碳酸化鋼渣混合造紙污泥制備建材制品機(jī)理研究.pdf

1、鋼渣和造紙污泥是工業(yè)化生產(chǎn)的固體廢棄產(chǎn)物,二者的大量堆置不僅污染環(huán)境還會(huì)危害人類的身體健康。碳酸化養(yǎng)護(hù)鋼渣混合造紙污泥制備建材制品是一項(xiàng)利廢環(huán)保的先進(jìn)技術(shù),不僅可以解決二者產(chǎn)生的污染問題,還可以緩解溫室效應(yīng),創(chuàng)造一定經(jīng)濟(jì)效益。采用材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)分析鋼渣混合造紙污泥碳酸化試樣的礦物組成、物理化學(xué)變化、微觀形貌、水化速率與活性、f-CaO含量以及碳酸化程度等性能;采用偶氮氯膦Ⅲ分光光度法分析純鋼渣以及鋼渣摻加造紙污泥試樣的Ca2+浸析

2、規(guī)律。碳酸化實(shí)驗(yàn)初步確定了適宜的碳酸化條件：造紙污泥摻量為20％,碳酸化水浴溫度60℃,蒸餾水摻量為17％,保證鋼渣摻加造紙污泥試樣壓蒸安定性合格的碳酸化時(shí)間需大于120 min。碳酸化反應(yīng)可以激發(fā)鋼渣的早期水化活性,碳酸化鋼渣在120 h內(nèi)的累積水化放熱量為未碳酸化鋼渣的1.5倍;碳酸化鋼渣的水化放熱速率在3 h內(nèi)快速增大,隨著水化時(shí)間的延長(zhǎng),碳酸化鋼渣和未碳酸化鋼渣的水化放熱速率逐漸降低并趨于一致。碳酸化之前一定的水化時(shí)間(＜24

3、h)有益于鋼渣的碳酸化反應(yīng)。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴鋼渣中Ca2+的浸析規(guī)律：①未碳酸化鋼渣浸析0～120 min內(nèi)Ca2+濃度由240.79μg/ml迅速升至802.83μg/ml;浸析120 min后Ca2+濃度變化趨于緩慢。浸析時(shí)間在0～480 min內(nèi)時(shí),Ca2+的浸析速率由4815.79μg/min迅速降至116.81μg/min;當(dāng)浸析時(shí)間超過480 min時(shí),Ca2+浸析速率變化基本趨于穩(wěn)定。②當(dāng)碳酸化3～18

4、0 min時(shí),鋼渣中的Ca2+濃度由102.31μg/ml降至44.97μg/ml,Ca2+浸析速率由1.14μg/min降為0.50μg/min。③隨著造紙污泥摻量的逐漸增多,鋼渣摻加造紙污泥試樣中的Ca2+浸析濃度、Ca2+浸析速率均呈現(xiàn)先升高后逐漸下降的趨勢(shì)。④當(dāng)摻加20％造紙污泥,試樣顆粒粒徑范圍在0.074 mm～0.154mm時(shí),Ca2+浸析規(guī)律反映的碳酸化效果最好。
　　 ⑵鋼渣碳酸化動(dòng)力學(xué)模型的建立：①金斯特林格

5、方程Fk(α)=2.06×10-5t+7.80×10-6在碳酸化前期(0～60min)可以比較準(zhǔn)確的說明碳酸化增重率和碳酸化時(shí)間的關(guān)系。②楊德爾方程F'J(α)純鋼渣=4.787×10-4Int+7.1763×10-4能夠比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)純鋼渣塊狀試樣碳酸化增重率和碳酸化時(shí)間之間的關(guān)系,且方程在碳酸化的全過程吻合性都較好。③楊德爾方程F'J(α)鋼渣摻加造紙污泥=6.5487×10-4Int-0.00157,能夠比較準(zhǔn)確的描述鋼渣摻加造紙

6、污泥塊狀試樣碳酸化增重率和碳酸化時(shí)間之間的關(guān)系,方程在碳酸化快速反應(yīng)階段和反應(yīng)速率降低的中后期都是比較吻合的。
　　 ⑶鋼渣中Ca2+浸析模型的建立：縮核模型G(α)=0.0165+3.38×10-4t能夠合理的描述Ca2+離子從鋼渣顆粒中浸析出的快速反應(yīng)階段;由于0～120 min內(nèi)Ca2+從鋼渣顆粒中浸析出的速率大于此時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的碳酸化反應(yīng)速率,所以碳酸化過程的化學(xué)反應(yīng)過程為碳酸化前期的控制步驟。
　　 ⑷碳酸化熱

7、力學(xué)參數(shù)的計(jì)算：①通過鋼渣的碳酸化熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算得出鋼渣中主要礦物碳酸化反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的順序?yàn)?C3A＞C3S＞CaO＞MgO＞C2S,綜合f-CaO、碳酸化增重率和CO2的溶解等多方面考慮,最終確定60℃為適宜的碳酸化溫度。②改變CO2分壓對(duì)碳酸化反應(yīng)趨勢(shì)的影響:改變碳酸化前期的CO2分壓時(shí),0.15 Mpa～0.4 Mpa為適宜的碳酸化分壓變化階段;改變碳酸化后期的CO2分壓時(shí),0.1 Mpa～0.4 Mpa為適宜的碳酸化分壓變化階段