1.本发明涉及钢渣基胶凝材料技术领域，尤其是涉及一种碳捕集激发钢渣活性制备的胶凝材料及其方法。
背景技术：
2.钢渣是在炼钢过程中产生的工业废渣，其排放量约为钢产量的15％。大量堆积的钢渣不仅占用大量土地资源，还加重了环境负荷。钢渣富含硅酸二钙(c2s)、硅酸三钙(c3s)等矿物，与水泥熟料组分相近，具有一定的胶凝活性，可以作为水泥和混凝土的高效矿物掺合料。然而，钢渣的生成温度一般在1600℃以上，高于硅酸盐水泥熟料的生成温度1450℃，其矿物结晶致密、晶粒较大，被称为“过烧水泥熟料”，是一种具有在活性的胶凝材料。钢渣的活性问题制约着它的发展与应用，已有研究集中在钢渣的活性激发措施等方面，现有技术对钢渣的碳化进行了部分研究，《激发剂对钢渣碳化率的影响研究》研究表明：磷石膏的内掺掺量为2.5%时,可提升钢渣碳化率,其钢渣粉碳化固结体试件强度最大,且每公斤钢渣混合料（磷石膏掺量为2.5%）在经过碳化反应后可碳化并储存155 g的co2，na2co3掺入量为1%时,其钢渣粉净浆试块在碳化后强度达到最大值65.7 mpa,其强度提升了58.7%，na2so4掺入量为1%时,试件强度为60.3mpa,其强度提升了45.7%。《碳酸化预处理对钢渣-水泥复合胶凝材料体积安定性及水化活性的影响》研究表明：含30%(质量分数)钢渣的水泥砂浆试块3、28 d抗压强度较未掺钢渣水泥砂浆分别降低了43.2%和30.0%,净浆试块经压蒸试验后由于膨胀过大而溃散；co2浓度对钢渣的固碳量有显著的影响，高浓度(体积分数为99.9%)co2进行碳化养护3 min时钢渣固碳量就达到了3.67%。《钢渣基碳化胶凝材料和碳化人造骨料的性能优化及其原理》以磨细转炉钢渣粉为原材料制备干硬性压力成型试块,运用响应面模型分析试块制备过程中的成型压力、水固比以及碳化时间对试块二氧化碳吸收率和抗压强度的影响, 运用造粒成型技术制备钢渣基人造骨料,探究在不同阶段引入加速碳化对骨料性能的影响并揭示其原理。《co2预处理对钢渣安定性和水化活性的影响研究》通过低浓度co2气体对钢渣胶凝材料进行预处理来改善钢渣的体积安定性和水化活性。《碳化钢渣集料制备透水混凝土》研究用碳化集料代替普通集料,制备透水混凝土。并且，专利文献cn101139182a、cn101851071a、cn112110659a、cn103992054a、cn108609882a、cn109608150a、cn112266204a、cn114477948a、cn114890690a、cn115626795a、cn115872650a、cn115872637a等也记载了对钢渣进行碳化处理后进行应用。然而，经过归纳梳理不难发现，现有技术中对钢渣进行碳化主要分为四种技术路径：1.将钢渣粉进行碳化后作为掺合料，2.将钢渣颗粒进行碳化后作为骨料，3.利用钢渣粉和/或钢渣颗粒制备建材制品后进行碳化养护，4.将钢渣粉在粉磨过程中通入二氧化碳进行碳化。然而，上述方式虽然可以对钢渣进行再利用，其主要还是作为掺合料或骨料，并不能完全替代水泥作为胶凝材料，钢渣作为掺合料的活性还是较低，基本处于75-90%活性指数范围，游离氧化钙含量低于0.5%，制约了钢渣的高效利用。
[0003][0004]
针对目前钢铁行业产生的大量钢渣和环保目标要求,研发一种碳捕集激发钢渣活性制备的胶凝材料及其方法, 以促进钢铁行业废渣和工业废气的资源化利用，对循环经济、目标实现具有重要的现实意义。
技术实现要素：
[0005]
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种碳捕集激发钢渣活性制备胶凝材料的方法，以及用该方法制备得到的胶凝材料，通过将大颗粒钢渣在加压环境中湿法捕集工业废气中的二氧化碳并同步激发钢渣胶凝活性后再进行粉磨，充分提高钢渣活性，制备得到的胶凝材料细粉中游离氧化钙含量低于0.1%，力学性能可对标32.5水泥标准，实现钢渣与工业废气的高效回收利用。
