一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法

本发明涉及大宗固废资源化处理的，尤其是涉及一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法。

背景技术：

1、钢渣是伴随炼钢过程中排放的一种固体废弃物，约占粗钢产量10~15%。据统计，2022年中国的粗钢产量达到10.13亿t，占全球粗钢产量的55.3%左右。每生产1t钢排放约2.03tco2，同时产生0.13~0.24t钢渣。钢渣的主要化学成分为cao，含量约占40%~50%，因此具有较高的co2理论固定能力。由于钢渣生成温度高导致硅酸盐矿物结晶致密，钢渣活性差，因此目前钢渣对co2封存率较低。钢渣的排量大，成分波动大（主要受铁矿原料、钢铁熔炉的种类、锻造和预处理方式的影响），且含有大量的游离cao和游离mgo导致钢渣制品安定性不良，易对混凝土结构产生膨胀破坏，目前钢渣利用率不足30%，处理方式仍以直接堆放为主，钢渣的大量堆积占用了耕地，往往对环境造成二次污染。

2、钢渣的碳酸化程度主要受钢渣化学组成、矿物组成和碳酸化工艺的影响，纯钢渣的co2封存率不足10%，并且处理难度很大。目前，研究人员为了获取更高的碳化率、强度和安定性，通常采用高比表面积、高温高压、高纯度co2气体的介入模式，相应的碳化制度能耗较高。钢渣粉颗粒较粗时，安定性问题仍然不能彻底解决。综上所述，钢渣的co2封存率较低、体积安定性不良是制约其在水泥基材料中广泛应用的原因之一。

3、授权公告号为cn110282925b的中国专利公开了一种碳化钢渣人工多孔骨料及其制备方法。该方法采用钢渣粉、硅酸盐水泥、砖粉和粉煤灰中的至少一种混合加水成球得到球状钢渣骨料，通过将预养护后的球状钢渣骨料放入碳化釜中进行碳化，得到碳化钢渣人工多孔骨料。该方法采用多种碱性（胶凝）材料制备出了高强度碳化钢渣人工多孔骨料，尽管低碳环保，但是没有从本质上解决单一钢渣粉材料co2封存率较低的问题。

4、授权公告号为cn112266204b的中国专利公开了一种增强二氧化碳养护效果的全钢渣砌块及其制备方法。该方法通过钢渣粉和水混合物压制成砌块后直接进行常温常压二氧化碳养护8~12h，即得到增强二氧化碳养护效果的高强度全钢渣砌块。此方法虽然增强了钢渣砌块的二氧化碳养护效果，但是养护时间长，制备出的钢渣情况应用有限。

5、授权公告号为cn115448628b的中国专利公开了一种碳化多孔钢渣骨料及其制备方法。该方法采用钢渣粉、快硬硫铝水泥、电石渣的湿润混合物造粒得到圆柱状钢渣骨料，进一步通过碳化箱中碳化得到碳化多孔钢渣骨料。该方法解决了钢渣安定性不良问题，提升了钢渣骨料的强度性能。然而原材料采用多种碱性矿物材料，二氧化碳养护时间较长，没有从根本上解决单一钢渣的碳化率低的问题。

6、公开号为cn116573910a的中国专利公开了一种高强度碳化钢渣胶凝材料及制备方法。该方法采用提升剂柠檬酸（或者柠檬酸按与h2so4，柠檬酸、柠檬酸钠中至少一种的混合物），通过对钢渣的湿润拌合物进行压制碳化处理，得到碳化钢渣胶凝材料。该方法虽然能够提升碳化钢渣块的性能和对co2的封存量，但是操作复杂，所需要的碳化条件（包括压力、湿度、浓度等参数）较为苛刻，并且碳化时间较长，钢渣胶凝材料的碳化率不易控制。

7、公开号为cn116395731a的中国专利公开了一种利用工业固废固定co2并制备纳米碳酸钙的循环工艺。该工艺通过将钢渣、电石渣、磷石膏混合粗磨料中加入氯化氨溶液进行浸出反应，再加入氢氧化氨溶液调整其ph值到10~10.5得到含cac12的浸出液，将浸出液与氧化锆珠混合后通入含二氧化碳的气体并研磨得到混合液，混合液经过压滤脱水、润洗和干燥后得到纳米碳酸钙。该工艺虽然可以实现钢渣固废和二氧化碳资源化循环利用，但是操作工艺复杂、成本较高。

8、公开号为cn116712843a的中国专利公开了一种钢渣渗滤液吸收固定co2的方法。该方法通过在箱式循环反应器底部进行co2微气泡曝气，反应器顶部未反应的co2被循环喷洒的渗滤液微液滴进行二次吸收反应，使得co2固定率在99%以上。该方法虽然大幅提升钢渣滤液co2固定率，但是操作复杂，需要纯度99%以上的co2，没有从本质上解决钢渣封存率低的难题。

9、公开号为cn116715491a的中国专利公开了一种钢渣基固碳材料及其制备方法和应用。该发明利用钢渣制备固碳材料，通过转炉钢渣微粉、粒化高炉矿渣微粉、赤泥微粉、脱硫石油焦渣微粉、电解锰渣微粉和煤矸石微粉混合物配方并调控不同制备原料的粒径大小，实现了钢渣的资源化利用和较高的碳化深度。该方法采用电解锰渣微粉提升固碳性能，没有从本质上解决单一组分钢渣封存率低的难题，并且二氧化碳养护时间较长，所需要的碳化条件（包括压力、湿度、浓度等参数）较为苛刻。

