一种电石渣和砂岩烧制硅酸二钙矿化制品的方法

本发明属于固碳胶凝材料，具体涉及一种电石渣和砂岩烧制硅酸二钙矿化制品的方法。

背景技术：

1、co2矿化养护技术不仅可以资源化利用工业废弃物，改善水泥基材料性能，减少碳排放量，而且co2矿化具有可永久封存co2且无泄漏风险的优势，并且它是目前唯一已知的吉布斯自由能小于0的co2利用方式。固体废弃物碳化反应是放热过程，其反应生成使其以稳定的碳酸盐(caco3/mgco3)的形式永久储存。采用co2养护技术，不但可以将co2气体回收、利用和固定，而且能大幅提高混凝土早期强度，缩短反应时间，改善混凝土耐久性。因此，co2矿物碳酸化是缓解全球变暖的有前景的策略。

2、近年来，以低钙硅酸钙矿物γ-c2s为主要组成的矿化制品因其具有更高的碳化活性，而且具有自粉化的独特优势，可以降低粉磨能耗，引起了国内外学者和工程界的广泛关注和大量研究。但针对其制备还存在很多有待解决的问题，如：目前有关c2s的制备及其矿化驱动特性的研究大部分采用分析纯化学试剂作为原料烧成制备c2s，烧成温度以及成本较高，不利于未来大规模工业生产应用，同时钙质来源多为石灰石，煅烧时产生大量二氧化碳。因此，使用非碳酸类固体废弃物制备一种基于硅酸二钙的低碳矿化制品具有十分重要的意义。

3、发明cn111393050a公开一种γ-c2s基胶凝材料的制备方法。该发明按照2.0的钙硅摩尔比，将石灰石与砂岩放入球磨机中球磨混合2h，得到烧成原料；烧成原料与10％质量分数的无水乙醇混合均匀后，压制为坯体，然后充分烘干，随后，将烘干的坯体放入高温炉烧成，随炉自然冷却至室温，得到γ-c2s基胶凝材料。该发明获得的γ-c2s基胶凝材料碳化制品强度和碳化程度较低，碳化24h后抗压强度为65.4mpa，碳化程度为38.9％。发明cn105347706b公开一种自粉化低钙水泥及其预制品的制备方法。该发明将把石灰石、砂岩、铁矿经破碎、预均化、配料、粉磨、均化、煅烧等工序，得到自粉化低钙水泥熟料。该发明获得的低钙水泥熟料碳化制品碳化8h后抗压强度为82mpa，但煅烧时易排放co2。

技术实现思路

1、本发明提出一种电石渣和砂岩烧制硅酸二钙矿化制品的方法，旨在解决现有矿化制品制备成本高、co2矿化速率慢、力学性能发展不足等问题。

2、为达成上述目的，本发明具体采用如下技术方案：

3、本发明提供一种电石渣和砂岩烧制硅酸二钙矿化制品的方法，包括如下步骤：

4、1)取电石渣、砂岩及助熔剂，按照钙硅摩尔比0.6-4.0进行配料，混合加水球磨得到浆料，浆料烘干得到生料；

5、2)将步骤1)所得生料与无水乙醇混合，压成坯体，坯体烧结冷却后得到co2矿化驱动材料；

6、3)将步骤2)所得co2矿化驱动材料加水压成预制品基体，最后碳化得到矿化制品。

7、优选地，步骤1)所述助熔剂为四氧化三铁、氧化铝、铁矿石、铅冶炼水淬渣中的一种或多种；所述电石渣其cao含量大于50％，所述砂岩其sio2含量大于60％。

8、优选地，步骤1)混合加水球磨具体为：按液固比(1-200):1加入水，置于球磨机中以200-300rpm转速混合球磨12-48h；浆料烘干温度为50-150℃。

9、优选地，步骤2)坯体烧结中，升温速率为10℃/min，烧成温度为1250-1450℃，保温时间为2-6h，保温结束后进行冷却，冷却方式为随炉冷却、急速冷却、半急速冷却中的一种或多种。