[0006]
具体的，本发明碳捕集激发钢渣活性制备胶凝材料的方法，包括如下步骤：1）将钢渣进行筛分，选取0.075-20mm粒径粗钢渣；2）将粗钢渣按一定液固比加入加压碳化装置；3）将含二氧化碳的工业废气充入加压碳化装置；4）加压碳化装置升压，使粗钢渣进行二氧化碳捕集，得激发粗钢渣；5）将激发粗钢渣移出加压碳化装置并脱水干燥，粉磨后得胶凝材料。
[0007]
优选的, 步骤1）粗钢渣粒径为0.075-1mm。
[0008]
优选的，步骤1）粗钢渣粒径为1-5mm。
[0009]
优选的，步骤1）粗钢渣粒径为5-10mm。
[0010]
优选的，步骤1）粗钢渣粒径为10-20mm。
[0011]
优选的，步骤1）粗钢渣粒径为5-20mm。
[0012]
与现有技术不同，本发明直接利用粗钢渣颗粒在加压湿法环境中进行碳捕集后再进行粉磨至胶凝材料粒度范畴，相较于钢渣粉碳化具有更好的钢渣激发和降低游离氧化钙效果。
[0013]
优选的, 步骤2）液固比为0.2-0.6。经试验表明，本发明采用湿法环境更有利于钢渣碳化，吸收液可以采用水，或者采用醇胺、硅酸锂、草酸钠按质量比1:0.5-0.9:0.8-1.5的水溶液，溶液质量浓度为5-8%。研究表明，采用水作为吸收液便可满足粗钢渣颗粒的碳捕集要求，为进一步提高碳捕集效果，本发明通过多次试验证明，利用醇胺、硅酸锂、草酸钠配置的水溶液作为吸收液，可进一步提高胶凝材料的力学性能。
[0014]
优选的, 步骤3）工业废气为燃煤电厂废气、钢铁厂高炉尾气、水泥窑废气的至少一种，或者其它含有二氧化碳的工业废气。
[0015]
优选的, 步骤3）工业废气中二氧化碳浓度为10-100%。
[0016]
优选的, 步骤4）升压过程为梯度升压。更有效的, 梯度升压为升压-稳压-再升压-再稳压，最终压力阈值为0.2-1mpa。不脱离本发明公开实质，本发明可根据粒径钢渣不同和液固比选用阶梯式升压-稳压程序至碳化压力阈值，并在吸收液液面以下通入工业尾气，尾气中co2在吸收液中形成碳酸根，进而对碱性钢渣进行碳化。
[0017]
优选的，粗钢渣进行二氧化碳捕集时间为15-480min。
[0018]
优选的,步骤5）粉磨至粒径小于0.075mm。与水泥具有相当的粒度范围，可以直接
全部或部分替代水泥作为胶凝材料使用。
[0019]
本发明还涉及碳捕集钢渣胶凝材料，具体由本发明所记载的上述方法制备得到。
[0020]
经过本发明制备得到的碳捕集钢渣胶凝材料，利用胶砂进行检测，其力学性能可对标32.5水泥标准，可全部替代水泥制备多种步道砖、砌块、泡沫水泥等，也可以作为混凝土掺合料，活性指数可达到105%，其生产过程完全利用钢铁工业生产废钢渣和废气中二氧化碳作为原料，解决钢渣作为钢铁生产副产品难以资源化合理利用带来的堆存污染环境问题，以及降低工业尾气中二氧化碳排放的温室气体效应问题，1000kg钢渣可固定二氧化碳90-120kg，有效实现了钢铁行业循环经济和目标相结合。
具体实施方式
[0021]
为表征本发明的技术效果，实施例制备碳捕集钢渣胶凝材料，并利用其全部替代水泥进行胶砂试验，配合比为碳捕集钢渣胶凝材料450g，标准砂1350g，水灰比0.4，并进行力学性能进行检测，并按水泥安定性检测方法进行游离氧化钙测试。
[0022]
实施例1碳捕集激发钢渣活性制备胶凝材料的方法，包括如下步骤：1）将钢渣进行筛分，选取1-5mm粒径粗钢渣；2）将粗钢渣按0.5液固比加入加压碳化装置，吸收液采用水；3）将含二氧化碳的燃煤电厂废气充入加压碳化装置；4）加压碳化装置按升压-稳压-再升压-再稳压至0.7mpa过程进行梯度升压，使粗钢渣进行二氧化碳捕集，得激发粗钢渣，二氧化碳捕集时间为360min；5）将激发粗钢渣移出加压碳化装置并脱水干燥，粉磨至粒径小于0.075mm得胶凝材料。
[0023]
