鋼渣(zhā)是煉鋼(gāng)過程中(zhōng)産生的(de)工業固(gù)體廢物(wu)，近10年我(wǒ)國累🈲計(jì)❗鋼渣排(pái)放量達(da)到了7億(yì)t，但綜合(hé)利用率(lǜ)較低🧑🏽🤝🧑🏻，僅(jin)有⛷️20%左右(yòu)，而國外(wài)發達國(guó)♌家已超(chāo)過90%。大量(liang)堆存的(de)鋼渣不(bu)僅💁會侵(qin)占土地(di)，浪費資(zi)源，如果(guǒ)排入水(shui)中還可(ke)能會造(zao)成河流(liu)淤塞👈，周(zhōu)邊土壤(rǎng)堿化，其(qi)中的有(you)害物🛀🏻質(zhi)還會爲(wei)人類及(jí)其生存(cun)環境帶(dai)來嚴🌂重(zhòng)危害。
全(quan)球氣候(hòu)變暖是(shi)全球氣(qì)候變化(hua)的核心(xīn)熱點問(wen)題，化石(shí)☁️燃料燃(ran)燒産生(sheng)大量的(de)CO2導緻溫(wēn)室效應(ying)的發生(shēng)，随着👉人(rén)類☀️工農(nong)業活動(dong)的不斷(duàn)進行，CO2的(de)排放量(liàng)也逐🐕年(nián)增加，2017年(nian)，全球碳(tan)排放增(zēng)長了1.6%。這(zhe)不僅會(huì)威脅我(wǒ)們的身(shen)心健康(kang)，也會對(dui)人類的(de)生存環(huan)境帶來(lái)嚴重危(wei)害。
鋼渣(zhā)碳化技(jì)術是将(jiāng)鋼渣置(zhì)于CO2氣體(tǐ)環境中(zhong)，在一定(dìng)溫度濕(shi)度及🔆壓(yā)力條件(jian)下進行(háng)碳化，CO2将(jiang)會以礦(kuàng)物吸收(shou)形式固(gu)💰定儲存(cún)，因此鋼(gāng)渣碳化(huà)技術不(bu)僅能固(gu)化🚩大量(liàng)的CO2，還能(neng)實現二(èr)次資源(yuán)的有效(xiào)利用，并(bìng)由此制(zhi)備的磚(zhuān)、瓦等建(jian)築材料(liao)具有強(qiang)度高、價(jià)格低廉(lián)、穩定🔞性(xing)好的優(you)點。在鋼(gāng)渣發生(shēng)🏃🏻碳化作(zuò)用的♊同(tóng)時，新物(wu)相的生(sheng)成具有(yǒu)把體系(xì)内的物(wu)質📱結在(zai)一起的(de)作用，因(yīn)而可以(yǐ)制備出(chu)性🈲能較(jiào)好的鋼(gang)渣碳化(huà)制品。
研(yan)究者針(zhen)對此項(xiàng)技術進(jin)行了大(da)量的研(yan)究：鋼渣(zha)種類、粒(li)度不同(tong)📧，碳化能(néng)力不盡(jìn)相同；碳(tan)化過程(chéng)的環境(jing)條件不(bú)同，所得(dé)碳化🏃🏻鋼(gāng)渣制品(pǐn)的強度(dù)也不同(tong)，其中溫(wen)度、pH值及(jí)水化🌈程(chéng)度成爲(wèi)主要研(yán)究對象(xiàng)。适宜的(de)環境，可(ke)以極大(da)促進反(fan)應的發(fā)生，使得(de)碳化後(hòu)的鋼渣(zha)⛹🏻♀️性能更(gèng)加優越(yue)，從而更(geng)好實現(xiàn)固體廢(fei)☔物資源(yuan)化。本⚽文(wen)主要針(zhen)對以上(shàng)研究内(nèi)容進行(hang)總結歸(gui)納，并針(zhen)對🈚現階(jiē)段碳化(huà)反應影(ying)響因♋素(sù)的研究(jiu)進展提(ti)出展望(wàng)及有待(dai)解決的(de)問題。
鋼(gang)渣的基(ji)本性質(zhì)
目前，我(wo)國大部(bù)分鋼渣(zhā)爲轉爐(lu)渣，在發(fā)達國家(jia)電爐鋼(gang)渣占據(jù)主✏️導地(di)位，現階(jie)段大多(duō)數研究(jiū)者主要(yao)以🔆轉爐(lú)😘鋼渣爲(wei)研究對(duì)象。鋼渣(zhā)的化學(xué)組成主(zhu)要有CaO(34%～48%)、Fe2O3(7%～12%)、SiO2(9%～15%)、MgO(2.5%～10%)、Al2O3(0.9%～2.8%)，同(tóng)時還有(you)少量MnO、TiO2等(deng)氧化物(wù)，這樣氧(yǎng)化物主(zhǔ)㊙️要以C2S、C3S、Ca2Fe2O5、ＲO相(xiàng)及f－CaO等礦(kuang)物相形(xing)式存在(zài)于鋼渣(zhā)中。鋼🤟渣(zha)中大量(liang)的CaO、MgO等堿(jian)性♌氧化(hua)物能夠(gòu)有效的(de)固定CO2，爲(wei)固碳技(jì)術的實(shí)現提供(gòng)🏃🏻了物質(zhi)條件㊙️。
