水泥生料经常规煅烧工艺高温煅烧后，自然或加速冷却至室温，获得常规熟料；步骤2，将步骤1制得的熟料破碎或粉磨至粒径≤1mm，储存至熟料库；步骤3，将含co2的烟气注入熟料库中，保证熟料库中co2浓度至少为注入烟气的80%，制得安定性优异的熟料。
7.具体的，步骤3中烟气注入时间为30min~360min。
8.具体的，步骤3中含co2的烟气中co2浓度≥20%。
9.具体的，含co2的烟气包括水泥行业排放的烟气或石灰行业排放的烟气。
10.具体的，步骤3中烟气的温度为200℃~500℃。
11.本发明的有益效果：1）本发明通过工业烟气对已制成熟料的碳化处置，有效降低熟料中对水泥安定性不利的主要成分（即游离氧化钙和氧化镁）含量，相应生成了性能稳定的碳酸盐，为改善或提升熟料安定性提供了新路径。
12.2）我国作为水泥大国，水泥熟料产量同样位居世界第一，按游离氧化钙0.8%，氧化镁3.50%计，完全反应时可吸收co
2 4.48%，按全国熟料年产量18.4亿吨计算，可吸收co
2 0.824亿吨，2021年中国碳市场年报显示，中国全年碳配额均价为42.85元/吨，可间接降低水泥行业碳排放成本35.32亿元，颇具发展潜力和前景。
13.3）利用工业烟气中的高温，可以实现熟料二次激活，提升熟料水化活性，对熟料活性提升有利。
附图说明
14.图1是本发明方法实施流程图。
具体实施方式
15.针对重大工程对水泥安定性提出的严格要求，结合当前国家对高碳排放行业绿色低碳转型的迫切需要，以熟料绿色低碳、高质量制备为目标导向，本发明提出了一种利用工业烟气提高熟料安定性的方法，目的在于有效提升熟料安定性同时吸收工业烟气中的co2，降低工业碳排放总量。
16.碳捕集及利用技术被誉为实现碳中和、碳达峰目标最有效的措施之一，将烟气中的co2低成本捕集或直接利用则是碳捕集及利用技术的核心目标。根据酸碱中和理论，熟料中的游离氧化钙和氧化镁为典型的高活性碱金属氧化物，理论上可以与co2这类酸性气体其他反应，生成稳定性良好的碳酸盐，如碳酸钙和碳酸镁。可提升熟料安定性同时减少水泥工业碳排放。熟料中游离氧化钙一般在0.3%~1.3%，平均值约0.8%，氧化镁一般在1.0%~4.8%，平均值均3.50%。按游离氧化钙0.8%，氧化镁3.50%计，完全反应时可吸收co
2 4.48%，按全国熟料年产量18.4亿吨计算，可吸收co
2 0.824亿吨，2021年中国碳市场年报显示，中国全年碳配额均价为42.85元/吨，可间接降低水泥行业碳排放成本35.32亿元，颇具发展潜力和前景。
17.一种利用工业烟气提高熟料安定性的方法，包括以下步骤：步骤1，将常规水泥生料经常规煅烧工艺高温煅烧后，自然或加速冷却至室温，获得常规熟料；步骤2，将步骤1制得的熟料破碎或粉磨至粒径≤1mm，储存至熟料库；本发明将熟料破碎或粉磨至粒径≤1mm目的为：生产制备过程中气固反应的速率同时与气体浓度和接触面积相关，熟料中游离氧化钙和氧化镁与co2的反应速率与熟料的粒度或细度成反比，即粒度或细度越小，反应越快越充分。
18.步骤3，将含co2的烟气注入熟料库中，保证熟料库中co2浓度至少为注入烟气的80%，制得安定性优异的熟料。
19.进一步限定，步骤3中烟气注入时间为30min~360min。
20.进一步限定，步骤3中含co2的烟气中co2浓度≥20%。
21.高浓度的co2氛围条件下，硅酸盐熟料中游离氧化钙和氧化镁会逐步发生碳化，即与co2反应生成碳酸钙和碳酸镁。
22.进一步限定，含co2的烟气包括但不限于水泥行业排放的烟气或石灰行业排放的烟气。
23.进一步限定，步骤3中烟气的温度为200℃~500℃，可以对熟料进行二次激活，提升熟料的水化活性。
24.实施例1一种利用工业烟气提高熟料安定性的方法。首先采用常规工艺烧制普通硅酸盐水泥熟料，将所烧得熟料快速冷却至室温，并将其破碎至粒径≤1mm，转入熟料库。向熟料库中持续通入水泥窑烟气，其中烟气co2含量24%，仓内实际co2含量21%。持续通入烟气180min后制得改性普通硅酸盐水泥熟料。随后按熟料94%，石膏6%比例混合并粉磨，制得硅酸盐水泥。
25.实施例2一种利用工业烟气提高熟料安定性的方法。首先采用常规工艺烧制普通硅酸盐水泥熟料，将所烧得熟料快速冷却至室温，并将其破碎至粒径≤1mm，转入熟料库。向熟料库中持续通入石灰窑烟气，其中烟气co2含量36%，仓内实际co2含量29%。持续通入烟气180min后制得改性普通硅酸盐水泥熟料。随后按熟料94%，石膏6%比例混合并粉磨，制得硅酸盐水泥。
26.实施例3一种利用工业烟气提高熟料安定性的方法。首先采用常规工艺烧制中热硅酸盐水泥熟料，将所烧得熟料快速冷却至室温，并将其破碎至粒径≤1mm，转入熟料库。向熟料库中持续通入水泥窑烟气，其中烟气co2含量26%，仓内实际co2含量22%。持续通入烟气180min后制得改性中热硅酸盐水泥熟料。随后按熟料94%，石膏6%比例混合并粉磨，制得硅酸盐水泥。
27.实施例4一种利用工业烟气提高熟料安定性的方法。首先采用常规工艺烧制低热硅酸盐水泥熟料，将所烧得熟料快速冷却至室温，并将其破碎至粒径≤1mm，转入熟料库。向熟料库中持续通入水泥窑烟气，其中烟气co2含量29%，仓内实际co2含量23%。持续通入烟气180min后制得改性低热硅酸盐水泥熟料。随后按熟料94%，石膏6%比例混合并粉磨，制得硅酸盐水泥。
28.将实施例1-4中采用的未改性熟料按熟料94%，石膏6%比例混合并粉磨分别制得对照组水泥。按照gb/t 176-2017水泥化学分析方法测定游离氧化钙（f-cao）、游离氧化镁（f-cao）含量，按照gb/t 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法采用雷氏夹法检验各实施例及对照组水泥安定性。各实施例及对照组体积安定性及及游离氧化钙、游离氧化镁含量如表1所示。
29.表1 各实施例、对照组体积安定性及游离氧化钙、游离氧化镁含量
按照参照gb/t 17671-1999水泥胶砂强度检验方法（iso法）制作水泥胶砂强度试件并进行物理性能试验，对比实施例与对照组物理性能。各实施例与对照组抗压强度发展如表2所示。
30.表2 各实施例、对照实现体积安定性及及氧化钙含量本发明专利旨在利用硅酸盐熟料中的游离氧化钙和氧化镁来吸收工业烟气中二氧化碳，实现熟料安定性质量整体提升同时，达成熟料低碳制备目标，为熟料质量提升和传统高碳排放工业低碳转型提供新路径。
31.对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。