一种提高高镁低碳熟料碳化性能的方法与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种提高高镁低碳熟料碳化性能的方法。

背景技术：

1、水泥制造的co2排放主要来源于水泥生产过程中石灰石分解出的co2。相较于硅酸盐水泥熟料，低碳水泥熟料(低钙水泥熟料)烧成时需要的石灰石少、煅烧温度低，在生产过程中可减少co2排放约20％，且后续碳化过程可吸收co2，具有显著的环境效益。

2、高镁石灰石中的cao含量低且mgo和sio2含量高，难以被利用。采用高镁石灰石生产硅酸盐水泥熟料时，会使熟料的煅烧温度高，有效水化活性成分降低，并且mgo通常会以低活性过烧mgo的形式存在，难以满足生产和产品标准的要求。采用高镁石灰石生产低碳水泥熟料时，则mgo会进入到活性高的低钙硅比硅酸钙矿物c2s、c3s2、cs中形成活性较低的c7ms4、c3ms2、c2ms2相，且由于mgo的相对分子质量明显小于al2o3，这使得mgo可以结合更多的cao和sio2，形成活性较低的c7ms4、c3ms2、c2ms2相进而显著降低所得低碳熟料的碳化活性。

3、如何改善并提高高镁低碳熟料的碳化性能，从而达到对高镁石灰石制低碳熟料的有效利用，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种提高高镁低碳熟料碳化性能的方法，可提高高镁低碳熟料的碳化活性，显著高镁低碳熟料的碳化强度和固碳率，实现对高镁石灰石制低碳熟料的高附加值资源化利用。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种提高高镁低碳熟料碳化性能的方法，包括以下步骤：

4、(1)将高镁低碳熟料、酸性激发剂和水混合，压制成型；其中，酸性激发剂包含磷石膏和mgso4；

5、(2)将成型试样干燥并调控含水率，进行碳化，得碳化产物。

6、按上述方案，步骤(1)中所述高镁低碳熟料主要由硅酸镁钙类矿物c7ms4、c3ms2、c2ms2中的一种或几种组成。

7、进一步地，所述高镁低碳熟料中，各化学成分及其所占质量百分比包括：cao 37～59％，sio2 25～47％，al2o3 0～10％，fe2o3 0～10％，mgo 5～15％。

8、优选的，所述高镁低碳熟料的化学成分中cao与sio2的质量比越低，低碳化活性矿物c3ms2、c2ms2含量越高，则受到酸性激发剂改性的效果越明显。

9、按上述方案，步骤(1)中所述酸性激发剂中，磷石膏的用量为高镁低碳熟料用量的5-20wt％，mgso4的用量为高镁低碳熟料用量的0.5-5wt％。

10、进一步地，所述磷石膏不需要进行除酸改性处理，其ph值为1-6。

11、按上述方案，所述水的用量为高镁低碳熟料用量的10-25wt％。

12、按上述方案，步骤(2)中，调控的含水率为4-20wt％。

13、按上述方案，步骤(2)中采用的干燥温度为20-50℃。

14、按上述方案，步骤(2)中，碳化步骤采用的co2浓度为15-100％、温度为20-50℃、湿度为40-80％、气压0-0.3mpa，碳化时间为6-72h。

15、根据上述方案制备的碳化产物，与不加酸性激发剂的条件相比，碳化强度可提高30-80％，固碳率可提高30-50％。

16、本发明的原理为：

17、低碳熟料碳化反应的实质是低碳熟料溶出碱性的ca(oh)2或碱性的水化硅酸钙与h2co3发生酸碱中和反应从而生成caco3，该反应容易发生且为放热反应，加入mgso4(以mgso4为例)，对低碳熟料碳化的影响机理为以下的反应1至反应4：

18、反应1为mgso4促进低碳熟料中ca2+溶出为微溶于水的caso4·2h2o：

19、mgso4+cao·xsio2+yh2o→mg(oh)2·xsio2·(y-3)h2o+caso4·2h2o

20、反应2为co2在水中的溶解：

21、co2+h2o→h2co3

22、反应3为mg(oh)2被碳化为mg(hco3)2：

23、mg(oh)2·xsio2·(y-3)h2o+2h2co3+h2o→mg(hco3)2+xsio2·yh2o

24、反应4为caso4·2h2o被mg(hco3)2碳化为caco3并重新形成mgso4：

25、mg(hco3)2+caso4·2h2o→caco3+co2+3h2o+mgso4

26、高镁低碳熟料相当于将cao·xsio2替代为cao·zmgo·xsio2。

27、(1)本发明加入了mgso4，mgso4在碳化中仅起到反应助剂的作用，通过反应1生成微溶的mg(oh)2硅胶复合物和微溶的caso4·2h2o，能加速并持续促进高镁低碳熟料中ca2+的溶出，并能通过反应2、3、4借助生成的mg(hco3)2进行碳化反应，有效提高高镁低碳熟料的可碳化量。