按(àn)照鋼渣(zhā)的堿度(du)大小，可(ke)分爲低(dī)堿度鋼(gāng)渣(Ｒ＜1.80)、中堿(jian)度鋼渣(zha)(Ｒ=1.8～2.50)和♈高堿(jian)度鋼渣(zhā)(Ｒ＞2.50)，其堿度(dù)Ｒ主要由(you)CaO與SiO2和P2O5含(han)量和的(de)比值求(qiu)得，即Ｒ=CaO/(SiO2+P2O5)。鋼(gāng)渣堿度(dù)不同，顔(yá)色不同(tóng)，其礦物(wù)組成也(yě)不盡相(xiàng)同。
鋼渣(zha)碳化研(yán)究進展(zhan)
3.1 碳化機(jī)理研究(jiu)
3.1.1 熱力學(xue)分析
在(zài)CO2及一定(ding)濕度養(yǎng)護下，鋼(gang)渣中的(de)化學成(chéng)分主要(yao)發生⭐下(xià)列反應(yīng)：
鋼渣碳(tàn)化的吉(jí)布斯自(zì)由能爲(wèi)負值，即(jí)是一個(ge)自發進(jin)行的過(guò)程，隻要(yao)提供适(shì)宜的環(huán)境條件(jiàn)，這個反(fǎn)應就會(huì)自行🏃🏻發(fa)生，常鈞(jun)、塗茂㊙️霞(xia)等的試(shi)驗結論(lùn)中均證(zhèng)明了此(cǐ)觀點。
塗(tu)茂霞等(deng)采用熱(rè)力學HSC軟(ruǎn)件對鋼(gang)渣碳化(hua)過程進(jin)行熱♍力(lì)💋學模拟(nǐ)計算，結(jié)果發現(xian)，以上各(ge)化學反(fǎn)應在700K以(yi)下自由(yóu)能ΔG均爲(wei)負值，說(shuo)明鋼渣(zhā)碳化反(fan)應在一(yī)般條件(jiàn)下可自(zi)發進行(háng)；常鈞等(děng)利用焓(hán)變等熱(re)力學數(shu)據和ΔH=∑Hp–∑Hr、ΔGT=∑GTp－∑GTr(下(xià)角p，r分别(bie)表示産(chǎn)物和反(fan)應物)計(jì)算公式(shi)，計算反(fǎn)應的自(zi)由能ΔG，所(suo)得結果(guǒ)爲負值(zhí)，同樣證(zheng)實了在(zài)一定條(tiáo)件下鋼(gāng)渣的🌐碳(tàn)化反應(ying)可以📧自(zì)行發生(shēng)。
以上的(de)熱力學(xue)分析及(jí)計算，共(gòng)同說明(ming)了鋼渣(zha)碳化反(fan)應在📱理(li)論上的(de)可行性(xìng)與自發(fa)性，爲探(tàn)索反應(yīng)規律和(hé)機理奠(dian)定了重(zhòng)✂️要的理(lǐ)論基礎(chu)。
3.1.2 物相分(fen)析
鋼渣(zhā)主要由(you)C2S、C3S、C2F、Ca(OH)2、(Mg，Fe)2SiO4、f－CaO和ＲO相組(zu)成。常鈞(jun1)等、BoPang等采(cai)用XＲD對碳(tan)化前後(hou)的鋼渣(zhā)進行物(wù)相分析(xi)，從分析(xī)結果可(ke)以看出(chu)，鋼渣🐅碳(tan)化前後(hou)C2S和C3S衍射(she)峰的強(qiang)度明顯(xiǎn)弱化，Ca(OH)2和(he)f－CaO的衍射(shè)峰基本(běn)消失，并(bing)且出現(xiàn)了明顯(xian)的CaCO3及SiO2衍(yǎn)射峰；梁(liang)曉傑進(jin)行能譜(pǔ)分析發(fā)現，在碳(tan)化前後(hòu)⭐ＲO相及C2F的(de)衍射峰(feng)的強度(dù)基本無(wú)明😍顯變(bian)化，這說(shuo)明組成(cheng)中的🤩ＲO相(xiàng)及C2F基本(běn)不發生(sheng)碳化反(fǎn)🍓應；房延(yan)鳳等通(tong)過簡單(dan)分析發(fa)現β－C2S碳化(huà)所得CaCO3含(hán)量爲18.1%較(jiào)低💯于熱(rè)重測試(shi)結果，猜(cai)測在500～800℃範(fan)圍内失(shī)重的是(shì)CaCO3且有少(shao)量結晶(jīng)水蒸發(fa)。