经检测，碳化钢渣增重9.2%，胶砂7d抗压强度14.9mpa，7d抗折强度3.2mpa，28d抗压强度33.8mpa，28d抗折强度5.3mpa，游离氧化钙浓度0.08%，6小时压蒸膨胀率0.06%。
[0024]
实施例2碳捕集激发钢渣活性制备胶凝材料的方法，包括如下步骤：1）将钢渣进行筛分，选取5-20mm粒径粗钢渣；2）将粗钢渣按0.5液固比加入加压碳化装置，吸收液采用三乙醇胺、硅酸锂、草酸钠按质量比1:0.8:1的水溶液，溶液质量浓度为8%；3）将含二氧化碳的水泥窑废气充入加压碳化装置；4）加压碳化装置按升压-稳压-再升压-再稳压至0.8mpa过程进行梯度升压，使粗钢渣进行二氧化碳捕集，得激发粗钢渣，二氧化碳捕集时间为300min；5）将激发粗钢渣移出加压碳化装置并脱水干燥，粉磨至粒径小于0.075mm得胶凝材料。
[0025]
经检测，碳化钢渣增重11.2%，胶砂7d抗压强度16.3mpa，7d抗折强度3.5mpa，28d抗压强度38.5mpa，28d抗折强度6.6mpa，游离氧化钙浓度0.06%，6小时压蒸膨胀率0.04%。
[0026]
实施例3利用实施例1碳捕集钢渣胶凝材料按30%比例替代po42.5水泥作为试验例进行胶砂试验，并与完全采用po42.5水泥的胶砂试件进行28d抗压强度对比，水胶比采用0.4，验证
碳捕集钢渣胶凝材料作为掺合料的活性指数。
[0027]
经检测，空白样28d抗压强度为45.7mpa，试验例28d抗压强度为49.2mpa，其活性指数超过105%。
[0028]
对比例1钢渣胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：1）选取1-5mm粒径粗钢渣粉磨至粒径小于0.075mm得钢渣微粉；2）将钢渣微粉按0.5液固比加入加压碳化装置，吸收液采用水；3）将含二氧化碳的燃煤电厂废气充入加压碳化装置；4）加压碳化装置按升压-稳压-再升压-再稳压至0.7mpa过程进行梯度升压，使钢渣微粉进行二氧化碳捕集得碳化钢渣微粉，二氧化碳捕集时间为360min；5）将碳化钢渣微粉移出加压碳化装置并脱水干燥，得胶凝材料。
[0029]
经检测，碳化钢渣增重6.2%，胶砂7d抗压强度8.7mpa，7d抗折强度2.1mpa，28d抗压强度22.4mpa，28d抗折强度3.6mpa，游离氧化钙浓度0.15%，6小时压蒸膨胀率0.13%。
[0030]
对比例2钢渣胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：1）选取1-5mm粒径粗钢渣粉磨至粒径小于0.075mm得钢渣微粉；2）将钢渣微粉加入加压碳化装置；3）将含二氧化碳的燃煤电厂废气充入加压碳化装置；4）加压碳化装置按升压-稳压-再升压-再稳压至0.7mpa过程进行梯度升压，使钢渣微粉进行二氧化碳捕集得碳化钢渣微粉，二氧化碳捕集时间为360min，得胶凝材料。
[0031]
经检测，碳化钢渣增重2.1%，胶砂7d抗压强度3.5mpa，7d抗折强度1.2mpa，28d抗压强度17.6mpa，28d抗折强度1.7mpa，游离氧化钙浓度0.29%，6小时压蒸膨胀率0.22%。
[0032]
对比例3钢渣胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：选取1-5mm粒径粗钢渣粉磨，粉磨过程中通入含二氧化碳的燃煤电厂废气，粉磨至粒径小于0.075mm得钢渣胶凝材料。
[0033]
经检测，碳化钢渣增重1.6%，胶砂7d抗压强度3.3mpa，7d抗折强度1.9mpa，28d抗压强度8.7mpa，28d抗折强度1.5mpa，游离氧化钙浓度0.25%，6小时压蒸膨胀率0.27%。
[0034]
最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。