一种基于电厂固废和二氧化碳的建筑制品的制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种基于电厂固废和二氧化碳的建筑制品的制备方法和用途。本发明专利技术的基于电厂固废和二氧化碳的建筑制品的制备方法，包括如下步骤：1)拌合物的制备：以电厂固废为主要原料搅拌成拌合物；2)即刻脱模制品的制备：将步骤1)得到的拌合物压制成型得到即刻脱模制品；3)即刻脱模制品的胶凝和硬化：将步骤2)得到的即刻脱模制品经初始水化和快速碳化而胶凝硬化，得到所述建筑制品。本发明专利技术通过融合电厂固废转化和二氧化碳利用为一体的方式解决固废和碳排放的问题，并在不产生二次固废的情况下将以粉煤灰为主的电厂固废完全转化为新型清洁建材制品，以降低固废和碳排放的环境影响并同时减少传统水泥基材料的消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电厂固废和二氧化碳的建筑制品的制备方法和用途
本专利技术涉及建材制品
，尤其涉及一种基于电厂固废和二氧化碳的建筑制品的制备方法和用途。
技术介绍
随着我国工业和城市化水平的不断提升，可持续发展已成为当前工业发展和城市化进程所面临的一大挑战。各工业和城市领域在消耗大量能源和自然资源的同时，也排放出数量可观的固废和二氧化碳。因此，清洁有效地处理再利用固废和二氧化碳，对实现工业和城市可持续发展至关重要。其中一个重要途径是将固废通过有效处理并连同二氧化碳一起转化为新型建材产品。目前，水泥基材料是全球范围内的首要建筑材料，其全球年消耗量在300亿吨左右，绝大部分来自我国。由于巨大的使用量，水泥基材料的环境影响显著，目前，水泥产业的碳排放约占全球人类活动排放总量的8％。因此，建材行业十分注重开发绿色建材以降低资源消耗和环境成本。一些工业固废被用作常规混合材或掺合料生产绿色水泥基材料，如粉煤灰、矿粉、和硅灰等。但这些固废的利用率较低，如仅用于替代10-20％的水泥，难以实现大体积使用，因此不能有效解决工业领域的固废处理问题。若以固废为主，如含有超过80-90％的占比，开发新型建材制品，则有望提供新的固废解决方案。目前，粉煤灰作为主要电厂固废连同二氧化碳一起成为电厂亟待解决的排放和处理问题。鉴于我国当前主要以煤为主的能源构成，煤电产业需长期运营，因此固废和二氧化碳排放问题会逐渐加剧。据不完全统计，粉煤灰的全球年排放量约为5亿吨，而其利用率不到50％，大量粉煤灰就地倾倒或填埋带来诸多环境问题，也不利于煤电产业的持续发展。目前，粉煤灰在建材领域的应用主要为水泥混合材、碱激发材料、和砖石制品等。从固废转化的角度，粉煤灰用作混合材这一方案是以粉煤灰为辅，因而难以大量处理粉煤灰。碱激发材料也长期面临一些材料本身和工程应用层面的问题，也难以作为转化大宗粉煤灰的有效选项。最后，粉煤灰砖石制品通常需要特定的养护条件如高温或微波养护来获取强度，能耗和成本较高。除此之外，作为一种碱性固废，粉煤灰与二氧化碳具有不同程度的化学反应性。有研究考察了利用碱性固废如粉煤灰吸收二氧化碳的可行性，也有研究利用二氧化碳激发或养护含有碱性固废的胶凝材料体系。其反应机理基于固废本身或其水化产物的可碳化特性，经过转化而生成典型的碳酸盐类矿物如方解石。但已有的技术在固废处理层面依然存在缺陷，一是关于二次固废的产生，例如碱性固废在用作固碳材料之后转化为碳酸化固废，需要处理；其次是粗放型的碳化养护应用，例如，现有技术未涉及开发碳化产物的胶凝机制并加以利用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于电厂固废和二氧化碳的建筑制品的制备方法和用途，本专利技术将电厂固废转化和二氧化碳利用联合起来从而综合解决固废和碳排放问题，在不产生二次固废的情况下将电厂固废完全转化为新型建材制品，并通过碳化利用电厂排放的二氧化碳在制品内部生成新型碳酸盐胶凝物质从而免于使用水泥。本专利技术的目的之一在于提供一种基于电厂固废和二氧化碳的建筑制品的制备方法，为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于电厂固废和二氧化碳的建筑制品的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：1)拌合物的制备：以电厂固废为主要原料搅拌制成拌合物；2)即刻脱模制品的制备：将步骤1)得到的拌合物压制成型得到即刻脱模制品；3)即刻脱模制品的胶凝和硬化：将步骤2)得到的即刻脱模制品经初始水化和快速碳化而胶凝和硬化，得到所述建筑制品。本专利技术的重点在不产生二次固废的情况下将电厂固废完全转化为新型建材制品，并通过注入二氧化碳在制品内实现原位矿化生成微尺度碳酸盐矿物形成新型胶凝体系，因此免于使用水泥。该技术立足于生产完全基于电厂粉煤灰的建材制品，并通过往制品中注入二氧化碳或含二氧化碳的电厂尾气而实现新型碳酸盐矿化胶结，并同时增强制品的硬化性能从而提升其绿色水平和商业价值。步骤3)中，所述即刻脱模制品的胶凝和硬化包括初始水化和快速碳化两个阶段。具体地，所述胶凝和硬化包括起始物理键结、初始水化产物沉积和键结、碳化产物沉积和胶结、硬化增强阶段。所述初始水化阶段为：将步骤2)得到的即刻脱模制品置于温度为20～40℃、湿度为45～95％的环境中进行初始水化。例如所述初始水化的温度为20℃、25℃、30℃、40℃，所述初始水化的湿度为45％、50％、60％、70％、80％、85％、90％、95％；所述初始水化的时间为24～72h，例如所述初始水化的时间为24h、36h、48h、60h、72h。