1.本发明属于固废资源化利用领域，尤其是涉及一种基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法。
背景技术：2.根据世界钢铁工业协会统计数据，2020年中国粗钢产量达到10.53亿吨，同比增长了5.2％。然而，钢铁生产过程中需要消耗大量的资源和能源，同时也会排放大量的污染物，在废物排放结构(固体废物、废气和废水)中，空气污染物排放最多，吨钢排放废气44.7吨，占废物排放总量的88.2％。据2018年统计数据，中国钢铁工业so2和细颗粒物的排放量已达到105万吨和273万吨，分别占中国总排放量的6％和19％。钢渣是在炼钢过程中产生具有一定潜在水硬活性的工业废弃物，其排渣量大但一直以来回收利用率较低。钢渣骨料的强度、磨耗值、密度等性能接近或优于天然石材，以钢渣骨料取代天然砂石作为原材料，能够提高固体废弃物资源化利用率，具有较好的经济、社会和环境效益。
3.钢渣具有较大表面积和大量的微中孔结构，在显微镜下钢渣呈现多孔状蜂窝状结构，多空隙结构，具有一定的吸附效果，而且其属于碱性材料，作为吸附剂可以应用到湿法除尘-硫化碳化工艺，所以本发明将采用不同粒径钢渣对钢铁厂燃煤电厂尾气进行湿法除尘-硫化碳化，所得硫化碳化钢渣作为原料生产透水砖，既能减轻钢铁厂钢渣和燃煤电厂尾气对环境的危害，又能节约透水砖的生产成本，能够带来环保及经济双重效益。
4.综上,针对目前钢铁行业产生的大量钢渣和燃煤电厂尾气,则需研发一种能消耗大量工业废渣和降低工业废气排放,同时制备满足国家标准《《gb/t20491-2017用于水泥和混凝土中的钢渣粉》》的硫化碳化钢渣，可以用来替代低标号水泥的水泥基建筑材料，并基于此制备满足海绵城市透水路面需求的高性能透水砖,以促进钢铁行业废渣和燃煤发电尾气的资源化利用，改善城市水循环尽可能降低城市内涝风险,对循环经济、“双碳”目标实现具有重要的现实意义。
技术实现要素：5.有鉴于此，本发明旨在提出一种基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，以提供一种以钢铁厂钢渣作为吸附剂，湿法去除钢铁厂燃煤电厂尾气中细颗粒物且协同制备硫化碳化钢渣作为低标号水泥替代物的方法。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.一种基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，包括以下步骤：
8.将钢渣骨料湿润后，与硅灰混合放入硫化碳化装置中，向硫化碳化装置通入燃煤电厂尾气进行热焖，之后向硫化碳化装置注水形成钢渣骨料溶液，向钢渣骨料溶液液面以下注入燃煤电厂尾气并加压，进行钢渣加压硫化碳化。
9.本发明中使用的硫化碳化装置包括容器，所述容器内设有搅拌器，可以对容器内的钢渣骨料进行搅拌，容器内、容器侧壁或容器外设有加压加热装置用于对容器加压加热，
加压加热装置用以维持硫化碳化过程所需温度以及压力，容器底部设有一个出料口、顶部设有一个加料口，容器出料口和加料口处还设有密封装置，能够确保容器内处于密封状态且保持一定压力。容器加料口还连通有尾气吸收装置，用于捕集未反应的氮氧化物气体。
10.进一步地，润湿后的钢渣骨料的固液比为7-9:1-3；优选地，当钢渣骨料的粒径为0.15mm-50mm时，固液比为7:3；当钢渣骨料的粒径小于0.15mm时，固液比为9:1。
11.进一步地，硅灰的加入量为钢渣骨料的0-4％；优选地，当钢渣骨料的粒径为0.15mm-50mm时，硅灰的加入量为钢渣骨料的0-1.5％，当钢渣骨料的粒径小于0.15mm时，硅灰的加入量为钢渣骨料的0-4％。
12.进一步地，热焖的时间为0-1h；优选地，当钢渣骨料的粒径为0.15mm-50mm时，热焖的时间为01-h，当钢渣骨料的粒径小于0.15mm时，热焖的时间为0-0.5h。
