一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法

本发明涉及固废资源化利用，具体为一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法。

背景技术：

1、水渣，即炼铁高炉矿渣。它是在铁矿石冶炼生铁时从高炉中排出的一种工业固体废弃物，铁矿石中的sio2、al2o3、cao、mgo等发生反应生成硅酸盐熔融物，与水反应后急剧冷却成粒状物，得到具有较多无规则孔隙结构的矿渣。随着高炉出铁量的不断增加，所产生的炉渣也越来越多。长期以来高炉炉渣都作为废物扔掉，其堆积如山、侵占良田、妨碍交通、甚至限制高炉生产。目前我国高炉炉渣的利用率很低，只有60-70％。水渣替代水泥不仅能带来可观的经济效益，还能减少co2的排放。

2、co2是大气中最重要的温室气体，其在2017年的平均浓度达405.5ppm，co2具有保温的作用，会逐渐使地球表面温度升高，由温室效应所引起的海平面升高，也会对人类的生存环境产生巨大的影响，co2排放增加还会导致极端天气现象增多，进而影响全球农业。

3、湿法固碳是指在反应溶液介质中，co2溶于水形成碳酸，矿石在碳酸的作用下逐步溶解并生成碳酸盐沉淀的过程，湿法固碳工艺可以实现固废资源化利用，而且可以封存co2，其结合液相研磨技术还可起到物料破碎与粒度均化作用。

4、中国专利cn201910682948.2公开了一种基于搅拌站废渣活化技术的复合掺合料及其制备方法和应用，将水渣等废渣先烘干，然后加入改性剂进行粉磨，制备所得的复合掺合料可实现废渣的高附加值应用和混凝土绿色生产；然而，其烘干与球磨等步骤耗能较大、工艺复杂、周期过长，且只通过替代水泥来减少co2排放，故而提出了一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，具备工艺简单、成本低廉、绿色环保等优点，解决了烘干与球磨等步骤耗能较大、工艺复杂、周期过长，且只通过替代水泥来减少co2排放的问题，另外，固碳后的水渣相比未固碳前，能替代更多的水泥，进一步降低了混凝土的成本。

3、(二)技术方案

4、为实现上述工艺简单、成本低廉、绿色环保的目的，本发明提供如下技术方案：包括以下步骤：

5、1)将水渣送入液相研磨设备并通入co2，水浴加热，湿法固碳1-2h，静止10-20min，取上层清液为水化促进剂，下层固体作为固碳型掺合料；

6、2)在搅拌机中加入250-280份水泥、350-400份砂、1000-1400份碎石，低速搅拌15-30min，再加入300-450份固碳型掺合料、40-80份水化促进剂、5-10份混凝土外加剂、160-200份水，高速搅拌20-40min，即得预拌混凝土。

7、优选地，所述水渣为冶炼生铁的高炉渣经过渣池水淬制备而得，所述水渣的固含为0.2-0.8wt％、cao含量不低于23％、al2o3含量不低于15wt％，so3含量不超过2wt％、sio2含量不低于40％。

8、优选地，所述通入的co2气速为5-20l/min。

9、优选地，所述液相研磨设备的转速为300-1000rps。

10、优选地，所述水浴设备为数显恒温水浴锅，所述水浴加热的温度为50-90℃。

11、优选地，所述水化促进剂的中值粒径为0.08-0.5μm，所述固碳型掺合料的中值粒径为1-10μm。

12、优选地，所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述混凝土外加剂为萘系减水剂或聚羧酸减水剂当中的一种。

