钢渣及电石渣与废弃混凝土固化储存CO_2基本参数研究.pdf
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1、文 章编号 :1 0 0 7 0 4 6 X( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 3 0 3 实验研究 钢渣及电石渣与废弃混凝土固化储存C O2 基本参数研究 S t u d y o f t h e B a s i c P a r a me t e r s 摘要 关 键词 o f C O s S e q u e s t r a t i o n b y S t e e l S l a g , C a r b i d e S l a g a n d Wa s t e C o n c r e t e 吴昊泽, 丁亮,潘正昭 ,常钧 ,等 ( 济南大学 先进建筑材料教育部重点实验 室,山东 济南 2
2、 5 0 0 2 2 ) 对钢渣 、电石渣 、废 弃混凝 土等 固体废 弃物碳 酸化 固化储存 温 室气体二 氧化碳 ( CO, )进行研 究。 实验从 固体废 弃物颗 粒 粒径 、水分添 加量等 因素 ,考察碳 酸化 固化储存 二氧化 碳 ( CO, ) 的效果 ,并利 用 XRD、F TI R 和 S E M 对反应机 理 进 行分析 。结 果表明 ,固体废 弃物颗 粒粒径 越 小,二氧化 碳 ( CO, )固化 效率越 高 。水 分添加 量过低 或过 高均不利 于碳 酸 化 反应 的进 行 ,适 宜的 水分 添加 量 为 4 k g k g 。XRD 和 FT I R 分 析表 明 ,
3、固体 废 弃物 中的 大量 的 CH、硅 酸三 钙 ( C S) 和 氧 化钙 ( C a O )转 化为碳 酸 钙 ( Ca CO ),以达到 固化储 存二 氧化碳 ( CO )的效 果。S E M 实验结 果表 明 , 经碳 酸化 处理后 固体废 弃物颗 粒表 面生成颗 粒状 的晶体 物质 。电石渣 ,钢渣 及废 弃混凝 土对二氧 化碳 ( CO, )固化效率 分 别为 8 1 , 7 6 和 4 9 ;每千 克 电石渣 ,钢渣及 废弃 混凝土分 别可 以固化 二 氧化碳 ( C O, )气体 O 0 9 4 k g , 0 0 8 8 k g 及O 0 57 k g。 固体废 弃物 ;二
4、氧 化碳 ;碳 酸化 ; 固化储 存 中图 分 类号 :X7 0 5 文 献 标识 码 :A Ab s t r a c t : T h e S e q u e s t r a t i o n o f CO2 b y c a r b o n a t i n g s o l i d wa s t e( i n c l u d e s t e e l s l a g , c a r b i d e s l a g a n d wa s t e c o n c r e t e ) wa s I n v e s t i g a t e d T h e i n f l u e n c e f a c t
5、o r s ( i e p a r t i c l e s i z e o f s o l i d wa s t e a n d mo i s t u r e c o n t e n t )a n d e f f e c t o f a c c e l e r a t e d c a r b o n a t i o n we r e e v a l u a t e d I n a d d i t i o n , t h e ma j o r mi n e r a l c h a n g e s i n s o l i d wa s t e a f t e r c a r b o n a t i
6、 o n we r e i n v e s t i g a t e d b y XRD、F TI R a n d S EM I t s h o ws t h a t s ma l l e r pa r t i c l e s i z e o f s o l i d wa s t e l e a d e d t o h i g h e r c a r bo na t i o n e f f ec t a nd mo r e CO s e qu e s t r a t i o n M u c h l o we r o r h i g h e r moi s t u r e c o nt e nt
7、h a d d i s a dv a nt a ge e f f e c t on CO2 s e q ue s t r a t i o n ,a nd t he o pt i mu m wa s 4 kg k g Th e XRD a nd FTI R a n a l y s e s i nd i c a t e d t ha t CH、 C3 S a n d Ca O i n s oi l d wa s t e c o ul d c ha n ge i n t o Ca CO3 t o s e qu e s t r a t e CO2 a n d a gg r e ga t e o f d
8、 o g l i ke c r ys t a l s o n t h e s u r f a ce o f c a r b o na t e d s pe c i m e n s c a n be o bs e r ve d b y SEM Th e e ffi ci e nc y o f CO2 s t o r a ge b y s t e e l s l a g, c a r b i d e s l a g a n d wa s t e c o nc r e t e we r e 8 1 ,7 6 a nd 49 ;a n d 0 09 4 kg ,0 08 8 k g a nd 0 0