13.进一步地，硫化碳化温度为50-100℃，加压硫化碳化时间为小于1h；优选地，当钢渣骨料的粒径为0.15mm-50mm时，硫化碳化温度为50-100℃，加压硫化碳化时间为小于1h；当钢渣骨料的粒径小于0.15mm时，硫化碳化温度为50-80℃，加压硫化碳化时间为小于0.5h。
14.进一步地，硫化碳化过程中对钢渣骨料溶液进行搅拌，搅拌转速为1-8rpm；优选地，当钢渣骨料的粒径为0.15mm-50mm时，搅拌转速为1-8rpm，当钢渣骨料的粒径小于0.15mm时，搅拌转速为1-3rpm。
15.本发明的另一目的在于提出一种透水砖，以回收利用硫化碳化后的钢渣，制得符合行业标准的透水砖，促进钢铁行业废渣和燃煤发电尾气的资源化利用，改善城市水循环尽可能降低城市内涝风险,对循环经济、“双碳”目标实现具有重要的现实意义。
16.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
17.一种透水砖，包括硫化碳化钢渣粗骨料及硫化碳化钢渣细骨料，所述硫化碳化钢渣粗骨料为粒径为0.15mm-50mm的钢渣骨料采用上述基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法制得的，所述硫化碳化钢渣细骨料为粒径小于0.15mm的钢渣骨料采用上述基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法制得的。
18.进一步地，硫化碳化钢渣细骨料游离态氧化钙低于0.1％，活性指数7d大于75；硫化碳化钢渣粗骨料游离态氧化钙低于0.3％，活性指数7d大于70。
19.进一步地，所述硫化碳化钢渣粗骨料与硫化碳化钢渣细骨料的质量比为0.6-1.5:1。
20.进一步地，所述透水砖还包括p
·
o42.5级水泥、硅灰、减水剂等，透水砖的骨胶比约为7：1，水胶比约为0.3:1.
21.相对于现有技术，本发明所述的基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法具有以下优势：
22.(1)本发明所述的基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法以钢渣为吸附剂，通过吸附燃煤电厂尾气中的二氧化碳及二氧化硫进行碳化、硫化，制得能够替代低标号水泥的建筑材料，实现了钢铁废渣的利用率，提高经济价值，具有良好的市场应用前景。
23.(2)本发明所述的基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法将不同粒径的钢渣制成骨料，按一定比例与其他原料混合制成的透水砖符合国家标准，具有良好的透水性能及物理性能，满足建筑工程需要。
具体实施方式
24.除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
25.下面结合实施例来详细说明本发明。
26.实施例1
27.本实施例中基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，按以下步骤进行：粒径为0.15mm-50mm的钢渣为粗骨料，粒径小于0.15mm的钢渣为细骨料，将粗骨料按照固液比7:3进行润湿，细骨料按照固液比9：1进行润湿，之后掺入硅灰，粗骨料中硅灰的加入量为粗骨料的1.5％，细骨料中硅灰的加入量为细骨料的4％，之后将混合后的粗骨料及细骨料分别放入两个硫化碳化装置并分别通入350℃的燃煤电厂尾气(含有体积分数为10％o2、20％co2、5％so2和65％n2)，密封硫化碳化装置进行热焖，粗骨料的热焖时间为1h，细骨料的热焖时间为0.5h，热焖结束后硫化碳化装置减压排气，注水形成钢渣溶液，之后在钢渣溶液的液面以下继续通入燃煤电厂尾气，维持粗骨料钢渣溶液温度在50-100℃保温1h，细骨料钢渣溶液温度在50-80℃保温0.5h，进行加压硫化碳化，分别得到水泥基建筑材料：硫化碳化钢渣粗骨料与硫化碳化钢渣细骨料，加压硫化碳化过程中保持对钢渣溶液进行搅拌，粗骨料钢渣溶液的搅拌速度为5rpm，细骨料钢渣溶液的搅拌速度为3rpm；