綜上所(suo)述，鋼渣(zhā)碳化過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的主要(yào)化學♌成(cheng)分爲C2S、C3S、Ca(OH)2和(hé)🔴CaO，他們均(jun)與CO2反應(ying)生成CaCO3，且(qie)ＲO相及C2F基(ji)本不參(cān)與反應(ying)，這可能(néng)是因爲(wèi)C2S、C3S等化✂️合(he)物先發(fa)生了水(shuǐ)化反應(yīng)生成相(xiang)應氫氧(yǎng)化物後(hòu)繼續與(yu)CO2反應生(sheng)成CaCO3和SiO2，而(ér)ＲO相中的(de)金屬氧(yǎng)化物反(fan)應活性(xìng)低，基本(běn)不發生(shēng)水化反(fǎn)應📞，則無(wu)法參與(yǔ)碳化反(fǎn)應。鋼渣(zha)的化學(xue)組成中(zhong)含Ca化合(hé)物将作(zuo)爲研究(jiū)的重點(dian)，這些物(wù)😘質的化(huà)學反應(yīng)行爲極(jí)大影響(xiang)着鋼渣(zhā)的碳化(hua)🎯規律、特(te)點，以及(ji)碳化所(suǒ)需最佳(jia)條件。
3.1.3 熱(rè)重分析(xi)
利用熱(rè)重分析(xi)儀可以(yi)得到待(dài)測樣品(pǐn)随溫度(du)變化關(guan)系，以研(yán)究待測(cè)物質的(de)組分及(ji)熱穩定(dìng)性。
梁曉(xiǎo)傑對鋼(gāng)渣碳化(hua)前後進(jìn)行了熱(re)重分析(xī)，得到它(ta)們的TG－DTG曲(qu)🔞線，經計(jì)算确定(ding)生成物(wu)爲CaCO3。BoPang等熱(re)重分析(xī)結果表(biǎo)明：鋼渣(zha)中Ca(OH)2幾乎(hū)碳化完(wán)全，生成(cheng)産物爲(wei)CaCO3，同時産(chǎn)物CaCO3因其(qi)有✍️較高(gāo)的活性(xing)而被吸(xi)附，這就(jiu)導緻了(le)相反的(de)📱結果：CaCO3的(de)吸附阻(zu)礙了Ca(OH)2與(yǔ)CO2的化學(xué)反應速(su)率。他們(men)同樣證(zhèng)實了鋼(gāng)渣碳化(hua)産物爲(wei)CaCO3，且在反(fan)應過🈚程(cheng)中固體(tǐ)顆📧粒的(de)吸附常(cháng)會導緻(zhì)化學反(fan)應速率(lü)的減慢(man)。
以上證(zhèng)明鋼渣(zha)中的C2S、C3S發(fā)生水化(huà)反應生(sheng)成
Ca(OH)2，随之(zhi)f－CaO、Ca(OH)2與CO2發生(sheng)碳化反(fan)應生成(chéng)CaCO3顆粒。顆(kē)粒狀的(de)CaCO3可以填(tian)充内部(bù)空🧑🏾🤝🧑🏼隙，使(shi)體系内(nèi)部排列(liè)更加緊(jǐn)湊，提高(gāo)鋼渣試(shì)塊❤️的力(lì)學性能(neng)，可在一(yī)☂️定程度(du)上提高(gāo)鋼渣制(zhì)品的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；但(dan)由此生(sheng)成的CaCO3殼(ké)又部分(fèn)包裹與(yǔ)🚩未反應(yīng)物質外(wai)側，阻止(zhǐ)了CO2的擴(kuò)散及進(jìn)一步反(fǎn)應過程(chéng)。
3.2 碳化反(fan)應的影(ying)響因素(sù)研究
除(chú)了反應(ying)物性質(zhì)會影響(xiang)碳化效(xiao)果外，壓(yā)力、溫度(dù)、pH值等👉環(huán)境因素(sù)也會影(yǐng)響着反(fǎn)應的進(jin)行。經大(dà)量研究(jiū)者研究(jiu)發現，在(zai)‼️碳化反(fan)應中，pH值(zhi)、碳化時(shí)間及成(chéng)型壓力(li)爲主要(yào)的影響(xiang)因素，也(yě)有研究(jiu)者對水(shui)化過程(chéng)及外加(jiā)劑等進(jìn)行了相(xiang)關試驗(yan)。
3.2.1 加水量(liàng)及水化(hua)時間
梁(liang)曉傑對(dui)不同加(jia)水量下(xià)的鋼渣(zhā)碳化效(xiao)果進行(hang)了㊙️研究(jiū)，結果表(biao)明當加(jiā)水量W水(shui)=3%～19%時，鋼渣(zhā)碳化質(zhi)量增加(jiā)率不斷(duàn)提高，碳(tan)化效果(guǒ)增⚽加：當(dāng)W水=19%，碳化(hua)效果最(zui)好，但W水(shuǐ)超過19%一(yī)直到21%，碳(tan)化質量(liang)曲線出(chu)現明顯(xian)下降，這(zhè)是因爲(wei)出現了(le)泌水結(jie)🌐團現象(xiàng)，積聚的(de)水分将(jiang)鋼渣包(bao)㊙️裹，不利(lì)于反應(ying)的進行(háng)，而且外(wài)層反應(yīng)生成的(de)CaCO3顆粒阻(zǔ)礙了鋼(gang)渣的進(jìn)一步碳(tan)化。