13、优选地，所述砂为矿物砂粒，所述砂的细度模数为2.0-3.0。

14、优选地，所述低速搅拌的速度为800-1000r/min，所述高速搅拌的速度为1200-1500r/min。

15、优选地，所述碎石为5-10mm连续级配的碎石。

16、本发明方法的机理如下：

17、水渣被湿法研磨所具有的强烈机械力超细化成亚微米、纳米级颗粒，由于机械力贯穿碳化反应全过程，这使得碳化过程中始终有新的碳化反应面出现，从而提高水渣固碳效率；利用液相研磨工艺实现水渣颗粒表面硅质层的破碎，促进水渣颗粒内部ca2+、mg2+溶出，通过循环水和立式湿磨机搅拌棒的搅拌速率调控研磨环境温度，控制co2在研磨水溶液中溶解度和碳化反应效率；控制co2的通入速度、立式球磨机的研磨时间能有效控制水渣的中值粒径；同时，通过立式球磨机的转速可带动水溶液中颗粒的相互碰撞，导致亚微米颗粒与纳米颗粒分层，实现水渣多尺度资源化利用。

18、(三)有益效果

19、与现有技术相比，本发明提供了一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，具备以下有益效果：

20、1、该水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，通过直接利用冶炼生铁时排出的水渣来矿化封存co2，工艺简单、成本低廉、绿色环保、制备周期短，能实现固废和co2高附加值利用。

21、2、该水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，通过水渣湿磨下矿化封存co2、水渣替代部分水泥减少co2排放；且固碳后的水渣一方面呈中性，掺入混凝土效果良好，减少外加剂用量，另一方面固碳后的水渣相比未固碳前能替代更多的水泥，减少了胶凝材料用量，两方面协同作用从而有效降低预拌混凝土的成本。

22、3、该水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，通过将水渣磨到纳米和微米两个尺度，提升了其活性，微米级水渣能改善混凝土和易性与耐久性，使其具有致密的结构和优良的界面黏结性能；纳米级水渣能起到良好的填充效应和晶核诱导效应，从而促进水化，两者结合使用不仅提升了混凝土整体性能，还实现了水渣的多级利用。

技术特征：

1.一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，其特征在于，所述水渣为冶炼生铁的高炉渣经过渣池水淬制备而得，所述水渣的固含为0.2-0.8wt％、cao含量不低于23％、al2o3含量不低于15wt％，so3含量不超过2wt％、sio2含量不低于40％。

3.根据权利要求1所述的一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，其特征在于，所述通入的co2气速为5-20l/min。

4.根据权利要求1所述的一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，其特征在于，所述液相研磨设备的转速为300-1000rps。

5.根据权利要求1所述的一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，其特征在于，所述水浴设备为数显恒温水浴锅，所述水浴加热的温度为50-90℃。

6.根据权利要求1所述的一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，其特征在于，所述水化促进剂的中值粒径为0.08-0.5μm，所述固碳型掺合料的中值粒径为1-10μm。

7.根据权利要求1所述的一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述混凝土外加剂为萘系减水剂或聚羧酸减水剂当中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，其特征在于，所述砂为矿物砂粒，所述砂的细度模数为2.0-3.0。

9.根据权利要求1所述的一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，其特征在于，所述低速搅拌的速度为800-1000r/min，所述高速搅拌的速度为1200-1500r/min。

10.根据权利要求1所述的一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，其特征在于，所述碎石为5-10mm连续级配的碎石。

技术总结
本发明涉及固废资源化利用技术领域，具体为一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，且公开了一种水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，包括以下步骤：将水渣送入液相研磨设备并通入CO<subgt;2</subgt;，水浴加热，湿法固碳1‑2h，静止10‑20min，取上层清液为水化促进剂，下层固体作为固碳型掺合料；在搅拌机中加入250‑280份水泥、350‑400份砂、1000‑1400份碎石，低速搅拌15‑30min，再加入300‑450份固碳型掺合料、40‑80份水化促进剂、5‑10份混凝土外加剂、160‑200份水，高速搅拌20‑40min，即得预拌混凝土。该水渣湿法固碳制备预拌混凝土的方法，通过直接利用冶炼生铁时排出的水渣来矿化封存CO<subgt;2</subgt;，从而替代更多的水泥，工艺简单、成本低廉、绿色环保、制备周期短，能实现固废和CO<subgt;2</subgt;高附加值利用。

技术研发人员：杨进,王志强,苏英,贺行洋,代飞,陈威,肖虎成,朱徐航,叶硕
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12