28.将硫化碳化钢渣粗骨料与硫化碳化钢渣细骨料按1.5：1比例混合，并与p
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o42.5级水泥、硅灰、减水剂等搅拌后压制成透水砖，其中骨胶比约7、水胶比约0.3。
29.透水砖制备采用人工振捣加机械静压成型的方法，其中机械静压时间为120s，静压力为15mpa，成型后试件置于养护池内养护至28d龄期。试件抗压强度和抗折强度测试按照gb/t 50081—2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》和gb/t 25993—2010《透水路面砖和透水路面板》规范要求进行，按照gb/t 25993—2010《透水路面砖和透水路面板》规范要求进行透水系数测试，下同，不再赘述。
30.本实施例制备硫化碳化钢渣细骨料中游离态氧化钙低于0.1％活性指数7d大于75、硫化碳化钢渣粗骨料中游离态氧化钙低于0.3％活性指数7d大于70；透水砖的抗压强度为31.1mpa，抗折强度为3.05mpa，透水系数为3.71mm/s。
31.实施例2
32.本实施例中基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，按以下步骤进行：粒径为0.15mm-50mm的钢渣为粗骨料，粒径小于0.15mm的钢渣为细骨料，将粗骨料按照固液比7:3进行润湿，细骨料按照固液比9：1进行润湿，之后掺入硅灰，粗骨料中硅灰的加入量为粗骨料的1.5％，细骨料中硅灰的加入量为细骨料的4％，之后将混合后的粗骨料及细骨料分别放入两个硫化碳化装置并分别通入350℃的燃煤电厂尾气(含有体积分数为10％o2、20％co2、5％so2和65％n2)，通过热焖-减压排气-注水钢渣溶液-加压硫化碳化过程，得到硫化碳化钢渣粗骨料与硫化碳化钢渣细骨料；将硫化碳化钢渣粗骨料与硫化碳化钢渣细骨料按1:1的比例混合，并与p
·
o42.5级水泥、硅灰、减水剂等，搅拌后压制成透水砖，其中骨胶比约7、水胶比约0.3。
33.透水砖制备采用人工振捣加机械静压成型的方法，其中机械静压时间为120s，静压力为15mpa，成型后试件置于养护池内养护至28d龄期。
34.本实施例制备硫化碳化钢渣细骨料中游离态氧化钙低于0.1％活性指数7d大于75、硫化碳化钢渣粗骨料中游离态氧化钙低于0.3％活性指数7d大于70；透水砖的抗压强度为35.6mpa，抗折强度为5.81mpa，透水系数为2.57mm/s。
35.实施例3
36.本实施例中基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，按以下步骤进行：粒径为0.15mm-50mm的钢渣为粗骨料，粒径小于0.15mm的钢渣为细骨料，将粗骨料按照固液比7:3进行润湿，细骨料按照固液比9：1进行润湿，之后掺入硅灰，粗骨料中硅灰的加入量为粗骨料的1.5％，细骨料中硅灰的加入量为细骨料的4％，之后将混合后的粗骨料及细骨料分别放入两个硫化碳化装置并分别通入350℃的燃煤电厂尾气(含有体积分数为10％o2、20％co2、5％so2和65％n2)，通过热焖-减压排气-注水钢渣溶液-加压硫化碳化过程，得到硫化碳化钢渣粗骨料与硫化碳化钢渣细骨料；将硫化碳化钢渣粗骨料与硫化碳化钢渣细骨料按0.6:1的比例混合，并与p
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o42.5级水泥、硅灰、减水剂等，搅拌后压制成透水砖，其中骨胶比约7、水胶比约0.3。
