于寧，吳昊澤

（1. 山東華森建材集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101；2. 山東省水泥質(zhì)監(jiān)站，山東 濟(jì)南 250002）

0 前言

鋼渣是煉鋼工業(yè)中所產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，隨著鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的提高和發(fā)展，大量鋼渣堆積成山。鋼渣成分中含有大量游離氧化鈣和游離氧化鎂，游離氧化鈣和氧化鎂極不穩(wěn)定，造成鋼渣制品的安定性不良，這使得鋼渣的二次利用受到了限制，同時(shí)鋼渣的產(chǎn)量極大，需要占用大量土地，很容易污染環(huán)境[1-2]。碳酸化作為一項(xiàng)利用廢棄物、節(jié)約資源和能源的先進(jìn)技術(shù)，是處理鋼渣的有效方法[3]，不僅能夠固定空氣中的 CO2，緩解溫室效應(yīng)，也可以消耗大量鋼渣，減少對(duì)環(huán)境的污染。碳酸化是指將溫室氣體 CO2以碳酸鹽（如 CaCO3和 MgCO3）的固體形式永久儲(chǔ)存，即 CO2礦物固定[4-6]。本文利用鋼渣、二氧化碳等工業(yè)排放物制備建筑材料。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

本試驗(yàn)所用的鋼渣為濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)的轉(zhuǎn)爐鋼渣，粉磨后顆粒粒徑約為 140～320μm，主要礦物組成為硅酸二鈣、硅酸三鈣、RO 相固溶體及游離氧化鈣。

1.2 方法

首先準(zhǔn)確稱取 300g 試驗(yàn)所用的鋼渣粉兩份，分別倒入攪拌鍋里，再稱取適量激發(fā)劑，分別倒入攪拌鍋里混合均勻，用 JJ-5 水泥膠砂攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，結(jié)束后倒入尺寸 40mm×40mm×90mm 長(zhǎng)方體試模中，用 TW-30 型電動(dòng)壓片機(jī)壓制成型，恒壓在 3MPa 的壓力下保持 1 分鐘，按照規(guī)范脫模后稱量其一試樣的質(zhì)量（記為m1）。將其試樣放入反應(yīng)釜中，用單一的 CO2氣體，分別在 0.20MPa，0.30MPa 及 0.40MPa 的氣壓下分三階段進(jìn)行碳酸化[7-8]，每個(gè)階段 1h，共碳酸化 3h，稱量碳酸化后試樣的質(zhì)量（記為 m2），用 SEM-EDS 和 XRD 法對(duì)試樣的微觀結(jié)構(gòu)、碳酸化產(chǎn)物進(jìn)行分析及性能測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 XRD分析

用日本理學(xué) RF-300EGM2 進(jìn)行 XRD 分析，圖 1 為鋼渣未碳酸化及鋼渣經(jīng)過(guò)碳酸化的 XRD 曲線。從圖 1可以看出，衍射峰明顯增強(qiáng)的位置發(fā)生了變化，經(jīng)過(guò)碳酸化后碳酸鈣衍射峰明顯，原先的 Ca(OH)2和 CaO 衍射峰基本看不到，說(shuō)明反應(yīng)釜中的 CO2與鋼渣試樣中的Ca(OH)2和 CaO 發(fā)生了一系列化學(xué)反應(yīng)生成了 CaCO3；部分礦物的衍射峰基本沒(méi)有變化如：C2S、C3S，說(shuō)明它們沒(méi)有發(fā)生碳酸化反應(yīng)。

圖 1 碳酸化前后鋼渣試樣的XRD曲線

2.2 安定性分析

在實(shí)際應(yīng)用中，鋼渣不能被充分利用的一個(gè)主要原因，是鋼渣中含有大量的游離的氧化鈣和氧化鎂，導(dǎo)致鋼渣的安定性不良，碳酸化鋼渣的最終目的也是消除游離的氧化鈣和氧化鎂。為了檢測(cè)鋼渣試樣的安全性，在壓蒸溫度為 25～210℃、時(shí)間 1～3h、壓力為 2.5MPa的條件下，進(jìn)行壓蒸安全性試驗(yàn)，圖 2 為壓蒸安定性測(cè)試結(jié)果照片。

圖 2 壓蒸安定性測(cè)試結(jié)果照片

圖 2(a) 看到的是未碳酸化鋼渣制品壓蒸前的外觀，與碳酸化鋼渣制品的外觀沒(méi)什么區(qū)別。在壓蒸過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)壓蒸溫度為 25～100℃、壓力為 0.3MPa、時(shí)間為 1h 時(shí)，未碳酸化鋼渣制品有非常明顯的裂紋；當(dāng)溫度升至 210℃、壓力為 2.5MPa、壓蒸 3h 時(shí)，未碳酸化鋼渣完全粉碎（圖 2(b)），而經(jīng)過(guò)了碳酸化的鋼渣制品在該條件下，只是表面略微泛白，其外形完好沒(méi)有破碎并有一定的強(qiáng)度（圖 2(c)）。用甘油乙醇法對(duì)未碳酸化鋼渣及已碳酸化鋼渣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：未碳酸化鋼渣中游離氧化鈣的含量 W=4.75%～5.23%；而碳酸化鋼渣中的游離氧化鈣和游離氧化鎂的含量分別為 0.81% 和 0.25%。說(shuō)明，加速碳酸化可以較好地解決游離氧化鈣和游離氧化鎂水化過(guò)慢的問(wèn)題，從而解決因膨脹而導(dǎo)致的鋼渣制品安定性不良的問(wèn)題。

3 結(jié)論

（1）鋼渣制品經(jīng)過(guò)碳酸化后空隙率降低、結(jié)構(gòu)變得更加致密，同時(shí)表面及內(nèi)部會(huì)生成大量碳酸鈣顆粒。

（2）碳酸化鋼渣制品強(qiáng)度的影響因素很多，除了鋼渣自身的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)還有物理機(jī)械作用、顆粒表面的交換和團(tuán)料化作用、水化作用、碳酸化作用及填隙作用等方面。

（3）解決鋼渣安定性不良的難題主要是消除游離氧化物的存在，而碳酸化壓蒸可以很好的把游離氧化物轉(zhuǎn)變成碳酸鹽。