一种钢渣和二氧化碳的资源化利用方法

本发明涉及钢渣再利用的，尤其涉及一种钢渣和二氧化碳的资源化利用方法。

背景技术：

1、现有技术中，钢铁制造产生的钢渣尚未有理想的处置或资源化利用方案。

2、目前钢铁制造产生的钢渣再利用主要是将磁选后得到的钢渣磁选尾渣粉磨，用作混凝土掺合料。然而，作为掺合量的钢渣不超过混凝土总量的10％，利用率极低；且近年来建筑市场饱和、混凝土消费量受限，限制了混凝土掺杂钢渣技术的规模化应用。

3、近年来，将钢渣用于矿井充填的生产实践陆续展开，但这一利用方式受限于地下开采矿井，难以从全局角度解决钢渣的利用难题。

4、而部分钢渣再利用工艺采用溶液诱导方式，但需要采用氨基酸等高成本有机溶液，因此迫切需要发展针对钢渣的普适性资源化利用技术。

5、例如，中国专利cn116040973a公开了水化活性得到改善的碳化改性钢渣的制备方法、改性钢渣和水泥基胶凝材料活性掺合料，其中就是采用大量高成本氨基酸诱导改性，反应过程是发生在钢渣中活性氧化钙、氧化镁与co2气体之间，并不能够实现钢渣的深度碳化，对钢渣的利用率低，改性钢渣在胶凝材料中的占比大多数为10％。

6、而为了更好地利用钢渣，中国专利cn219217860u公开了一种钢渣硫化碳化装置，该装置虽然能够以钢渣为原料同时吸附二氧化碳及二氧化硫，但是碳化依然不能够实现钢渣的深度碳化，对钢渣的利用率低；且目的是为了提高钢渣的再生骨料力学强度，显然钢渣的利用率低。

7、虽然中国专利cn114538806a公开了一种基于钢渣的水化碳化复合硬化性胶凝材料及其制备方法，但是其所制备的水化碳化复合硬化性胶凝材料对钢渣的利用率在42％左右，需要对配置原料进行磁性选铁，且应用了比较贵的熟石灰，钢渣的利用率显然并不很高，不能够对钢渣及其制备过程的物料进行充分、合理、有效利用。

8、中国专利cn115448628a公开了一种碳化多孔钢渣骨料及其制备方法，其中的成分为45-68％钢渣粉、15-30％快硬硫铝水泥、15-20％电石渣和2-5％石蜡粉，制备过程需要加热、造粒和脱蜡，养护所需的时间较长，碳化时间也是如此，且钢渣粉也需要经过特殊处理，增加碳化处理深度的方式是通过加入固废电石渣和脱蜡，增加了工艺流程的时间和工艺步骤，特别是二次碳化反应更是证明了这一点，同时加大了生产成本，生产效率低。

9、中国专利cn115340306a公开了一种利用超重力捕获二氧化碳制备碳化钢渣的方法，需要操作高成本超重力旋转填充床来进行碳化过程，然而制备的碳化钢渣粉末在水泥制品中的利用率最高仅为30％，利用方式并不高，且得到的固体碳化钢渣需要干燥粉磨处理，加大了生产成本，利用的超重力场进一步加大了成本，并且不适合用于工业生产。

10、中国专利cn113955999a公开了一种基于钢渣碳化制备的复古砖及其制备方法，其是将钢渣用于复古砖的制备中，然而根据计算干炸在组分原料中的占比约为37-47％，显然利用率并不高，未达到整体综合利用的技术效果；且碳化处理要配合粉煤灰的水化处理，流程时间加长，还需要考虑传统的碳化压强，操作难度大，效率低。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是当前的钢渣再利用技术存在成本高、利用率低、制备过程复杂、操作难度大、流程长、效率低等技术缺陷，且碳化加深方法大多数采用添加物料和加大生产成本的方法，并不能够对钢渣进行整体综合利用，不适合工业化生产。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