37.透水砖制备采用人工振捣加机械静压成型的方法，其中机械静压时间为120s，静压力为15mpa，成型后试件置于养护池内养护至28d龄期。
38.本实施例制备硫化碳化钢渣细骨料中游离态氧化钙低于0.1％活性指数7d大于75、硫化碳化钢渣粗骨料中游离态氧化钙低于0.3％活性指数7d大于70；透水砖的抗压强度为42.1mpa，抗折强度为4.57mpa，透水系数为0.71mm/s。
39.对比例1
40.与实施例2不同的是：取消热焖环节。
41.粒径为0.15mm-50mm的钢渣为粗骨料，粒径小于0.15mm的钢渣为细骨料，将粗骨料按照固液比7:3进行润湿，细骨料按照固液比9：1进行润湿，之后掺入硅灰，粗骨料中硅灰的加入量为粗骨料的1.5％，细骨料中硅灰的加入量为细骨料的4％，之后将混合后的粗骨料及细骨料分别放入两个硫化碳化装置并分别通入350℃的燃煤电厂尾气(含有体积分数为10％o2、20％co2、5％so2和65％n2)，且同步注水形成钢渣溶液，其后开始加压硫化碳化过程-减压排气，得到硫化碳化钢渣粗骨料与硫化碳化钢渣细骨料；将硫化碳化钢渣粗骨料与硫化碳化钢渣细骨料按比例1:1混合，并与p
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o42.5级水泥、硅灰、减水剂等，搅拌后压制成透水砖，其中骨胶比约7、水胶比约0.3。
42.本对比例制备硫化碳化钢渣细骨料中游离态氧化钙0.17％活性指数7d大于65、硫化碳化钢渣粗骨料中游离态氧化钙1.81％活性指数7d大于61；透水砖的抗压强度为28.72mpa，抗折强度为3.47mpa，透水系数为2.81mm/s。
43.对比例2
44.与实施例2不同的是：实验室模拟燃煤电厂尾气配气中不含so2(体积分数为10％o2、20％co2和70％n2)
45.粒径为0.15mm-50mm的钢渣为粗骨料，粒径小于0.15mm的钢渣为细骨料，将粗骨料按照固液比7:3进行润湿，细骨料按照固液比9：1进行润湿，之后掺入硅灰，粗骨料中硅灰的加入量为粗骨料的1.5％，细骨料中硅灰的加入量为细骨料的4％，之后将混合后的粗骨料及细骨料分别放入两个硫化碳化装置并分别通入350℃的燃煤电厂尾气，通过热焖-减压排气-注水钢渣溶液-碳化过程，得到碳化钢渣粗骨料与细骨料；将碳化钢渣粗骨料与细骨料
按1:1的比例混合，并与p
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o42.5级水泥、硅灰、减水剂等，搅拌后压制成透水砖，其中骨胶比约7、水胶比约0.3。
46.本对比例制备碳化钢渣细骨料中游离态氧化钙0.33％活性指数7d大于65、碳化钢渣粗骨料中游离态氧化钙2.79％活性指数7d大于61；透水砖的抗压强度为25.17mpa，抗折强度为2.39mpa，透水系数为2.52mm/s。
47.对比例3
48.与实施例2不同的是：实验室模拟燃煤电厂尾气配气中不含co2(体积分数为10％o2、5％so2和85％n2)
49.粒径为0.15mm-50mm的钢渣为粗骨料，粒径小于0.15mm的钢渣为细骨料，将粗骨料按照固液比7:3进行润湿，细骨料按照固液比9：1进行润湿，之后掺入硅灰，粗骨料中硅灰的加入量为粗骨料的1.5％，细骨料中硅灰的加入量为细骨料的4％，之后将混合后的粗骨料及细骨料分别放入两个硫化碳化装置并分别通入350℃的燃煤电厂尾气，通过热焖-减压排气-注水钢渣溶液-硫化过程，得到硫化钢渣粗骨料与细骨料；将硫化钢渣粗骨料与细骨料按1:1的比例混合，并与p
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o42.5级水泥、硅灰、减水剂等，搅拌后压制成透水砖，其中骨胶比约7、水胶比约0.3。
50.本对比例制备硫化钢渣细骨料中游离态氧化钙1.67％活性指数7d大于55、硫化钢渣粗骨料中游离态氧化钙8.39％活性指数7d大于50；透水砖的抗压强度为16.4mpa，抗折强度为1.57mpa，透水系数为3.93mm/s。
