一种促进钢渣碳化程度的外加剂以及一种促进钢渣碳化程度的方法与流程

本发明属于钢渣基碳化制品碳化工艺，涉及外加剂在钢渣基碳化制品制备过程中的应用、一种用于促进钢渣碳化程度的外加剂、一种采用外加剂促进钢渣碳化程度的方法、应用，尤其涉及一种促进钢渣碳化程度的外加剂以及一种促进钢渣碳化程度的方法。

背景技术：

1、钢渣(炼钢熔渣)是指在钢铁生产过程中的炼钢环节产生的一类碱性(ph＝11.3～12.4)大宗工业固废，每生产1吨粗钢约有150～250千克钢渣产生，根据炼钢方法可分为转炉渣、平炉渣和电炉渣三类。21世纪初期以来，全球钢渣年产生量约为1.3～2.0亿吨。

2、钢渣的密度一般不超过3.5g*cm-3，具有较强的耐磨性。作为一种由多种矿物组成的固熔体，钢渣的性质与其化学成分关系紧密。从元素组成上看(以氧化物的形式表示)，钢渣主要由cao(40％～50％)、sio2(10％～20％)、mgo(5％～15％)、al2o3(1％～5％)、feo(10％～20％)和mno(1％～5％)组成。由于生产工艺相近，我国各大钢铁厂的钢渣化学组成比较一致，氧、钙、硅、铝、镁、铁、锰几种元素的总含量达80％～90％。同时，作为一种一般工业固废，钢渣在利用过程中，因其含有害重金属或有机物而带来的环境风险也低于粉煤灰和生活垃圾焚烧飞灰等其它固体废物。

3、我国目前的钢渣利用率较低，每年利用量不足2000万吨，当前的主要利用途径为制成钢渣粉、钢渣水泥和钢渣砖，用作钢铁厂烧结矿或硅酸盐水泥熟料的配料，以及道路材料。其中，用于钢渣砖及道路材料的钢渣比例最大，接近40％；用于钢渣粉和烧结矿配料其次，各占约20％。事实上，钢渣的处理处置对于西方发达国家而言也是一个难题。在英国，仅有10％左右的钢渣得到资源化利用，其它90％置于露天堆存或填埋处理。

4、利用钢渣等富含钙、镁碱性工业固废的加速碳酸化可以直接将co2以碳酸盐的形式永久固定下来，该方法具有原料廉价且来源广泛，反应活性强和操作简单等优点，是目前co2矿物碳酸化固定技术的研究热点。钢渣作为一类典型的大宗钙基工业固废，其co2固定潜能可达99～135kg/t，具有优异的应用前景。

5、钢渣等钙基工业固废的加速(强化)碳酸化可实现对co2的有效固定。然而，可用于碳酸化固定co2的工业固废在数量上明显少于天然矿物，因此其绝对co2固定容量远远不及天然矿物。据统计，目前全球每年所产生钢渣的co2固定潜能为4400～5900万吨，而这一数量也仅仅为我国钢厂co2年排放量的5％左右。

6、因此，如何找到一种更为适宜的方法提高钢渣等工业固废对co2的总捕集容量，是本研究领域未来需要关注的重点，特别是对于密级配的钢渣制品来讲，更是存在着诸多的问题，提高碳化率是一个显著的问题。也是业内诸多一线研究人员亟待解决的问题之一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供外加剂在钢渣基碳化制品制备过程中的应用、一种用于促进钢渣碳化程度的外加剂、一种采用外加剂促进钢渣碳化程度的方法、应用，特别是一种促进钢渣碳化程度的外加剂以及一种促进钢渣碳化程度的方法。本发明提供的外加剂能明显的改善钢渣基制品的碳化深度，进而增加其安定性。而且制备方法和使用简单，条件温和，可控性好，更加有利于工业化规模生产和推广应用。

2、本发明提供了外加剂在钢渣基碳化制品制备过程中的应用；

3、所述外加剂包括中空纤维和天然多孔材料。

4、优选的，所述钢渣基碳化制品包括密级配钢渣基碳化制品；

5、所述密级配钢渣基碳化制品的空隙率为2％～8％；

6、所述应用包括增加钢渣基碳化制品碳化效率方面的应用；

7、所述中空纤维的长度为3～9mm；

8、所述中空纤维的外直径为10～800μm；

9、所述中空纤维的内直径≤45μm。

10、优选的，所述应用包括降低钢渣基碳化制品的碱度方面的应用；

11、所述多孔材料的目数为150～325目；

12、所述外加剂中还包括中空纤维和天然多孔材料形成的复合材料；

13、所述复合材料中，中空纤维复合在天然多孔材料表面和/或中空纤维插嵌在天然多孔材料的孔洞中；

14、所述中空纤维包括天然动植物纤维、合成纤维和无机纤维中的一种或多种。

15、优选的，所述天然多孔材料包括硅藻土、干软木粉、珊瑚石粉和风干动物骨粉中的一种或多种；

16、所述外加剂中还包括分散剂、消泡剂、保水剂和稳定剂中的一种或多种；

17、所述应用的方式包括，先将中空纤维和多孔材料进行复合后，与钢渣进行混合，得到固体粉末，再将分散剂、消泡剂、保水剂和稳定剂中的一种或多种与水混合形成的液体，与固体粉末再次混合后，成型后养护，然后进行碳化，得到钢渣基碳化制品；