鋼渣(zha)碳化前(qian)先發生(shēng)水化，而(ér)水化時(shi)間的不(bu)同也會(hui)影❄️響碳(tàn)化的效(xiào)果：這可(ke)能是因(yin)爲在水(shui)化初期(qī)，随着水(shui)化㊙️時間(jian)的增加(jiā)，反應速(sù)率較快(kuài)，從而促(cù)進碳化(huà)反應生(sheng)成較多(duo)的CaCO3顆粒(li)，但📞後期(qi)生💃成的(de)CaCO3形成了(le)一層殼(ke)包裹在(zài)鋼渣外(wài)側，會阻(zǔ)礙反應(ying)的進行(hang)。
劉梅将(jiang)鋼渣水(shuǐ)化0h～7d後碳(tan)酸化2h，發(fā)現在2～6h時(shí)，鋼渣碳(tàn)酸化增(zeng)重率較(jiao)高，但10h後(hòu)，鋼渣碳(tan)酸化增(zēng)重率逐(zhu)漸降低(dī)。
以上試(shi)驗結果(guo)均證明(míng)了在碳(tan)化前進(jìn)行一定(dìng)時間🈲的(de)水🈚化對(duì)反應具(jù)有一定(ding)的促進(jin)作用，這(zhè)是因爲(wèi)水⭐化生(sheng)成的産(chan)物可以(yi)作爲碳(tàn)化反應(ying)的反應(ying)物發生(sheng)反應；但(dàn)水化時(shi)間較長(zhǎng)❌，不僅對(dui)碳化反(fǎn)應的促(cu)進效果(guo)降低，又(you)會造成(chéng)時間及(jí)試驗設(she)備的浪(lang)費與消(xiāo)耗👌。所以(yi)，探索最(zuì)佳水化(huà)時間對(duì)于鋼渣(zhā)碳✏️化反(fǎn)應的實(shí)🧑🏾🤝🧑🏼際應用(yong)具有重(zhòng)要意義(yì)。
3.2.2 外加劑(ji)
在碳化(hua)反應中(zhōng)，外加劑(ji)的加入(rù)可以促(cù)進反應(yīng)的進‼️行(hang)，激發鋼(gāng)渣的反(fan)應活性(xìng)，使鋼渣(zhā)碳化制(zhi)品的性(xìng)能得以(yǐ)改善提(tí)高。
通過(guò)設計外(wai)加劑對(dui)鋼渣碳(tan)酸化影(ying)響的探(tàn)究試驗(yàn)，向❗鋼渣(zhā)試樣中(zhōng)摻加CaSO4·2H2O、Na2CO3、NaHCO3、Na2SiO3、沸(fèi)石、膠粉(fen)和羧甲(jia)基纖維(wei)素鈉七(qī)種外加(jia)劑，養㊙️護(hu)2h，結🈚果與(yu)✉️不摻入(rù)外加劑(ji)試樣組(zu)對比發(fā)現，摻入(ru)NaHCO3、Na2SiO3和羧甲(jia)基纖維(wei)素鈉的(de)鋼💘渣試(shì)樣碳化(huà)較好，将(jiang)三種外(wai)加劑兩(liǎng)兩複摻(chān)，進一步(bù)探索得(dé)到羧✔️甲(jia)基纖維(wei)素鈉和(hé)CaSO4、NaHCO3的加入(rù)對碳化(huà)反應的(de)促進沒(mei)有明顯(xiǎn)效果。這(zhè)說明外(wai)加劑的(de)摻入對(duì)固碳效(xiao)果的影(yǐng)響不是(shi)很⭐大，且(qiě)很有可(ke)能會導(dao)緻鋼渣(zhā)的結構(gòu)向不利(lì)方向發(fā)生改變(biàn)，從而影(yǐng)響碳化(hua)鋼渣制(zhi)品的性(xing)能🙇♀️。
3.2.3 溫度(du)
在一定(dìng)範圍内(nei)，溫度升(sheng)高可以(yi)促進分(fèn)子熱運(yun)動，促進(jin)鋼渣内(nèi)活⛷️性物(wù)質與CO2的(de)化學反(fan)應，但當(dāng)溫度達(da)到一定(ding)值後，又(yòu)碳化反(fan)應放熱(rè)，繼續升(sheng)高溫度(du)反而會(hui)🔞抑制反(fan)應的進(jìn)行，所以(yǐ)在應用(yong)于工業(ye)生産時(shi)，控制環(huan)境溫度(du)🔞具有重(zhòng)要意義(yì)。