51.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将钢渣骨料湿润后，与硅灰混合放入硫化碳化装置中，向硫化碳化装置通入高温燃煤电厂尾气进行热焖，之后向硫化碳化装置注水形成钢渣骨料溶液，向钢渣骨料溶液液面以下再通入燃煤电厂尾气并加压，对钢渣骨料进行加压硫化碳化。2.根据权利要求1所述的基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，其特征在于：润湿后的钢渣骨料的固液比为7-9:1-3；优选地，当钢渣骨料的粒径为0.15mm-50mm时，固液比为7:3；当钢渣骨料的粒径小于0.15mm时，固液比为9:1。3.根据权利要求1所述的基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，其特征在于：硅灰的加入量为钢渣骨料的0-4％；优选地，当钢渣骨料的粒径为0.15mm-50mm时，硅灰的加入量为钢渣骨料的0-1.5％，当钢渣骨料的粒径小于0.15mm时，硅灰的加入量为钢渣骨料的0-4％。4.根据权利要求1所述的基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，其特征在于：热焖的时间为0-1h；优选地，当钢渣骨料的粒径为0.15mm-50mm时，热焖的时间为01-h，当钢渣骨料的粒径小于0.15mm时，热焖的时间为0-0.5h。5.根据权利要求1所述的基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，其特征在于：硫化碳化温度为50-100℃，加压硫化碳化时间为小于1h；优选地，当钢渣骨料的粒径为0.15mm-50mm时，硫化碳化温度为50-100℃，加压硫化碳化时间为小于1h，当钢渣骨料的粒径小于0.15mm时，硫化碳化温度为50-80℃，加压硫化碳化时间为小于0.5h。6.根据权利要求1所述的基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，其特征在于：硫化碳化过程中对钢渣骨料溶液进行搅拌，搅拌转速为1-8rpm；优选地，当钢渣骨料的粒径为0.15mm-50mm时，搅拌转速为1-8rpm，当钢渣骨料的粒径小于0.15mm时，搅拌转速为1-3rpm。7.一种透水砖，其特征在于：包括硫化碳化钢渣粗骨料及硫化碳化钢渣细骨料，所述硫化碳化钢渣粗骨料为粒径为0.15mm-50mm的钢渣骨料采用如权利要求1所述的方法制得的，所述硫化碳化钢渣细骨料为粒径小于0.15mm的钢渣骨料采用如权利要求1所述的方法制得的。8.根据权利要求7所述的透水砖，其特征在于：所述硫化碳化钢渣粗骨料与硫化碳化钢渣细骨料的质量比为0.6-1.5:1。
技术总结本发明提供了一种基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法，包括以下步骤：将钢渣骨料湿润后，与硅灰混合放入硫化碳化装置中，向硫化碳化装置通入燃煤电厂尾气进行热焖，之后向硫化碳化装置注水形成钢渣溶液，向钢渣骨料溶液液面以下通入燃煤电厂尾气并加压，对钢渣骨料进行加压硫化碳化。本发明所述的基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法以钢渣为吸附剂，通过吸附燃煤电厂尾气中的二氧化碳及二氧化硫进行碳化、硫化，制得能够替代低标号水泥的建筑材料，实现了钢铁废渣的利用率，提高经济价值，具有良好的市场应用前景。用前景。
技术研发人员：高鹏 宋九思 贾博文
受保护的技术使用者：明正鹏达（天津）环保科技有限公司
技术研发日：2022.06.28
技术公布日：2022/11/1
