碳化养护钢渣制备建筑材料

摘要

钢渣是炼钢过程产生的工业废渣。随着钢铁工业的快速发展，钢渣总量迅速增加。由于钢渣化学成分复杂并含有较多f—CaO等造成钢渣制品安定性不良的物质，钢渣的应用受到限制。钢渣的堆放占用大量土地，污染环境。因此，处理和应用钢渣具有十分重要的意义。 碳化是指将温室气体CO2以碳酸盐(如CaCO3、MgCO3)的固体形式永久储存，即CO2矿物固定。碳化作为一项发展中的先进技术，是处理钢渣的有效方法。碳化钢渣不仅可以缓解CO2引起的温室效应，同时可以大量利用钢渣，变废为宝，开发新型建筑材料，在现代社会具有重要的经济价值。 本课题研究了工艺条件、外加剂、颗粒级配等因素对钢渣碳化的影响，探索了碳化反应的最佳反应条件(氢氧化钙乳浊液掺入比例、搅拌时间、试样成型压力、CO2压力和反应时间)，明确了最佳颗粒级配，初步阐述了钢渣碳化反应机理，并应用SEM—EDS、XRD、DTA—TG等测试方法分析碳化钢渣制品的微观形貌、结构和矿物组成及材料性能。 (1)采用微粉制备试块进行碳化，证明钢渣碳化是可行的。随着水分掺入量的增加，碳化率先升高后降低，而且碳化率与强度是同方向变化的，即碳化率越高强度越高。水分加入量为12％时，钢渣微粉试块碳化率最高达到11.12％，抗压强度达到36.88MPa。 (2)通过正交试验得出，粒度、气体压力、成型压力和碳化时间四个因素对碳化反应效果的影响顺序是粒度＞气体压力＞成型压力＞碳化时间，且钢渣粒度为＜0．9mm，成型压力为100kN，气体压力为0.25MPa，时间为3h，碳化效果较好。 (3)Ca(OH)2乳浊液和石灰等添加剂的加入有利于钢渣砖碳化率的提高和钢渣砖强度的提高。以粗粉为原料时，Ca(OH)2乳浊液的加入量由6％增至8％时，碳化率由4.61％增至5.16％，抗压强度也增高，达到16.27MPa。加入石灰和窑皮时，粗粉钢渣砖的抗压强度明显增高，能达到20MPa，但是由于引入了更多的f—CaO导致了钢渣砖的安定性不好，压蒸粉碎。 (4)将钢渣砖在NaCl、Na2CO3、NaHCO3等盐溶液水域中碳化，在一定程度上有利于钢渣碳化的进一步深入，但是提高不是很大，1780g的钢渣砖增重只有10g左右，而实际应用时比较麻烦，因此不适合应用于工业生产。 (5)纯钢渣砖体积密度比较大，加入矿渣后体积密度明显减小。纯钢渣制品和钢渣、矿渣混合制品的最佳颗粒级配分别是钢渣微粉45％+钢渣粗粉40％+钢渣粗颗粒15％和钢渣粗粉40％+矿渣60％；此时碳化率为8.44％和9.76％，抗折强度为5.80MPa和4.12MPa，抗压强度为17.32MPa和10.35MPa，冻融循环15次冻融强度为6.12MPa和5.39MPa，吸水率为12.96％和16.27％，饱水强度为11.35MPa和5.14MPa，游离氧化钙含量为1.24％和0.66％，压蒸安定性合格，完全符合国家免烧砖一等品的标准，适合实际工程的应用。 (6)按钢渣粗粉40％+矿渣60％的比例进行工业中试，钢渣砖的碳化率有所下降在7％左右，压蒸安定性合格，抗压强度大约在9MPa左右，需要提高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景

1.2研究目的和意义

1.3国内外钢渣利用和碳化研究的现状

1.3.1国内外关于钢渣利用的现状

1.3.2国内外关于碳化的研究

1.4主要内容

1.5实验方案

第二章原料与试验方法

2.1实验原料

2.1.1钢渣

2.1.2矿渣

2.2试验方法

第三章纯钢渣碳化的早期研究

3.1研究内容

3.2研究方法及研究路线

3.3实验过程

3.4分析与讨论

3.4.1碳化试样的基本物理性能的分析

3.4.2碳化试样的XRD分析

3.4.3碳化试样的SEM-EDS分析

3.5钢渣碳化的理论分析

3.6本章小结

第四章工艺条件对钢渣碳化影响的研究

4.1正交实验法研究碳化工艺

4.1.1正交试验正交表

4.1.2实验过程

4.1.3性能测试与正交分析

4.2 Ca(OH)2乳浊液的加入量对钢渣碳化的影响

4.2.1试验过程

4.2.2分析与讨论

4.3交替CO2压力的影响

4.3.1试验流程

4.3.2钢渣砖碳化结果

4.3.3碳化砖的安定性测试结果

4.3.4分析与讨论

4.4添加剂对钢渣碳化的影响

4.4.1工艺流程

4.4.2安定性测试

4.5盐溶液水浴碳化

4.5.1试验流程

4.5.2清水水浴对钢渣碳化的影响

4.5.3 NaHCO2溶液水浴对钢渣碳化的影响

4.5.4 NaCO3溶液水浴对钢渣碳化的影响

4.5.5 NaCl溶液水浴对钢渣碳化的影响

4.5.6综合分析与讨论

4.6颗粒级配的影响

4.6.1钢渣微粉、钢渣粗粉和钢渣粗颗粒的配比方案一

4.5.2钢渣微粉、钢渣粗粉和钢渣粗颗粒的配比方案二

4.5.3钢渣微粉、钢渣粗粉和钢渣粗颗粒的配比方案三

4.5.4钢渣微粉、钢渣粗粉和钢渣粗颗粒的配比方案四

4.5.5钢渣微粉、钢渣粗粉和钢渣粗颗粒的配比方案五

4.5.6综合分析与讨论

4.6钢渣和矿渣混合碳化制品

4.6.1矿渣加入量对碳化效果影响的试验

4.6.2分析与讨论

4.7中试情况

4.7.1中试设备

4.7.2分析与讨论

4.8机理探讨

第五章结论和展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

附录