柳倩分(fèn)别對比(bi)了不同(tong)養護條(tiáo)件對鋼(gāng)渣水泥(ni)基膠凝(níng)⛹🏻♀️材料性(xing)能的影(ying)響，結果(guǒ)得到最(zui)佳的養(yang)護條件(jiàn)是60℃、碳化(hua)7h，高溫碳(tan)化養護(hu)可以提(tí)高其抗(kàng)壓強度(du)，且升高(gāo)溫度可(kě)以提高(gao)水化進(jin)程，進而(er)🚩促進碳(tan)化反應(yīng)；郜效嬌(jiao)等觀察(chá)🚩分析不(bu)同溫度(dù)下鋼渣(zhā)試樣碳(tan)化3d的體(tǐ)積♉膨脹(zhàng)率與力(li)學強度(dù)，發現鋼(gang)渣體積(ji)膨脹率(lü)随碳化(hua)溫度的(de)升高而(ér)增大，并(bìng)得出碳(tan)化3d力學(xué)強度與(yu)碳化☁️溫(wēn)度的線(xian)性方程(chéng)y=0.062x+33.04(y爲力學(xué)強度值(zhí)，單位MPa；x爲(wei)碳化溫(wen)度，單位(wei)℃)；姚星亮(liang)等通過(guo)儀器檢(jian)測及固(gu)碳公式(shì)的計算(suàn)得到：提(ti)高溫度(du)，反應速(su)率加快(kuài)，但鋼渣(zha)固碳率(lǜ)增大幅(fú)度較小(xiao)，且溫度(du)超過一(yi)定值時(shí)，反應速(su)率變化(huà)不明顯(xiǎn)。
3.2.4 pH值
鋼渣(zhā)的碳化(hua)反應主(zhu)要是鈣(gài)離子與(yǔ)CO2生成碳(tan)酸鈣化(hua)合物的(de)過程，其(qi)中環境(jìng)的pH值會(huì)影響鈣(gài)離子的(de)溶解，進(jìn)而影響(xiǎng)碳化反(fǎn)應的效(xiào)果，則調(diao)節溶液(ye)的pH值對(dui)于反應(yīng)的‼️進行(háng)至關重(zhòng)要。
向鋼(gāng)渣試樣(yang)中加入(ru)不同pH值(zhí)的溶液(ye)，分别養(yǎng)護2h、10h、1d、7d，碳化(hua)相😘同時(shí)♉間，結果(guo)表明強(qiang)酸不利(lì)于碳酸(suān)化反應(ying)，弱酸㊙️和(he)強堿環(huán)境均有(you)利于鋼(gāng)渣試樣(yang)的碳酸(suan)化反應(yīng)，且随着(zhe)養🌈護時(shí)間增長(zhǎng)，鋼渣碳(tan)化效果(guǒ)提高，即(jí)在pH值=12.55、養(yǎng)護7d時，鋼(gang)渣試樣(yàng)碳酸😄化(hua)增重率(lü)最高。
王(wang)日偉等(deng)利用固(gù)碳效率(lǜ)公式研(yán)究計算(suàn)堿與鋼(gāng)渣不同(tong)的質量(liàng)百分比(bǐ)對鋼渣(zha)固定CO2的(de)影響，結(jié)果發現(xian)鋼渣中(zhōng)加入少(shao)量的NaOH後(hou)，固碳量(liàng)明顯增(zeng)加，且随(sui)着堿增(zeng)加，鋼渣(zha)固定CO2呈(chéng)上升趨(qū)勢，在上(shang)述試驗(yan)中得到(dào)堿與鋼(gāng)渣最佳(jiā)質量百(bǎi)分比爲(wei)8%，繼續增(zēng)大比值(zhi)時，固碳(tàn)🚶♀️量呈下(xia)降趨勢(shì)。
潘凱通(tong)過試驗(yan)研究同(tóng)樣證實(shi)了在鋼(gang)渣碳化(huà)過程中(zhong)加入低(di)📧濃度堿(jiǎn)溶液可(kě)以提高(gāo)固碳效(xiao)率；BonenfantD等研(yan)究了常(chang)👨❤️👨溫常壓(ya)下鋼渣(zha)碳酸化(hua)固定CO2的(de)潛力，研(yán)究發現(xian)強堿性(xing)及Ca(OH)2含量(liàng)是鋼渣(zhā)具有較(jiao)高CO2固定(ding)潛力的(de)主要原(yuán)因；其中(zhōng)有研究(jiū)者向鋼(gāng)渣中摻(chān)入消石(shi)😄灰以提(tí)高體系(xi)pH值，結果(guǒ)發現摻(chān)入與🌈鋼(gāng)渣等量(liàng)的消石(shi)灰，其固(gu)碳效果(guo)最佳，可(ke)達到27.81%。
通(tong)過以上(shàng)試驗表(biao)明，鋼渣(zha)的碳化(hua)反應需(xū)要适宜(yi)的堿🈚性(xing)環🌈境，這(zhe)是因爲(wèi)低濃度(du)堿有助(zhù)于鋼渣(zha)中鈣的(de)🆚浸出生(shēng)成氫氧(yǎng)化鈣，同(tóng)時CO2又在(zài)堿環境(jìng)中生成(chéng)碳酸鹽(yán)，兩種生(sheng)成物繼(jì)續反應(yīng)生成♈CaCO3物(wù)質，促進(jìn)碳化反(fǎn)應。
3.2.5 碳化(huà)時間
