一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法

1.本发明涉及工业固废制备固碳综合利用技术领域，尤其涉及一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法。


背景技术：

2.搅拌站数量日益增加，国家对搅拌站绿色生产的要求也越来越高，生产混凝土过程中产生的废浆污染问题亟待解决。混凝土生产过程、混凝土运输车辆、场地清洗过程会产生较多的废水废浆及固体废弃物，这些含有碱性物质的废浆及大量的固体废弃物直接排放，会严重污染周围水资源、土壤资源，甚至堵塞附近市政管网，对居民正常生活产生一定程度影响。
3.废浆中主要含有水、未水化的水泥颗粒、残留的矿物掺合料和外加剂等，ph可达12以上，其中含有丰富的钙离子。将废浆回收利用于混凝土生产中，能够节约大量水资源和原材料，保护搅拌站周边环境不被污染，实现企业可持续发展要求，降低企业生产成本，同时实现环境与生态保护功能。
4.公开号为cn114702270a的中国发明专利申请公开了一种利用混凝土废水制备混凝土的方法，主要特点是将混凝土废水的滤液进行脱附处理得到拌制回用水制作混凝土，虽然改善了混凝土的抗渗性能，但制备过程中向其中添加的纳米材料与改性粉煤灰成本过高，且废水中依然含有钙镁等离子，会对水泥水化造成影响，使混凝土强度产生损失。
5.公开号为cn113620630b的中国发明专利申请公开了一种用生活垃圾焚烧炉渣制备建筑集料的方法，主要特点是用生活垃圾焚烧炉渣、搅拌站混凝土废水和温室气体co2制备建筑集料。尽管利用废弃物特有的物理和化学性质，通过改性处理制备出新型建筑集料，但该集料的固碳率不高，早期强度不理想，无法做到二氧化碳减排最大化。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法。该方法一方面将废浆废水应用在湿磨固碳过程中有效提高co2转化率，另一方面作为水泥晶核早强剂作用于混凝土制备中，促进混凝土水化、增强混凝土强度。
7.本发明的一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法，该方法包括以下步骤：
8.步骤1、将100份商业混凝土搅拌站废浆与450份商混废水混合稀释，获得低固含废浆废水浆料a。
9.步骤2、取步骤1中120-200份浆料a与50-100份研磨体、10-20份晶型调控剂混合后湿磨。湿磨过程中向立式搅拌磨中通入浓度为10％～15％、气速1.3-2.3kg/h的co2进行碳化反应。通过水冷装置控制温度，直至浆体ph＝7.3～7.6时，停止通入co2，继续湿磨0.5h-1h，去除研磨体，得到所需早强浆料b。
10.步骤3、取步骤2中100-165份浆料b、120-200份水泥、60-100份粉煤灰、450-900份细骨料放入搅拌机中低速搅拌2min～4min，高速搅拌2min～4min；得到混合砂浆。
11.步骤4、将步骤3中得到的混合砂浆放入成型模具中压制成型。
12.步骤5、将步骤4中得到的砂浆试块放在恒温恒湿养护室中养护，得到早期高强砂浆。
13.优选的，所述步骤1中商业混凝土搅拌站废浆固水重量比为0.5～0.6，废浆中钙质量值占35-40％。
14.优选的，所述步骤2中，所述研磨体为氧化锆研磨体，直径特征：0.8mm：0.5mm：0.2mm的质量比为2：4：4。
15.优选的，所述步骤2中所述ph＝7.3～7.6时化学作用反应方程式ca(oh)2+co2＝caco3↓
+h2o，若ph＜7时，稳定的caco3将会与co2和h2o继续反应，生成可溶性ca(hco3)2。
16.优选的，所述步骤2中继续湿磨0.5h-1h的目的：抑制电石渣碳酸化反应后的体积变大问题，控制生成的纳米碳酸钙颗粒粒径范围。
17.优选的，所述步骤2中水冷装置为水循环装置，水冷控制碳化温度在20
±
2℃。
18.优选的，所述步骤2中的晶型调控剂为5％～10％浓度氨水。
19.优选的，所述步骤2中浆料b为固碳型纳米碳酸钙，中值粒径d50＝30nm-100nm。
20.优选的，所述步骤3的细骨料为粒径为0.08-5mm的尾砂矿。
21.优选的，所述步骤5中养护温度20
±
2℃，湿度为90％。
22.上述制得的早强浆料b用于制备水泥晶核早强剂。
23.本发明方法机理如下：
24.废浆与废水中含有钙离子。湿法研磨过程中，能够使浆液与co2接触面积增大，提升钙离子活性，进而提高其溶出率。湿法研磨过程中的剧烈机械作用力有效超细化碳酸钙颗粒。
25.在固碳后消除废水碱性，相比于直接使用碱性的废水，利用中性的废水制备水泥基材料，可消除其对水泥基材料工作性能的负面影响，增强其流动性，使得废水运用于混凝土制备的目的得以实现。
26.通过废浆与废水中的钙离子，在晶型调控剂与控制温度作用下，固碳制备出高纯度的球霰型碳酸钙。使得形成的碳酸盐微晶对水泥基材料的水化产生影响，进而提高混凝土强度。
27.尾砂矿的主要脉石矿物为sio2，可作为硅质材料运用于水泥基材料制作，有效改善了制品水化产物分布的均匀性，提高制品的性能。
28.本发明具有如下优点：
29.利用湿法研磨工艺将碳酸钙颗粒始终保持至纳米粒径，制备工艺简单、操作方便以及颗粒范围可控，适合工业化大规模生产；