18、所述碳化的时间为6～72h；

19、所述碳化的温度为5～90℃；

20、所述应用包括促进钢渣碳化程度方向的应用。

21、本发明提供了一种用于促进钢渣碳化程度的外加剂，包括：

22、中空纤维 0.5％～1.2％；

23、天然多孔材料 3％～10％；

24、分散剂 0.02％～0.1％；

25、消泡剂 0.001％～0.03％；

26、保水剂 0.01％～0.05％；

27、稳定剂 0.001％～0.02％；

28、所述外加剂以钢渣基碳化制品中钢渣的质量为100％计。

29、优选的，所述中空纤维包括天然动植物纤维、合成纤维和无机纤维中的一种或多种；

30、所述天然动植物纤维包括木棉纤维和/或植物导管；

31、所述合成纤维包括中空pp纤维、pe纤维和涤纶纤维中的一种或多种；

32、所述无机纤维包括中空玻璃纤维、钢纤维和玄武岩纤维中的一种或多种；

33、所述分散剂为hlb值为7～9的非离子型的表面活性剂；

34、所述消泡剂为hlb值为1～3的非离子型的表面活性剂。

35、优选的，所述保水剂包括聚丙烯酰胺、纤维素醚、聚乙二醇、聚氧化乙烯等非离子型的水溶性高分子中的一种或多种；

36、所述分散剂包括四乙二醇单硬脂酸酯、聚氧丙烯甘露醇二油酸酯、聚氧乙烯山梨醇羊毛脂油酸衍生物、聚氧丙烯硬脂酸酯、失水山梨糖醇月桂酸酯和聚氧乙烯氧丙烯油酸酯中的一种或多种；

37、所述消泡剂包括失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯和乙二醇脂肪酸酯等中的一种或多种；

38、所述稳定剂包括膨润土、硅酸镁铝和海泡石中的一种或多种；

39、所述稳定剂的目数大于600目。

40、本发明提供了一种采用上述技术方案任意一项所述的外加剂促进钢渣碳化程度的方法，包括以下步骤：

41、1)将烘干后的中空纤维和天然多孔材料混合后，得到混合粉料；

42、将分散剂、消泡剂和水混合后，再加入保水剂与稳定剂，得到混合液体；

43、2)将上述步骤得到的混合粉料与钢渣基原料再次混合后，然后与混合液体继续混合，得到浆体；

44、3)将上述步骤得到的浆体进行成型后，经过养护和碳化后，得到钢渣基碳化制品。

45、优选的，所述烘干的温度为150～220℃；

46、所述烘干的时间为1～2h；

47、所述中空纤维和天然多孔材料的质量比为1：(3～20)；

48、所述保水剂与稳定剂的质量比为1：(3～20)；

49、所述混合粉料为钢渣基原料中钢渣质量的3.5％～12％；

50、所述分散剂、消泡、保水剂和稳定剂总质量为钢渣基原料中钢渣质量的0.07％～0.2％；

51、所述养护的方式为自然养护；

52、所述养护的时间为1～3天。

53、本发明还提供了上述技术方案任意一项所述的外加剂或上述技术方案任意一项所述的方法在建材领域中碳化制品碳化工艺中的应用。

54、本发明提供了外加剂在钢渣基碳化制品制备过程中的应用；所述外加剂包括中空纤维和天然多孔材料。与现有技术相比，基于钢渣基工业固废在碳化过程中存在的碳化率较低的问题，特别是密级配钢渣碳化效率不足的问题。本发明研究认为，从材料孔径的设计角度来解决该问题，是一种有效的解决问题的研究方向。

55、基于此，本发明创造性的设计了一种特别应用于钢渣基碳化制品制备过程中的具有特定的材料组成和配比的外加剂。本发明还提供了相应的用于促进钢渣碳化程度的外加剂。本发明特别采用不同孔径和不同维度的材料设计了上述外加剂，包括中空纤维、天然多孔材料以及二者形成的复合材料。本发明提供的添加剂中，中孔纤维以及天然多孔材料具有大范围的孔径尺寸覆盖，同时，中空纤维作为类似一维线性吸附材料，天然多孔材料类似二维吸附材料，而二者形成的复合材料具有中孔纤维复合在多孔材料的表面，也嵌入在多孔材料的孔隙中的形貌，形成多范围孔径的三维吸附材料，再结合特定的其他助剂配合，从而得到了用于促进钢渣碳化程度的外加剂。采用本发明提供的添加剂结合相应的使用方法，能够降低钢渣基碳化制品的碱度，改善其安定性，还能明显改善钢渣基制品的碳化深度，进一步增加其安定性，特别是能够增加密级配钢渣基制品的碳化深度。而且制备方法和使用简单，条件温和，可控性好，更加有利于工业化规模生产和推广应用。