由(yóu)于化學(xue)反應在(zài)開始的(de)一段時(shí)間後，将(jiāng)會達到(dào)平衡狀(zhuàng)🔞态，繼續(xu)增加反(fǎn)應時間(jiān)不僅無(wú)任何促(cù)進作用(yòng)，還會浪(làng)費🔞設備(bèi)資源。有(yǒu)學㊙️者提(ti)出，在鋼(gāng)渣碳化(hua)反應🧑🏽🤝🧑🏻前(qian)期，CaO的🈲轉(zhuǎn)化速👄率(lǜ)最快☔，且(qiě)有80%的CaO會(hui)與CO2發生(shēng)反應，而(er)之後的(de)反應🔆時(shí)間裏，參(can)與反應(ying)的🔅物質(zhì)減少，速(su)率變慢(màn)❓，反應趨(qu)于平衡(héng)。常鈞對(dui)此作了(le)研究，得(de)💰到最适(shì)合的⚽碳(tàn)化時間(jian)爲3h，其碳(tàn)化增重(zhong)率爲10.79%，強(qiáng)度可達(dá)40.81MPa。爲以後(hou)的探索(suǒ)研究試(shi)驗提供(gòng)了一定(dìng)的參考(kǎo)意義與(yu)依據。
在(zai)碳化開(kai)始的一(yi)段時間(jian)内，反應(yīng)速率加(jia)快，生成(chéng)較多的(de)🏃♀️CaCO3物質，但(dan)一段時(shi)間後由(you)于反應(yīng)物濃度(dù)較小、生(shēng)成固體(tǐ)顆粒具(ju)💘有阻🌈礙(ai)作用等(děng)因素，反(fan)應速率(lü)減慢，反(fan)應效果(guo)減弱🏃🏻。
3.2.6 成(cheng)型壓力(lì)
成型壓(ya)力不同(tóng)，鋼渣試(shi)塊内部(bù)孔隙率(lü)不同，CO2的(de)擴散速(sù)🏒率不同(tong)，其😘反應(yīng)速率與(yǔ)碳化效(xiào)果也不(bú)盡相同(tóng)。
P.DeSilva等研究(jiū)發現在(zài)一定範(fan)圍内随(sui)着成型(xíng)壓力的(de)提高，試(shì)樣的碳(tan)化效率(lǜ)逐漸降(jiàng)低；而在(zài)李勇的(de)試驗研(yán)究中，設(shè)計成型(xíng)壓力範(fàn)圍爲0～14MPa，對(dui)碳化試(shì)樣進行(hang)SEM、TGA及XＲD分析(xī)得到，随(sui)💞着成型(xing)壓力的(de)增加，碳(tàn)👌化效率(lü)先增加(jiā)後降低(di)，且碳化(hua)産物的(de)形🐅貌也(ye)發生了(le)相應改(gai)變，由典(dian)型的方(fang)解石晶(jing)體形貌(mào)變爲橢(tuǒ)球形的(de)方解石(shi)，這說明(ming)成型壓(ya)力對碳(tan)化反應(ying)有着很(hen)大的影(ying)響，成型(xíng)壓力📞的(de)改變導(dǎo)緻試樣(yang)内部的(de)保水能(néng)力不同(tong)、空隙率(lǜ)不同，則(zé)反應過(guo)程中的(de)速度與(yu)碳化産(chǎn)物的形(xing)貌也不(bú)盡相同(tong)。
3.2.7 其他因(yīn)素
EleanorJ等、塗(tú)茂霞等(děng)研究發(fā)現鋼渣(zha)粒度、液(ye)固比、氣(qì)體流量(liàng)及流體(tǐ)通量對(duì)碳化反(fan)應也有(yǒu)一定的(de)影響，且(qie)鋼渣粒(lì)度越細(xì)越有🔆利(lì)于鋼渣(zhā)固碳；在(zai)李勇房(fáng)延鳳等(deng)的🍓研究(jiū)結果中(zhōng)：碳化過(guò)程中外(wài)來⛹🏻♀️離子(zi)、CO2分壓以(yi)及鋼渣(zha)中的礦(kuàng)物組成(cheng)同樣影(yǐng)響碳化(huà)反應的(de)進✔️程。
鋼(gang)渣碳化(hua)反應是(shì)一個較(jiào)爲複雜(zá)的化學(xue)反應，影(ying)響因素(su)較多，但(dàn)相對來(lái)說反應(yīng)要求環(huan)境較爲(wei)容易達(dá)到，以上(shang)的研究(jiū)⁉️也爲鋼(gang)渣碳化(hua)制品的(de)工業化(hua)生産與(yu)應用提(tí)供了一(yī)定的數(shu)據基🈚礎(chǔ)。
鋼渣碳(tan)化技術(shù)的應用(yòng)
從上文(wen)可見，已(yǐ)有大量(liàng)學者對(dui)鋼渣碳(tàn)化技術(shù)進行了(le)機理以(yǐ)及水化(huà)時間、外(wài)加劑、溫(wen)度、pH值等(deng)因素對(dui)碳化過(guò)程影響(xiǎng)的試驗(yan)🌈研究，這(zhè)也爲此(ci)項技術(shu)的建材(cái)化應用(yong)提供了(le)㊙️一定的(de)理論基(ji)礎。碳化(hua)後的鋼(gāng)渣制品(pin)強度高(gāo)、性能優(you)良🐪、投入(ru)生産🆚成(chéng)本低、且(qiě)應用途(tu)徑較爲(wei)廣泛，具(ju)有高附(fù)加價值(zhi)。而在碳(tàn)化制品(pǐn)的應用(yong)中，通常(cháng)也會摻(chan)入其他(tā)成分以(yǐ)進一步(bù)提高産(chǎn)品的優(you)良性能(neng)。