所述快速碳化阶段为：利用二氧化碳对经初始水化后的即刻脱模制品进行快速碳化，快速碳化可在常规压力反应釜中进行。优选地，所述二氧化碳的压力为0.2～1MPa，例如二氧化碳的压力为0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1MPa；所述快速碳化的时间为0.5～5h，例如快速碳化的时间为0.5h、1h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、5h。步骤1)中，所述拌合物主要包括电厂固废和水；优选地，所述电厂固废为粉煤灰。电厂粉煤灰，其化学成分以氧化物方式表示通常由Al2O3、SiO2、CaO、MgO、Fe2O3、Na2O、K2O、SO3等组成。电厂粉煤灰主要为粉末状外观，优选地，所述粉煤灰的平均粒径为10～30μm，例如粉煤灰的平均粒径范围为10μm、15μm、20μm、25μm、30μm等。优选地，所述水与所述粉煤灰的质量比为0.08～0.15，例如所述水与所述粉煤灰的质量比为0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15。步骤1)中，所述拌合物中若粉煤灰原料的钙含量以氧化钙计低于5％时，加入钙相或含钙相矿物；若粉煤灰中的钙含量偏低，可往原材料配方中加入适量钙相或含钙相矿物或相关固废，加入的钙相或含钙相矿物经碳化后可在原位转化为胶凝性物相。优选地，所述钙相矿物或含钙相矿物为氢氧化钙和/或氧化钙。若配方中加入了钙相矿物或含钙相矿物的固废后，其质量计入粉煤灰质量中。优选地，以氧化钙的含量计，所述钙相矿物或含钙相矿物的质量占整个固体材料总质量的3～15％。若钙相矿物或含钙相矿物的质量太低如低于3％，制得的建筑制品的强度过低；若钙相矿物或含钙相矿物的质量太高如高于15％，又会增加成本。优选地，所述拌合物根据情况还包括碱性矿物，用于调节拌合物的pH值水平并促进初始水化进程和碳化反应；加入的碱性矿物通常先完全溶于拌合水中再与粉煤灰一起搅拌。优选地，所述碱性矿物的质量不超过固体材料总质量的1.5％；pH范围在11.5～12.5较佳，例如pH调整为11.5、12、12.5等。若pH低于11.5，起始水化进程和碳化反应的促进效果不好；若pH高于12.5，反应速率及反应程度会受影响，且费用高。优选地，所述碱性矿物为碳酸钠和/或碳酸氢钠。其中，拌合物制备可用传统水泥胶砂搅拌机进行搅拌，搅拌用时根据不同搅拌机的搅拌效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电厂固废和二氧化碳的建筑制品的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：/n1)拌合物的制备：以电厂固废为主要原料搅拌制成拌合物；/n2)即刻脱模制品的制备：将步骤1)得到的拌合物压制成型得到即刻脱模制品；/n3)即刻脱模制品的胶凝和硬化：将步骤2)得到的即刻脱模制品经初始水化和快速碳化而胶凝和硬化，得到所述建筑制品。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电厂固废和二氧化碳的建筑制品的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1)拌合物的制备：以电厂固废为主要原料搅拌制成拌合物；
2)即刻脱模制品的制备：将步骤1)得到的拌合物压制成型得到即刻脱模制品；
3)即刻脱模制品的胶凝和硬化：将步骤2)得到的即刻脱模制品经初始水化和快速碳化而胶凝和硬化，得到所述建筑制品。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述即刻脱模制品的胶凝和硬化包括初始水化阶段和快速碳化阶段。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述初始水化阶段为：将步骤2)得到的即刻脱模制品置于温度为20～40℃、湿度为45～95％的环境中进行初始水化；
优选地，所述初始水化的时间为24～72h。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述快速碳化阶段为：利用二氧化碳对经初始水化后的即刻脱模制品进行快速碳化；
优选地，所述二氧化碳的压力为0.2～1MPa；
优选地，所述快速碳化的时间为0.5～5h。


5.根据权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述拌合物主要包含电厂固废和水；
优选地，所述电厂固废为粉煤灰；
优选地，所述粉煤灰的平均粒径范围为10～30μm；
优选地，所述水与所述粉煤灰的质量比为0.08～0.15。


6.根据权利要求1-5之一所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述拌合物中若粉煤灰原料的钙含量以氧化钙计低于5％时，加入钙相或含钙相矿物；
优选地，所述钙相或含钙相矿物为氢氧化钙和/或氧化钙；
优选地，以氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恩贵，
申请(专利权)人：西交利物浦大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32