28、(2)本发明加入了固废磷石膏，可以促进高镁低碳熟料中mg2+的溶出从而提高碳化活性；磷石膏呈酸性，加入磷石膏可在碳化前使高镁低碳熟料溶出一部分ca2+和mg2+成为钙盐和镁盐，镁盐又会通过反应1的作用使高镁低碳熟料再次溶出ca2+，在碳化过程中，这部分曾经属于高镁低碳熟料中的mg和原料中直接引入mgso4的那部分mg通过反应1至反应4使生成的caso4·2h2o和磷石膏中的caso4·2h2o被碳化为caco3，并生成mgso4，同时实现mgso4激发组分的循环利用；

29、此外，磷石膏中的caso4·2h2o会诱导高镁低碳熟料中的mgo发生反应3和反应4从而促进高镁低碳熟料中mg2+的溶出，进而提高高镁低碳熟料的碳化活性，并生成mgso4，进一步促进反应1至反应4的进行；

30、磷石膏中的caso4·2h2o通过反应4被碳化后可释放出不属于压制成型的用水，这使得随着碳化的进行能够逐渐补充散失的水分，可延长有效的碳化时间。

31、(3)mgso4通过反应1至反应4将碳化由酸碱中和反应变为非酸碱中和的复分解反应，既促进了高镁低碳熟料中ca2+的溶出，又降低了反应体系的碱性并降低了所溶出ca2+的碳化速率，使得这部分ca2+能更好的随水分传输，使caco3生成于非高镁低碳熟料表面的孔隙中，其次，caco3的生成速率变慢且过饱和度降低又促使生成长径比大的文石，起到对孔隙更有效的填充、连接作用，有利于高镁低碳熟料的持续碳化。虽然仅加入磷石膏可以通过反应4直接与高镁低碳熟料中的mg生成一定量的mgso4，但磷石膏本身的caso4·2h2o活性低、反应速率慢，因此仅采用磷石膏的效果较差，需要额外加入mgso4。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

33、1)本发明首次提出以磷石膏和mgso4为主要原料制备酸性激发剂，将其应用于高镁低碳熟料的碳化工艺，可显著高镁低碳熟料的碳化强度和固碳率，为高镁低碳熟料的高效资源化利用，提供一条新思路；

34、2)本发明涉及的制备方法较简单、操作方便，具有良好的经济和环境效益，适合推广应用。

技术特征：

1.一种提高高镁低碳熟料碳化性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高镁低碳熟料主要由硅酸镁钙类矿物c7ms4、c3ms2、c2ms2中的一种或几种组成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高镁低碳熟料中，各化学成分及其所占质量百分比包括：cao 37～59％，sio2 25～47％，al2o3 0～10％，fe2o3 0～10％，mgo 5～15％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述酸性激发剂中，磷石膏的用量为高镁低碳熟料用量的5-20wt％，mgso4的用量为高镁低碳熟料用量的0.5-5wt％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磷石膏的ph值为1-6。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水的用量为高镁低碳熟料用量的10-25wt％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，调控的含水率为4-20wt％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，碳化步骤采用的co2浓度为15-100％、温度为20-50℃、湿度为40-80％、气压0-0.3mpa，碳化时间为6-72h。

技术总结
本发明公开了一种提高高镁低碳熟料碳化性能的方法，包括以下步骤：(1)将高镁低碳熟料、酸性激发剂和水混合，压制成型；其中，酸性激发剂包含磷石膏和MgSO4；(2)将成型试样干燥并调控含水率，进行碳化，得碳化产物。本发明以石膏和MgSO4为主要原料制备酸性激发剂，将其应用于高镁低碳熟料的碳化工艺，可显著高镁低碳熟料的碳化强度和固碳率，实现对高镁石灰石制低碳熟料的高附加值资源化利用；且涉及的制备方法较简单、操作方便，具有良好的经济和环境效益，适合推广应用。

技术研发人员：李叶青,孙航,张克昌,余松柏,胡东甫,樊春虎
受保护的技术使用者：华新水泥股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5