依據現(xiàn)有碳化(huà)制度及(jí)條件，史(shǐ)迪以首(shǒu)鋼鋼渣(zhā)爲原♌料(liào)，利用堿(jiǎn)🧡激發與(yu)CO2的協同(tóng)作用制(zhi)成強度(du)較高的(de)鋼渣磚(zhuān)，該學者(zhe)選擇Na2CO3爲(wèi)激發劑(jì)。試驗發(fā)現，當摻(chan)入溶液(ye)👄态Na2CO3時，其(qí)碳化效(xiào)果要好(hǎo)于固态(tài)⚽Na2CO3，這是因(yīn)爲反應(ying)物之間(jian)發生了(le)離子反(fan)應🈲，而固(gù)體物質(zhì)需溶解(jie)後反應(ying)，這🌈就導(dao)緻了固(gu)态的Na2CO3的(de)碳化速(su)率不如(rú)Na2CO3溶液。進(jìn)一步試(shì)⁉️驗發現(xian)，當激發(fa)劑Na2CO3的摻(chān)入量爲(wei)13.12kg/m3時，鋼渣(zhā)碳化磚(zhuan)的抗⛹🏻♀️壓(ya)效果最(zui)好。
除了(le)Na2CO3溶液外(wai)，也可以(yi)以熟石(shi)灰爲激(ji)發劑，當(dang)加入到(dào)鋼渣與(yǔ)熟石灰(hui)質量比(bǐ)爲0.20時，碳(tan)化磚強(qiáng)度達到(dao)最佳值(zhí)，且抗壓(ya)和抗折(shé)強度爲(wei)對比磚(zhuan)(未加熟(shú)石灰)的(de)4～5倍，摻入(ru)激發劑(ji)的碳化(hua)磚🔱在吸(xi)水率、幹(gàn)燥📞收縮(suo)率及安(ān)定性方(fāng)面💁也達(da)到了良(liang)好的指(zhǐ)✊标。
從上(shang)述試驗(yàn)結果可(kě)以看出(chu)，在制備(bèi)鋼渣碳(tàn)化磚的(de)過程中(zhong)，摻入一(yī)定量的(de)激發劑(jì)會使鋼(gāng)渣的碳(tan)化速率(lǜ)以💃🏻及碳(tan)化磚的(de)性能得(dé)到很大(dà)提高，但(dan)激發劑(jì)的🈲用量(liang)需适當(dāng)，如果摻(chan)入🈲量過(guo)多⛹🏻♀️，不僅(jǐn)會造成(chéng)原料的(de)浪費，而(ér)且有些(xie)種類🚩的(de)激發劑(ji)過量使(shi)用還會(huì)減弱鋼(gāng)渣的碳(tan)化效果(guo)。
此外，有(yǒu)研究者(zhe)向鋼渣(zhā)中摻入(ru)砂子和(hé)石子等(děng)原料，經(jīng)碳化📐養(yǎng)🏃🏻♂️護一定(ding)時間後(hou)，制備滲(shen)水路面(miàn)磚，在進(jin)行增重(zhòng)率、透水(shuǐ)系❗數、抗(kàng)壓強度(dù)等實驗(yàn)室測試(shì)後，發現(xian)該滲水(shuǐ)路面磚(zhuan)滲水性(xìng)💚能、安定(ding)性等均(jun1)達到标(biāo)準，同🍉時(shi)以此方(fāng)法得到(dào)的滲水(shui)磚兼具(ju)強度高(gao)、多孔結(jie)構👣吸聲(sheng)減噪、補(bu)✨充地下(xia)水分且(qie)美化城(cheng)市環境(jìng)等優點(diǎn)。
也有學(xué)者基于(yu)此項碳(tan)化技術(shu)，向鋼渣(zhā)中加入(ru)一定🆚量(liang)的膨脹(zhàng)珍珠岩(yán)制備得(de)到牆體(ti)輕質闆(pan)材，強度(dù)高❄️且質(zhi)量輕；摻(chan)入抛光(guang)廢石粉(fen)制備得(de)到人造(zao)大理石(shi)，不僅可(kě)以節省(shěng)原材料(liào)，而且有(you)助于有(you)效解決(jué)空氣中(zhong)粉塵污(wu)染的問(wèn)題；同時(shí)，碳化後(hòu)的鋼渣(zhā)也可以(yi)代替部(bù)分水泥(ni)作爲吸(xī)聲材料(liào)：在吸聲(sheng)材料中(zhōng)摻入30%～50%的(de)碳化鋼(gāng)渣後進(jìn)行吸聲(sheng)性能的(de)測試，結(jié)果表明(ming)，摻入的(de)碳化鋼(gang)渣對材(cai)料的強(qiáng)度和吸(xi)聲✊性能(néng)并無不(bú)利影響(xiang)，而且減(jiǎn)少了部(bu)分水泥(ni)用量，這(zhe)說明⭐鋼(gang)渣碳化(hua)技術的(de)應用不(bu)僅可以(yi)綠色高(gāo)效地利(lì)用固體(tǐ)💞廢棄☂️物(wu)，同時也(yě)達到了(le)節約資(zī)源、降低(dī)生産成(cheng)本的效(xiao)果🐕，實現(xiàn)環境效(xiào)益與經(jīng)濟效益(yi)相統一(yī)。
