钢渣是炼钢中产生的废渣。随着我国工业的发展,钢渣数量增加迅速。钢渣化学成分十分复杂并且含有f-CaO和f-MgO等容易引起制品安定性不良的物质,从而限制钢渣的应用;堆放的钢渣占用了大量土地,并且污染环境。
造纸污泥是造纸过程废水处理的终端产物。造纸污泥无论采取填埋、焚烧、投海等何种处置方式,都存在二次污染、耗费能源、处置空间的问题,因此推广应用存在难度。
碳化是指将工业尾气的主要成分一温室气体CO2以碳酸盐(如CaCO3、MgCO3)的固体形式永久储存,即CO2矿物固定。碳化作为一项利用废弃物、节约资源和能源的先进技术,是处理钢渣和造纸污泥的有效方法。不仅可以解决钢渣和造纸污泥的污染问题,也可以缓解CO2所引起的温室效应。
在实验的基础上,理论分析成型前Ca(OH)2乳浊液的加入量、成型压力、碳化时CO2分压和碳化时间等因素对钢渣碳化的影响。综合强度、安定性、成型难易和成本等多方面的考虑,确定钢渣微粉中Ca(OH)2乳浊液的加入量为12％,钢渣粗粉中Ca(OH)2乳浊液的加入量为8％,制品成型压力为7 Mpa、碳化时在0.15 Mpa、0.25 Mpa、0.30 Mpa的CO2分压下分三阶段碳化,每个压力下1 h,共碳化3 h。
探索钢渣碳化的机理。水化24h后,钢渣累计放热量为30J/g,而碳化60min后,钢渣试样的累计放热总量达95J/g。发现钢渣中的Ca(OH)2,f-CaO,C2S和C3S等矿物均可与CO2气体发生化学反应,每千克钢渣约可固化储存121.8 g CO2气体。碳化养护钢渣试样60min后,孔隙率由反应前的21.76％降至13.34％,而抗压强度值由反应前的6.69 Mpa提高至42.14 Mpa,并且钢渣试样经碳化养护后f-CaO含量大幅下降,压蒸安定性合格。
利用矿渣的部分粗颗粒进行优化钢渣符合矿渣制品的体积密度和性能。探索出碳化增重率、抗折强度、抗压强度、安定性、抗冻性、耐水性等性能的最佳颗粒级配。
从建材行业中常见的水泥、熟石灰、钢渣等方面进行实验,最终确定用钢渣和污泥进行复掺,吸收温室气体制备建材制品。在纯钢渣碳化制度研究的基础上进行污泥与钢渣试样复合掺加的初步探索,结合理论分析了掺加污泥的钢渣制品Ca(OH)2乳浊液的加入量、碳化时CO2分压及碳化时间的影响。综合碳化增重率、强度和成本等多方面的考虑,确定掺加污泥的钢渣微粉成型前Ca(OH)2乳浊液的加入量为w=17 wt％,碳化温度为T=60℃,碳化时在PCO2=0.10 Mpa、0.30Mpa的CO2分压下分阶段碳化,每个阶段碳化45 min,共碳化1.5 h。
研究造纸污泥掺加量对碳化效果的影响,通过SEM、XRD、DTA-TG等现代测试手段对它们的微观形貌、矿物组成、热学特征进行分析。得出污泥掺加量w=20 wt％为适宜掺量,研究了部分钢渣复合造纸污泥吸收工业废气制备建材制品的机理。测试了碳化后的钢渣污泥复合建材制品的主要物理性能,其中抗压强度达13.87 Mpa,抗折强度达3.89 Mpa,吸水率达12.93％,体积密度达2.46 kg/m3,且压蒸安定性合格。
- 作 者：
- 吴昊泽
- 学科专业：
- 材料学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 济南大学
- 导师姓名：
- 常钧
- 学位年度：
- 2011
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