10、公开号为cn116477861a的中国专利公开了一种对碳化钢渣浆体中生成caco3晶型调控的方法。该方法通过向陈化处理后的钢渣浆液进行升温处理，向钢渣浆液加入晶型控制剂（氯化钙、氯化镁、氧化镁、氢氧化镁、硝酸镁、聚乙二醇中的至少一种）并通入co2，最终得到caco3晶须。该发明对钢渣滤液进行碳化处理，陈化时间长，操作复杂。

11、公开号为cn116813217a的中国专利公开了一种调控碳化钢渣中碳酸盐产物的方法。该方法通过将钢渣细颗粒和表面活性剂（三乙醇胺、异丙醇、丙二醇、硬脂酸、油酸盐类、六偏磷酸钠、硬脂酸钠、马来酸醉衍生物中的任意两种的组合）混合后粉磨的钢渣微粉、水、预先吸附有co2的吸附剂（分子筛(沸石)、活性炭、活性氧化铝、硅胶中的一种或者任意两种的组合）混合后拌制成钢渣薄饼，经过碳化反应釜碳化后取出钢渣薄饼，粉磨后即获得碳化钢渣微粉。该发明虽然能够定量调控碳化钢渣薄饼中碳酸盐产物，但是制备过程中需要co2的吸附剂和表面活性剂，并且所需要的碳化条件（包括压力、湿度、浓度等参数）较为苛刻，因此操作步骤较为繁琐，并且钢渣封存率低。

12、授权公告号为cn116874204b的中国专利公开了一种碳捕集激发钢渣活性制备的胶凝材料及其方法。该方法通过将大颗粒钢渣在加压环境中湿法捕集工业废气中的二氧化碳并同步激发钢渣胶凝活性后再进行粉磨，充分提高钢渣活性，制备得到胶凝材料细粉。该发明在钢渣颗粒碳补集过程中需要梯级反复变化压力，并且需要粉磨，因此操作步骤较为繁琐，并且钢渣封存率低。

13、根据上述，现有技术虽然在一定程度上钢渣提升对co2的封存率、改善安定性、并推广钢渣的应用，但是有诸多缺点：（1）单一的钢渣co2的封存率较低；（2）大部分方案都是钢渣粉与其他胶凝材料（水泥、矿渣、粉煤灰、赤泥砖粉、电石渣、磷石膏、锰渣、煤矸石和脱硫石油焦渣等）混合后碳化，没有从本质上解决钢渣co2封存率低的难题；（3）钢渣（混合物）需要压制成型砌块，通过碳化釜等压力容器碳化，所涉及的碳化参数（包括压力、湿度、浓度等）较多，并且碳化需要进一步研磨，因此碳化条件苛刻、碳化步骤较繁琐；（4）钢渣（混合物）在碳化过程中加入了提升剂、晶型控制剂、表面活性剂和吸附剂，并且往往在高纯度co2条件下碳化时间长，虽然在一定程度上提升了钢渣co2的封存率，但是操作复杂且增加了成本，有待改进。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，其采用适当的提高二氧化碳封存方法，其试验条件简便，不需要特定的压力容器和高浓度co2，在20~60min内大幅提升钢渣粉的二氧化碳封存率，二氧化碳封存率提升70~120%，得到纳米尺度的钢渣粉，并解决钢渣粉安定性不良的问题。

2、本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，在水中，于醇胺类化合物作用下，钢渣粉和二氧化碳发生碳化反应，反应结束后经后处理，得到封存二氧化碳的钢渣粉。

4、进一步地，所述醇胺类化合物为n-甲基二乙醇胺、三乙醇胺、单乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇异丙醇胺、2-基-2-甲基-丙醇和哌嗪中的一种或几种的组合物。

5、进一步地，所述钢渣粉为比表面积300~600m2/kg的转炉钢渣粉。

6、更进一步地，所述钢渣粉为比表面积350~560m2/kg的转炉钢渣粉。

7、进一步地，所述方法包括以下步骤，

8、s1在水中加入占水总质量10~40%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量0.80~5.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；

9、s2在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为0.5~3.0l/min、二氧化碳浓度为20~99%，反应时间为20~60min，得到反应液；

10、s3去除反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉。

11、更进一步地，在所述s1中，水、钢渣粉和醇胺类化合物的质量比为100：20~30：1.50~5.00。

12、更进一步地，在所述s2中，搅拌加热的加热温度为20~40℃、搅拌转速为500~1000r/min、加热功率为30~50w。

13、更进一步地，在所述s2中，二氧化碳气体的流速为0.5~3.0l/min。

14、更进一步地，在所述s2中，所述钢渣混合液和二氧化碳气体的质量体积比为330~426g：10~180l。

15、更进一步地，在所述s3中，烘干的温度为60~105℃。

16、综上所述，本发明的有益技术效果为：

17、1.本发明采用适当的提高二氧化碳封存方法，试验条件简便，不需要特定的压力容器和高浓度co2，在20~60min时间内大幅提升钢渣粉的二氧化碳封存率，二氧化碳封存率提升70~120%，得到纳米尺度的钢渣粉，并解决钢渣粉安定性不良的问题；

18、2.大幅度提高钢渣粉co2封存率，单一钢渣粉在碳化20~60min内经热重测试，二氧化碳封存率达到15~22%，相比于空白试样二氧化碳封存率提升70~120%；

19、3.制备出的碳化钢渣粉为纳米级颗粒；

20、4.无需掺入其他碱性矿物掺合料，从本质上解决单一钢渣粉co2封存率较低、封存速度慢的难题；

21、5.采用无压的常规仪器，无需压制成型砌块，低能耗、高效率地制备出安定性良好的提高二氧化碳封存率的钢渣粉，操作极其简单，造价极其低廉。