30.利用湿法研磨产生的机械作用力分散纳米碳酸钙颗粒，使得纳米碳酸钙颗粒分散均匀，充分与溶液中的碳酸钙离子反应，提高固碳效率；
31.利用商混站废浆废水一体化固碳制备出的纳微米晶核添加剂，制作工艺方便，可有效代替水泥基材料制备过程中所需的外加剂；
32.制备的水泥基砂浆早期性能优异，为商业混凝土搅拌站废浆废水一体化的co2矿
化提供了很好的应用途径。
具体实施方式
33.实施例1
34.(1)将100份商业混凝土搅拌站废浆与450份商混废水混合稀释，获得低固含废浆废水浆料a。
35.(2)将120份浆料，加入10份晶型调控剂，50份直径为0.8mm：0.5mm：0.2mm，质量比为2：4：4氧化锆研磨体混合置于立式搅拌磨中以转速700r/min，研磨2h；湿磨的过程中向立式搅拌磨中通入浓度为10％，气速为1.2kg/h二氧化碳气体进行碳化反应。直至浆体ph＝7.3时，停止通入co2，继续湿磨0.5h，去除研磨体，得到浆体。浆体中的纳米碳酸钙中值粒径、碳转化率、碳转化效率见表1。
36.(3)取步骤2中100份浆料、120份水泥、60份粉煤灰、450份细骨料放入搅拌机中低速搅拌2min，高速搅拌2min；得到混合砂浆。
37.(4)将步骤3中得到的混合砂浆放入成型模具中压制成型。
38.(5)将步骤4中得到的砂浆试块放在恒温恒湿养护室中养护，得到早期高强砂浆。抗压强度见表1。
39.实施例2
40.(1)将100份商业混凝土搅拌站废浆与450份商混废水混合稀释，获得低固含废浆废水浆料a。
41.(2)将160份浆料，加入15份晶型调控剂，75份直径为0.8mm：0.5mm：0.2mm，质量比为2：4：4氧化锆研磨体混合置于立式搅拌磨中以转速700r/min，研磨2h；湿磨的过程中向立式搅拌磨中通入浓度为10％，气速为1.7kg/h二氧化碳气体进行碳化反应。直至浆体ph＝7.3时，停止通入co2，继续湿磨0.5h，去除研磨体，得到浆体。浆体中的纳米碳酸钙中值粒径、碳转化率、碳转化效率见表1。
42.(3)取步骤2中130份浆料、160份水泥、80份粉煤灰、675份细骨料放入搅拌机中低速搅拌2min，高速搅拌2min；得到混合砂浆。
43.(4)将步骤3中得到的混合砂浆放入成型模具中压制成型。
44.(5)将步骤4中得到的砂浆试块放在恒温恒湿养护室中养护，得到早期高强砂浆。抗压强度见表1。
45.实施例3
46.(1)将100份商业混凝土搅拌站废浆与450份商混废水混合稀释，获得低固含废浆废水浆料a。
47.(2)将200份浆料，加入20份晶型调控剂，100份直径为0.8mm：0.5mm：0.2mm，质量比为2：4：4氧化锆研磨体混合置于立式搅拌磨中以转速700r/min，研磨2h；湿磨的过程中向立式搅拌磨中通入浓度为10％，气速为2.3kg/h二氧化碳气体进行碳化反应。直至浆体ph＝7.3时，停止通入co2，继续湿磨0.5h，去除研磨体，得到浆体。浆体中的纳米碳酸钙中值粒径、碳转化率、碳转化效率见表1。
48.(3)取步骤2中165份浆料、200份水泥、100份粉煤灰、900份细骨料放入搅拌机中低速搅拌2min，高速搅拌2min；得到混合砂浆。
49.(4)将步骤3中得到的混合砂浆放入成型模具中压制成型。
50.(5)将步骤4中得到的砂浆试块放在恒温恒湿养护室中养护，得到早期高强砂浆。抗压强度见表1。
51.对比例1
52.将40份废浆与160份废水混合，通入10％浓度，气速为1.3kg/h二氧化碳气体进行碳化反应。直至浆体ph＝7.3时，得到浆体，取所得100份浆料、120份水泥、60份粉煤灰、450份细骨料放入搅拌机中低速搅拌2min，高速搅拌2min；得到混合砂浆。将混合砂浆放入成型模具中压制成型，得到的砂浆试块放在恒温恒湿养护室中养护，得到早期高强砂浆，养护温度为20℃，湿度为90％。养护时间为1d，得到混凝土。中值粒径、碳转化率、碳转化效率、抗压强度见表1。
53.对比例2
54.将60份废浆与240份废水混合，通入10％浓度，气速为2.3kg/h二氧化碳气体进行碳化反应。直至浆体ph＝7.3时，得到浆体，取所得165份浆料、200份水泥、100份粉煤灰、900份细骨料放入搅拌机中低速搅拌2min，高速搅拌2min；得到混合砂浆。将混合砂浆放入成型模具中压制成型，得到的砂浆试块放在恒温恒湿养护室中养护，得到早期高强砂浆，养护温度为20℃，湿度为90％。养护时间为1d，得到混凝土。中值粒径、碳转化率、碳转化效率、抗压强度见表1。
55.表1纳米碳酸钙中值粒径、碳转化率、碳转化效率、抗压强度
[0056][0057]
从表1可知，随着颗粒粒径的细化，碳转化率也随之增加。钙的转化率达到直接泡滤法的5倍左右。钙的转化率越高，co2的碳转化效率就越高。碳转化率分别提升了400％、360％、300％。利用湿法研磨工艺超细超活化球霰石型碳酸钙颗粒，使其大幅度提升固碳率、碳转化率。将所得浆料以外加剂的形式加入到砂浆制备中，从砂浆的早期抗压强度数值表可以看出，碳转化率越高，砌块强度越高，利用湿法研磨工艺超细超活化球霰石型碳酸钙颗粒具有更好的活性，加快水泥水化，对混凝土赋予了很大的强度，在混凝土内部起到了早强剂的作用。
[0058]
本发明对混凝土废浆废水一体化的处置提供了新思路，在处置过程中有效提高固碳效率，得到新型的晶核添加剂，绿色环保，对矿化产物提供了很好的应用场景。具有广泛的应用前景。