10、优选地，步骤3)所述co2矿化驱动材料与水混合的水固比为0.1-0.3，预制品基体成型压力为5-30mpa，碳化反应的co2浓度为50％-100％，湿度为70％-98％。

11、本发明通过调控反应条件与参数，实现对矿化制品碳化特性的调控，并对其进行co2矿化养护，按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对高效矿化制品的力学性能进行测试，并采用烧失碳酸钙法对制品碳化程度进行评估。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

13、1、目前有关c2s矿化驱动特性的研究大部分采用分析纯化学试剂作为原料，烧成温度以及成本较高，不利于未来大规模工业生产应用。同时，利用来自固废的非碳酸类钙源电石渣与富硅源砂岩，进行熟料烧成时不会产生co2，并且能够吸收固化大量co2。因此，使用固体废弃物制备一种基于硅酸二钙的低能耗矿化制品具有十分重要的意义。

14、2、根据碳化活化能，碳化反应通常可以分为相边界控制(第一阶段)和产物扩散控制(第二阶段)。对于β-c2s来说，由于其具有较快的水化速率，在加速碳酸化反应时能够同时进行碳化与水化，因此在相边界控制阶段其活化能较低，而产物扩散控制阶段的活化能比γ-c2s还高。以往研究大多集中于单一γ-c2s基或β-c2s基胶凝材料，而针对两者复合共存材料的co2矿化驱动特性的研究较少。

15、3、本发明的特色与创新之处还在于提出了基于两种硅酸二钙(即β-c2s与γ-c2s)矿物共存下的矿化制品的矿化活性时效匹配、协同设计的新思路。第一阶段，β-c2s同时进行水化与碳化，生成c-s-h凝胶，与γ-c2s生成的硅胶共同起胶结作用，使碳酸钙骨架连结紧密，第二阶段c-s-h进一步碳化形成碳酸钙与硅胶，结构更为致密，由此得到矿化制品。

技术特征：

1.一种电石渣和砂岩烧制硅酸二钙矿化制品的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的电石渣和砂岩烧制硅酸二钙矿化制品的方法，其特征在于，步骤1)所述助熔剂为四氧化三铁、氧化铝、铁矿石、铅冶炼水淬渣中的一种或多种；所述电石渣其cao含量大于50％，所述砂岩其sio2含量大于60％。

3.根据权利要求1所述的电石渣和砂岩烧制硅酸二钙矿化制品的方法，其特征在于，步骤1)混合加水球磨具体为：按液固比(1-200):1加入水，置于球磨机中以200-300rpm转速混合球磨12-48h；浆料烘干温度为50-150℃。

4.根据权利要求1所述的电石渣和砂岩烧制硅酸二钙矿化制品的方法，其特征在于，步骤2)坯体烧结中，升温速率为10℃/min，烧成温度为1250-1450℃，保温时间为2-6h，保温结束后进行冷却，冷却方式为随炉冷却、急速冷却、半急速冷却中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的电石渣和砂岩烧制硅酸二钙矿化制品的方法，其特征在于，步骤3)所述co2矿化驱动材料与水混合的水固比为0.1-0.3，预制品基体成型压力为5-30mpa，碳化反应的co2浓度为50％-100％，湿度为70％-98％。

技术总结
本发明提供了一种电石渣和砂岩烧制硅酸二钙矿化制品的方法，属于固碳胶凝材料技术领域。本发明将电石渣、砂岩和助熔剂与水按照一定配比混合球磨得到浆料，然后烘干得到生料，将生料与无水乙醇混合后压制成坯体，进行烧结、冷却，得到矿化驱动材料，将其压制成基体后碳化得到矿化制品。本发明得到的新型碳化硬化材料具有烧成温度低、力学性能发展快的特点；同时实现固体废弃物的资源化利用，制备过程不涉及传统钙质原料石灰石分解释放CO<subgt;2</subgt;，一方面大大降低了生产高效矿化制品的成本，另一方面还能封存大量CO<subgt;2</subgt;，具有良好的环境和经济双重收益，并展现出广泛的应用前景。

技术研发人员：邹府兵,王信刚,刘中心,高飞,罗鸿云,余勇,蔡久凯
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17