3、一种钢渣和二氧化碳的资源化利用方法，所述钢渣和二氧化碳的资源化利用方法如下步骤：

4、s1、将钢渣进行破碎筛分得到粗颗粒钢渣和细泥；

5、s2、向s1的粗颗粒钢渣中添加含碳酸根的无机盐溶液和水，搅拌得到钢渣料浆；

6、s3、将s2的钢渣料浆置于分布电场的反应器中，通入co2气体并搅拌，进行诱导碳化反应，之后固液分离得到碳化钢渣沉淀和无机盐溶液；

7、s4、对s3的碳化钢渣沉淀进行筛分得到粗颗粒碳化钢渣和碳化细泥，粗颗粒碳化钢渣作为机制砂使用，碳化细泥和s1的细泥进行联合浮选分离出钙精矿和镁精矿；

8、s5、将s3的无机盐溶液作为s2的无机盐溶液循环利用。

9、优选地，s1中粗颗粒钢渣的粒径为0.3-4.75mm，细泥的粒径不超过0.3mm。

10、优选地，s2中含碳酸根的无机盐溶液包括碳酸钠、碳酸锂、碳酸钾和含碳酸根的工业废液中的至少一种，钢渣料浆的固体浓度为100-865g/l。

11、优选地，s2中含碳酸根的无机盐溶液为含2.3-56g/l碳酸根的工业废液，钢渣料浆的固体浓度为300-500g/l。

12、优选地，s2中含碳酸根的无机盐溶液为含33.6-39.2g/l碳酸根的工业废液，碱金属碳酸盐作为诱导剂，在电场作用下强化钢渣料浆与co2之间的反应。其中，碳酸根由钢渣和碱金属碳酸盐共同提供，制备过程中通过测定料浆中的碳酸根质量分散，从而确定碱金属碳酸盐的加入量。

13、优选地，s3中反应器的分布电场的工艺参数设置需要使得流过料浆截面的电流密度为1.21-555a/m2，通入co2气体的体积百分比为8.9-99.6％。

14、优选地，s3中反应器的分布电场的工艺参数设置需要使得流过料浆截面的电流密度为5-350a/m2，co2气体为从烟气富集的富co2气体同步实现co2减排，co2在气体中的体积百分比为30-99.6％。

15、优选地，s3中反应器的分布电场作用下溶液中的碳酸根离子定向移动，与颗粒中活性氧化钙、氧化镁的作用几率提高；但电场强度超过350a/m2时电解反应强烈，消耗溶液中的碳酸根离子。

16、优选地，s3中搅拌包括机械搅拌、电磁搅拌或气体搅拌。

17、优选地，s3中诱导碳化反应的时间为3-72h，其中更优选为10-30h；碳化后钢渣的总碳含量提高2-13％。

18、优选地，s3中固液分离为沉降、混凝、过滤中的至少一种。

19、优选地，s4中粗颗粒碳化钢渣由硅酸盐、铝硅酸盐和新生成的方解石矿物组成，粒径为0.3-4.75mm；碳化细泥绝大部分为方解石，粒径不超过0.3mm。

20、优选地，s4中碳化钢渣满足《建设用砂》(gb/t 14684)ⅱ类砂要求；钙精矿和镁精矿分别为方解石和菱镁矿，方解石的cao含量53.96-55.25％，方解石占比90.75-93％(总碳含量10.89-11.16％)；菱镁矿的mgo含量52.23-55.27％，菱镁矿占比87.06-92.11％。

21、本发明人技术原理：

22、本发明提供了一种钢渣和二氧化碳的资源化利用方法。首先将钢渣破碎，向钢渣料浆中通入co2气体，以无机盐溶液为诱导剂在电场作用下强化钢渣料浆与co2之间的反应，并搅拌料浆。盛放无机盐溶液与钢的容器中分布有电场、料浆截面有电流通过。碳化后残渣以沉降、混凝、过滤等方式与无机盐溶液分离，筛分出粗粒碳化钢渣作为机制砂使用，细泥用于分离方解石和菱镁矿，无机盐溶液循环使用。

23、本发明中以含碳酸根的无机盐溶液为诱导介质，发生间接碳化。间接碳化发生在活性氧化钙、氧化镁与含碳酸根的无机盐溶液中的co32-之间，通入含碳酸根的无机盐溶液中的co2气体与溶液作用重新生成co32-；碳化效率显著提高，钢渣能够得到整体综合利用。

24、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

25、上述方案，本发明提出了一种钢渣和二氧化碳的资源化利用方法，可以解决现有技术中钢渣再利用技术存在成本高、利用率低、制备过程复杂、操作难度大、流程长、效率低等技术缺陷，使得钢渣能实现全组分资源化利用。

26、本发明通过以含碳酸根的无机盐溶液为诱导剂在电场作用下强化传统钢渣料浆与co2之间的反应，使得钢渣与co2发生的直接碳化转变为间接碳化，不仅钢渣的碳化深度得到有效加强，而且钢渣的安定性和活性也得到了显著加强，解决了钢渣颗粒安定性差、产品不能直接用做机制砂的技术问题。

27、本发明对钢渣的再利用方法使得所制备的碳化钢渣沉淀和无机盐溶液都能得到有效利用，对钢渣的消纳量高于生产混凝土、水泥和复古砖等制品，且工艺过程并不复杂，操作难度小，生产成本低，流程短，利于规模化生产。

28、总之，本发明方法相对于其他传统方法，创新了加强碳化深度的方法，采用的间接碳化所获得的产品和无机盐溶液都能得到高效利用，能够利用的范围较广，工艺流程简单，利用方式成本低、效率高，利于工业大规模生产和推广使用。