技术特征：
1.一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将100份商业混凝土搅拌站废浆与450份商混废水混合稀释，获得低固含废浆废水浆料a；步骤2、取步骤1中120-200份浆料a与50-100份研磨体、10-20份晶型调控剂混合后湿磨，湿磨过程中向立式搅拌磨中通入浓度为10％～15％、气速1.3-2.3kg/h的co2进行碳化反应，通过水冷装置控制温度，直至浆体ph＝7.3～7.6时，停止通入co2，继续湿磨0.5h-1h，去除研磨体，得到所需早强浆料b；步骤3、取步骤2中100-165份浆料b、120-200份水泥、60-100份粉煤灰、450-900份细骨料放入搅拌机中低速搅拌2min～4min，高速搅拌2min～4min；得到混合砂浆；步骤4、将步骤3中得到的混合砂浆放入成型模具中压制成型；步骤5、将步骤4中得到的砂浆试块放在恒温恒湿养护室中养护，得到早期高强砂浆。2.如权利要求书1所述的一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法，其特征在于：所述商业混凝土搅拌站废浆固水重量比为0.5～0.6，废浆中钙质量值占35-40％。3.如权利要求书1所述的一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法，其特征在于：所述研磨体为氧化锆研磨体，直径特征：0.8mm：0.5mm：0.2mm的质量比为2：4：4。4.如权利要求书1所述的一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法，其特征在于：所述步骤2中，当ph＝7.3～7.6时化学作用反应方程式ca(oh)2+co2＝caco3↓
+h2o，当ph＜7时，稳定的caco3将会与co2和h2o继续反应，生成可溶性ca(hco3)2。5.如权利要求书1所述的一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法，其特征在于：继续湿磨0.5h-1h能控制生成的纳米碳酸钙颗粒粒径范围。6.如权利要求书1所述的一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法，其特征在于：所述步骤2中水冷装置为水循环装置，水冷控制碳化温度在20
±
2℃。7.如权利要求书1所述的一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法，其特征在于：所述步骤2中的晶型调控剂为5％～10％浓度氨水。8.如权利要求书1所述的一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法，其特征在于：所述步骤2中浆料b中纳米碳酸钙颗粒的中值粒径d50＝30nm-100nm。9.如权利要求书1所述的一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法，其特征在于：所述步骤3中的细骨料为粒径为0.08-5mm的尾砂矿。10.如权利要求书1所述的一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法，其特征在于：所述步骤5中养护温度20
±
2℃，湿度为90％。

技术总结
本发明提供了一种利用商混站废浆废水一体化固碳制备纳微米晶核添加剂的方法：取商业混凝土搅拌站废浆与废水，利用商混废水对废浆进行稀释，获得低固含废浆废水浆料。将废浆废水浆料、研磨体、晶型调控剂混合后湿磨并通入CO2，通过水冷装置控制浆料温度，得到纳微米级球霰石型碳酸钙碳化晶核浆料。将称好的100-165份浆料、120-200份水泥、60-100份粉煤灰、450-900份细骨料放入搅拌机中搅拌4min，将搅匀后的原料压制成型，在恒温恒湿养护室中养护，得到早期高强砂浆。本发明成本低廉、能耗低，制备出的砂浆具有早期高强的性能优点，为商混废浆废水提供了一种新型高效的CO2矿化利用方法。用方法。


技术研发人员：杨进 卢思宇 贺行洋 苏英 金子豪 戚华辉 李文财 陈睿
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/7/12