基于碳酸化的钢渣水化活性和制品安定性研究

发布时间：2020-11-01 03:39

　　钢铁工业生产过程中会产生大量的钢渣,同时排放许多温室气体CO_2。由于钢渣具有水化活性,可作为水泥混合材应用于建筑材料,但其制品安定性存在隐患。利用碳酸化技术处理钢渣,能够实现CO_2的捕集与封存,同时改善钢渣制品的安定性。本文对不同组成成分、细度的钢渣粉进行碳酸化处理,测定钢渣的水化活性和对应试件压蒸安定性,探究钢渣制品安定性的影响因素和碳酸化对钢渣水化活性的影响,同时对影响安定性的主要成分过烧氧化钙的水化规律进行探索。主要工作和取得的研究成果如下:1、钢渣的膨胀与成分和细度有关。钢渣的成分波动较大,不同成分的钢渣中CaO和MgO等膨胀组分含量也各不相同,钙镁含量高的钢渣,压蒸安定性较差。适宜的粉磨时间可显著增大钢渣的细度,降低钢渣制品的膨胀率,改善制品压蒸安定性。试验表明,粉磨时间的延长不会持续增大钢渣细度,但对应试件的膨胀率仍会降低。2、碳酸化反应消耗钢渣中的硅酸二钙(C_2S)、硅酸三钙(C_3S)、氧化钙(CaO)和氢氧化钙(CH)等矿物,生成碳酸钙(C(?))。活性组分C_2S、C_3S的消耗,降低了钢渣的水化活性,加水量和碳酸化反应时间对钢渣的水化活性影响不大。3、钢渣的碳酸化反应程度、f-CaO和f-MgO消解速度和试件压蒸安定性的关系。原钢渣中f-CaO和f-MgO的含量分别为2.54%和3.8%。当钢渣比表面积为275.16 m~2/kg时,碳酸化反应60 min后,碳酸化增重率为7.07%,钢渣中此时试件的压蒸安定性仍不合格;当比表面积为483.58 m~2/kg时,当碳酸化增重率达到8.63%,钢渣中f-CaO含量降至0.84%,f-MgO含量降至2.4%,试件的压蒸安定性合格;当比表面积为531.66 m~2/kg,当碳酸化增重率达到6.83%,钢渣中f-CaO含量为1.14%,f-MgO含量为2.8%,试件的压蒸安定性合格。4、XRD定量分析表明,碳酸化反应消耗了钢渣中的部分游离氧化镁(f-MgO),生成含镁方解石(Ca_x Mg_(1–x)CO_3),钢渣中f-MgO压蒸后并未形成氢氧化镁(MH)。5、用C(?)烧制过烧CaO时,延长保温时间会使CaO的水化活性显著减低;Fe元素或Fe、Al元素同时存在均会对CaO的水化起到抑制作用;CH晶粒尺寸随着CaO水化时间延长而增加,在10-20 min之间增加最为显著,且CH晶体在逐渐长大的同时发生堆叠,生成颗粒粗大的块状CH晶体,单独的Al元素对CaO的水化活性影响不大,但会使CH晶体的晶粒尺寸增长更快。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X757;TQ172.44
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题的研究意义和应用价值
        1.1.1 课题的研究意义
        1.1.2 课题的应用价值
    1.2 国内外研究概况及发展趋势
        1.2.1 矿物碳酸化研究进展
        1.2.2 钢渣综合利用现状
        1.2.3 钢渣碳酸化研究现状
    1.3 存在的问题及本论文研究目标
        1.3.1 存在的问题
        1.3.2 本论文研究目标
    1.4 研究内容和技术路线
        1.4.1 研究内容
            1.4.1.1 不同参数变化与钢渣制品安定性及水化活性的关系
            1.4.1.2 碳酸化钢渣作为混合材的试件的安定性
            1.4.1.3 过烧CaO的微观形貌及其水化活性
        1.4.2 技术路线图
2 钢渣的碳酸化反应与水化活性
    2.1 原材料
    2.2 安定性实验
        2.2.1 实验方法
        2.2.2 实验结果
    2.3 钢渣碳酸化对水化活性的影响
        2.3.1 试件制备和测试
        2.3.2 钢渣的碳酸化增重率
        2.3.3 钢渣碳酸化前后矿物组成分析
        2.3.4 加水量对碳酸化效率的影响
        2.3.5 碳酸化对钢渣水化活性的影响
    2.4 本章小结
3 钢渣制品安定性影响因素
    3.1 矿物组成对钢渣制品安定性影响
        3.1.1 两种钢渣的化学组成分析
        3.1.2 两种钢渣的安定性分析
    3.2 细度对钢渣制品安定性影响
        3.2.1 钢渣细度表征
        3.2.2 试件的压蒸测试
    3.3 本章小结
4 细度和碳酸化反应程度对钢渣制品安定性的影响
    4.1 原材料
    4.2 样品的制备与表征
        4.2.1 样品的制备
        4.2.2 样品的表征
    4.3 不同细度钢渣的碳酸化及其安定性
        4.3.1 钢渣/水泥试件的压蒸膨胀率
        4.3.2 钢渣碳酸化增重率分析
        4.3.3 碳酸化反应前后钢渣f-CaO含量分析
        4.3.4 碳酸化反应前后钢渣TG/DTG分析
        4.3.5 钢渣的碳酸化速度
        4.3.6 碳酸化对钢渣中物相组成的影响
        4.3.7 压蒸前后钢渣/水泥试件的水化产物分析
        4.3.8 压蒸前后钢渣的SEM分析
    4.4 本章小结
5 过烧CaO的水化活性
    5.1 过烧CaO的水化活性与保温时间关系
    5.2 元素掺杂对过烧CaO微观结构的影响
        5.2.1 铝元素对过烧CaO微观结构的影响
        5.2.2 铁元素对过烧CaO微观结构的影响
        5.2.3 铁和铝元素对过烧CaO微观结构的影响
    5.3 过烧CaO的水化活性研究
        5.3.1 纯过烧CaO的水化
        5.3.2 元素掺杂对过烧CaO水化活性的影响
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
参与学术会议情况
致谢

【参考文献】

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