碳化鋼(gang)渣技術(shù)可以廣(guǎng)泛應用(yong)于建築(zhù)領域，作(zuo)爲主🤞要(yào)原料或(huo)摻入料(liào)生産制(zhì)備鋼渣(zha)水泥、鋼(gang)渣磚、砌(qì)塊、牆體(tǐ)材料、吸(xi)聲材料(liao)等，以上(shang)制品具(ju)有強度(dù)高、安定(dìng)🌏性好、耐(nài)磨損、耐(nài)腐蝕等(deng)優點，但(dàn)🏃由于鋼(gang)渣本身(shen)活性較(jiào)低，即使(shǐ)在最佳(jiā)工藝條(tiáo)件下碳(tàn)化後，仍(reng)🏃♂️有部分(fen)鋼渣碳(tàn)化不完(wán)全，這又(you)降低了(le)鋼渣的(de)利用率(lü)。
展望
目(mù)前，我國(guo)仍爲發(fa)展中國(guó)家，爲解(jiě)決“雙剛(gang)性”矛盾(dùn)，必🌈須要(yào)注重資(zī)源的綜(zōng)合利用(yong)。現階段(duàn)，鋼渣仍(reng)是我國(guó)鋼鐵行(háng)業❓的主(zhu)要固體(tǐ)廢棄物(wù)之一，碳(tàn)化技術(shu)的應用(yong)不僅可(kě)以緩🏃解(jiě)溫室效(xiao)應，還可(kě)以解決(jué)鋼渣大(da)量✂️堆存(cún)、利用率(lǜ)低的問(wen)題，實現(xiàn)資源的(de)綜合利(lì)用與開(kāi)發。但鋼(gang)渣碳化(huà)制品制(zhi)備技術(shu)目前仍(réng)處于實(shí)驗室階(jie)段，所以(yǐ)，爲了這(zhè)一技術(shù)的廣泛(fàn)應用與(yǔ)開發，應(yīng)對✍️以下(xià)幾個方(fang)面進一(yī)步研究(jiū)：
(1)對鋼渣(zha)的物質(zhi)組成和(hé)化學性(xìng)質進行(háng)深入研(yán)究，鋼渣(zha)成分的(de)多🈲變性(xing)将會導(dao)緻化學(xue)反應的(de)不穩定(dìng)性及反(fan)應産物(wù)的多樣(yàng)🐉性，使得(dé)研究結(jie)果具有(you)較大波(bō)✏️動性和(hé)差異性(xìng)。因此，進(jìn)一步探(tan)索鋼渣(zha)成分及(jí)性能💰對(duì)研究碳(tan)👅化機理(li)、揭示反(fan)應規律(lü)具有重(zhong)要意義(yi)。
(2)鋼渣的(de)碳化過(guo)程将會(huì)受到很(hen)多因素(sù)的影響(xiǎng)，雖然㊙️已(yi)經有學(xué)者對影(yǐng)響因素(su)進行了(le)大量的(de)探索與(yǔ)研究，但(dàn)仍缺🐆乏(fá)系統性(xìng)和深入(ru)性，根據(ju)以上綜(zōng)述，溫度(dù)、pH值及水(shuǐ)化程度(dù)三個影(yǐng)⭐響因素(sù)仍作爲(wei)🥰主要研(yan)究對象(xiang)。而且在(zai)碳化反(fǎn)應中，泌(mì)水結團(tuan)現象及(ji)CaCO3殼的形(xing)成🛀阻礙(ai)CO2的擴散(sàn)，從而阻(zǔ)礙反應(yīng)的進行(hang)，以上問(wen)題有待(dài)進一步(bu)研究解(jiě)決。
(3)爲了(le)使鋼渣(zha)碳化制(zhì)品制備(bèi)技術廣(guang)泛應用(yòng)于工業(ye)💰生産♊，我(wǒ)們仍需(xū)開發新(xīn)技術，研(yán)發新設(shè)備，爲鋼(gāng)渣的㊙️碳(tàn)化提供(gòng)穩定👉良(liang)好且投(tou)入低廉(lián)的環境(jing)，使鋼渣(zha)碳化技(jì)術真正(zhèng)從實驗(yan)室🔴階段(duàn)進入到(dào)實際生(sheng)産階段(duan)。使其在(zai)變廢爲(wèi)寶、保護(hù)生态環(huan)境的同(tóng)時實現(xian)利益的(de)最大化(huà)，真正做(zuo)到經濟(ji)、環境和(hé)社會效(xiao)益相統(tǒng)一。
作者(zhě)：魏欣蕾(lěi)、倪文、王(wáng)雪、李克(ke)慶