9、57 k g CO2 c ou l d b e s eq u es t r a t e d by s t e el s l a g,c a r bi d e s l a g a n d wa s t e c o nc r e t e pe r k i l o g r a m Ke y wor ds :So l i d wa s t e; Ca r bo n di ox i d e;Ac c e l e r a t e d c a r bo n a t i o n; Se qu e s t r a t i o n 0前 言 近年来世界二氧化碳 ( C 0 2 ) 排放量逐年上升,因而 导致空气中
10、二氧化碳 ( C O ) 浓度过高和温室效应日趋明 显。预测表明 ,到2 0 2 5 年前后,我国的二氧化碳 ( C O ) 排放量将超过美国而居世界第 1 位。由此而产生的环境影 响不容忽视。在此背景下,二氧化碳 ( C O )的减排、回 收、固定及利用问题已成为全球关注的 “ 热点” 。 根据 2 0 0 7年我国环境状况公报 ,工业固体废物产生 量达 1 7 5 7 6 7 万 t ,排放量为 1 1 9 7万t ,大量的固体废弃 物的堆放侵占土地,污染土壤、空气和水体,影响环境卫 生。 将温室气体二氧化碳 ( C O )以碳酸盐的固体形式永 久储存,即二氧化碳 ( C O : ) 矿物
11、碳酸化固定,是减少大 气中二氧化碳 ( C O ) 含量,缓解温室效应的一种全新方 法 。L a c k n e r K S等人对此进行 了深人的研究 。 ,然而 利用自然矿物固化二氧化碳 ( C O : ) 是对自然资源的浪费。 本课题利用固体废弃物替代 自然矿物固化储存二氧化碳 ( C O : ),考察固体废弃物固化储存二氧化碳 ( C O )的效 果,分析碳酸化反应机理。 1 材料与方法 1 1实验材料 原材料:钢渣,取自济南钢铁集团;电石渣,取自济 南北园板桥乙炔气厂;废弃混凝土,取自 济南某建筑工地, 原材料化学成分见表 1 ;二氧化碳 ( C O : )气体,浓度 9 9 9 ,济
12、南德阳特种气体厂生产。 基金项目:国家自 然科学基金 ( 5 0 8 7 2 0 4 3 );山东省自然科学基金 ( Q 2 0 0 8 F 0 4 );济南市科学技术发展计划重大专项 ( 2 0 0 8 0 8 0 0 8 ) 6 2 0 1 0 粉煤灰 3 表 l 原材料化学成分 W , 材料 C a 0 S iO 2 A t 2 O 3 F e 2 O 3 Mg O F e O P 2 05 S O 3 L O S S 1 2 实验方 法 1 2 1二氧化碳 ( C O : )固化效果的评价 S h a o 等人提出理论上矿物固化二氧化碳 ( c 0 : ) 的最 大质量为: Mm a
13、x( k g)=0 7 8 5 C a O ( k g)+ 1 0 9Mg O ( k g )+ 1 4 2 Na z O( k g)+ 0 9 3 5 K。 0( k g) 【 1) Z h o u 等人指出碳酸化过程中,二氧化碳 ( C O : )的 实际消耗质量 : m ( k g ) =i 1 - ( k g ) 一m o ( k g ) ( 2 ) 式中 m 。 ( k g )为碳酸化反应前碳化釜 ( 包括其中的蒸馏 水和固体废弃物 )的质量,I n ( k g ) 为碳酸化反应后的 质量。因此,二氧化碳 ( C O )的固化效率的数学表达式为: 二氧化碳 ( C O )固化效率:
14、( r :(m ( k g ) Mm a x( k g )1 0 0 , ( 3 ) 应用式 ( 3 ) 评价二氧化碳 ( C O )固化储存效果。 每千克固体废弃物固化二氧化碳 ( C O ) 气体质量: m ( k g k g ) =m ( k g ) m ( k g ) ( 4) 式中I n ( k g ) 为用于参加碳酸化反应的固体废弃物质量。 1 2 2固体废弃物颗粒粒径实验 实验将原材料颗粒粒径定为3 8 7 5 m、 7 5 1 1 8 i n 、 1 8 1 5 0 m、1 5 0 2 3 6 m 和 2 3 6 3 0 0 i n , 取 3 种 固体废弃物各 5 0 g分别
15、装入碳化釜 ( 如图 1 )中,按 4 k g k g的比例加入蒸馏水,通入压力 0 6 5 MP a的二氧化 碳 f C O ) 5 m i n ,确保排出所有空气,然后关闭气阀,进 行碳酸化反应。反应 6 h后制得的相应样品为 D l D 5 。 调节器0o C O : 计量器 _一 碳 酸 饱 和 r 蒸 压器 I 阀门 热电温度计 压力传感器 一 1 2 3水分添加量实验 实验将水分添加量定为 ( 蒸馏水侗 体废弃物,质量 比 ) 2 k g k g ,4 k g k g ,6 k g k g ,1 0 k g k g ,取粒径 7 5 1 l 8 仙m的 3种固体废弃物各 5 0 g
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- 关 键 词:
- 钢渣 电石 废弃 混凝土 固化 储存 CO_2 基本参数 研究
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