超重力程序进行湿法碳酸化及转炉钢渣再利用

发布时间：2020-05-12 06:51

【摘要】：CO2是人类可控的对地表暖化影响最大的温室气体。矿物碳酸化是目前唯一永久储存CO2的方法。转炉钢渣(Basic Oxygen Furnace Slag,BOFS)是一种炼钢副产物,因其含有不稳定组分影响其在建材方向的再利用,而这些不稳定成分可作为CO2固定的原料。电去离子浓缩液(Concentrated Water from Electrodeionization,CW-EDI)是电去离子过程中产生的含有高浓度Na+和Ca2+的水体,再利用途径少。本研究首次将CW-EDI引入BOFS的CO2固定过程,探讨BOFS在CW-EDI中的浸出行为、操作条件对BOFS和CW-EDI碳酸化的影响及碳酸化处理CW-EDI的可行性,同时评估BOFS用于水泥取代的性能。主要研究成果如下:(1)BOFS在CW-EDI中的浸出过程基本可以在10 min内完成。BOFS中Ca2+的浸出动力学及CW-EDI中OH-的浓度变化皆符合一级质量损失模型。CW-EDI中过高的初始Ca2+浓度和pH会阻碍BOFS中Ca2+的浸出。溶液pH为7,初始Ca2+浓度为803 mg L-1时,Ca2+的浸出速率最高,为1.797 min-1。在BOFS的浸出过程中,没有Na+从BOFS中浸出。在高钠水体中,BOFS可以去除水体中的Na+,并在短时间内达到平衡。(2)反应时间、旋转填料床转速、液固比、混合液流速对BOFS的碳酸化影响较大,且其作用效果与具体的操作有关。气体流速产生的影响较小。表面包覆模型可以用于描述BOFS和CW-EDI在旋转填料床中的碳酸化动力学。BOFS可得最大碳酸化转换率为60.9%。在碳酸化过程中,液相pH随着反应的进行呈先下降后不变的趋势;液相中的Ca2+浓度呈先下降后上升的趋势;Na+呈先下降后不变的趋势。(3)添加BOFS可以降低OPC的蒸压膨胀率。同时,碳酸化具有稳定BOFS的作用。10%和15%的未碳酸化BOFS及10%的碳酸化后BOFS取代OPC后的水泥砂浆具有比纯OPC砂浆更优越的抗压性能。综合考虑工程性能、经济环境效益,碳酸化前、后BOFS取代OPC的推荐取代比例分别为15%和10%。
【图文】：

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和ｆ－ＣａＯ易溶于液相，Ｃａ２＋会快速溶出。而当能快速进行碳酸化的ｆ－ＣａＯ和逡逑Ｃａ（ＯＨ）２＿尽后，硅酸钙盐类中的Ｃａ２＋扩散到颗粒物表面后进入液相参与反应，逡逑剩下的Ｓｉ０２包覆于硅酸钙盐类外层，，阻止后续Ｃａ２＋的浸出（图１．１）。磁性物质逡逑亦会在硅酸盐类表面形成钝化膜从而阻碍反应的进行［１４］。另外，研究发现，碳逡逑酸化生成的ＣａＣ０３也会沉积在固相颗粒的表面，阻碍颗粒物内部的钙扩散进入逡逑水体从而降低反应速率［１５：｜。在使用碱性废物作为原料时，因同种废物的生产过逡逑程存在一定差异，其含有的Ｃａ0和其他化学成分也有所不同，进而其固碳量也逡逑有所差别。除此之外，固相颗粒的粒径也是重要的影响因素，小粒径颗粒（一般逡逑小于７５邋ｐｍ）的碳酸化效果优于大粒径颗粒的。逡逑媝逡逑图１．１碳酸化后钢渣的截面的ＳＥＭ影像逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋ＳＥＭ－ＢＳＥ邋（邋ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ）邋ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ邋ｏｆ邋ｐｏｌｉｓｈｅｄ逡逑ｃａｒｂｏｎａｔｅｄ邋ｓｔｅｅｌ邋ｓｌａｇ邋ｐａｒｔｉｃｌｅｓ邋ｅｍｂｅｄｄｅｄ邋ｉｎ邋ｒｅｓｉｎ邋ｗｉｔｈ邋ＳＥＭ－ＥＤＸ邋ａｎａｌｙｓｉｓ＇１＾１．逡逑改变碳酸化的液相可以有效提高碳酸化效率。Ｆａｕｔｈ等［１４］发现在液相中加入逡逑０．５邋Ｍ碳酸氢钠（ＮａＨＣ０３）和１邋Ｍ氯化钠（ＮａＣｌ）溶液可显著提高反应速率。逡逑这是因为相较于纯水，ＮａＨＣ０３更易与Ｃ０２结合。其中发生的反应可能为金属硅逡逑酸盐与ＮａＨＣ０３反应生成碳酸钠（Ｎａ；；Ｃ0３）、金属碳酸盐和娃酸（Ｈ４Ｓｉ0４）（式逡逑（４）

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Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ邋ｓｌａｇ．逡逑转炉钢液（Ｂａｓｉｃ邋ｏｘｙｇｅｎ邋ｆｉｉｒｎａｃｅ邋ｓｌａｇ，邋ＢＯＦＳ）是炼钢和钢精炼过程中产生的逡逑副产物。钢渣一般以其产生的炉子命名（图１．２）。转炉钢渣产生于氧气顶吹转炉，逡逑也称为Ｌｉｎｚ邋Ｄｏｎａｗｉｔｚ炼钢法。此法为目前广泛采用的比较先进的炼钢方法。转逡逑炉钢渣的产生过程如图１．３所示。逡逑首先将钢碎块放入炉中，将熔融的铁快速倒于其上。氧气喷枪将９９％的纯氧逡逑通入炉中，整个氧吹过程持续大约２０－２５邋ｍｉｎ，在此期间强氧化反应可以去除钢逡逑中的杂质。在整个氧吹过程中要检测炉子的温度情况，因为在碳燃烧产生的一氧逡逑化碳会溶于钢中
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X757

【参考文献】