[01275482]利用钢渣和造纸污泥吸收工业废气制备建材制品的方法与设备

一.任务来源

本课题是在济南市科技计划重大专项的支持下实施，经过课题组的刻苦攻关，完成了利用钢渣和造纸污泥吸收工业废气制备建筑材料的工艺技术研究。同时，在济南翔迅环保科技有限公司和新泰市天盾矿山机械有限公司的协助下，完成了钢渣碳化制备建材制品的专用设备。

二. 应用领域和技术原理

利用工业废弃物钢渣吸收废气中二氧化碳制备系列建筑材料制品的成套技术可向国内外钢铁企业进行推广，带动钢铁企业的环保利废产业进一步发展。为国家钢铁企业钢渣综合利用和温室气体减排做出重要贡献。技术原理是将钢渣和造纸污泥等工业废弃物以一定的比例配合，经成型制成建筑砌块、板材或者混凝土骨料等坯体。放置于碳化反应釜内，通入工业废气，使废气中二氧化钛与钢渣中游离氧化钙、氢氧化钙、水化硅酸钙和硅酸钙等矿物发生碳化反应，生成碳酸盐，产生强度。

首先将预先成型的钢渣制品坯体放置在轨道上的小车，小车进入反应釜在干燥仓与热风进行热交换，使钢渣品坯体的水分干燥至最佳碳化含水量，然后小车穿越气幕进入碳化反应仓，经充分碳化产生足够强度后出釜。

三. 性能指标

1. 利用自制碳化装置在实验室碳化制备了钢渣砖、钢渣污泥板材、骨料等性能优良的碳化钢渣制品;

2．利用自行设计的碳化反应装置在济钢石灰窑尾和华泰集团热电厂安装了碳化反应中试设备，小批量生产了碳化钢渣砖，经山东省建筑材料质量检验站检测，达到一级;

3. 在实验室和工业化中试的基础上，设计开发了适宜于规模化批量生产的碳化钢渣制备建材制皮的成套专用设备。

四. 与国内同类技术比较

利用矿物碳化吸收二氧化碳温室气体的研究已经有了几十年的历史，但主要集中在天然矿物和废弃物加速碳化吸收二氧化碳，减少温室气体的排放。1974年美国的J.F. Young， R.L. Berger和 J. Breese等人研究了通过碳化养护硅酸盐水泥获得强度并储存二氧化碳的机理。2004年，美国迈克尔·麦凯尔维和安德鲁斯·奇梅什亚用廉价且容易获得的蛇纹岩和橄榄石作为供给料，通过化学反应把二氧化碳变成了碳酸镁。为了使“矿石碳化”反应能够进行，二氧化碳需要和供给料一起被压缩并加热。

2005年，加拿大麦吉尔大学Yixin Shao教授研究了碳化养护硅酸盐水泥制备混凝土制品和木纤维水泥板，碳化率达到30％以上，碳化混凝土制品在2小时内便获得了较高的强度。该方法不仅储存了二氧化碳气体，而且同时利用碳化反应制备出了建材制品。

本技术拟通过碳化钢渣制备建筑材料，同时又可以吸收二氧化碳废气。实验发现，通过特定的试验条件，使钢渣中的f-CaO和f-MgO与二氧化碳发生化学反应，改变结构组成，生成新的矿相结构，能制备出性能良好的建筑材料。

本课题已经进行了系统的前期理论研究工作，当前实验室阶段已经取得了较为系统的实验数据。碳化钢渣制品各方面指标良好，并掌握了一定的技术参数，为后期的研发工作打下了良好的基础。已在合作单位形成了中试设备和生产线，在石灰窑生产线窑尾，完成安装尾气收集、除尘、压缩系统，同时安装了钢渣碳化中试设备，并初步进行了碳化钢渣砖工业化中试工作。

其主要目的是对实验室技术参数进行验证，通过中试数据，探索工业化生产的技术参数，工业化中试产品的各方面性能指标达到相关产品国家标准要求。

五. 成果的创造性、先进性

本项目利用工业废弃物钢渣吸收温室气体二氧化碳制备建材制品，具有节能减排、利废环保的特点。

（1）首次利用工业废弃物钢渣吸收废气中二氧化碳制备系列建筑材料制品。

（2）自主设计制造适用于碳化钢渣制备建筑材料的专用设备。

（3）建立碳化产物组织结构与制品性能的调控机制。具有自主知识产权。

六. 作用意义

（1）有效大量利用钢渣，解决钢渣体积安定性不良的难题。

（2）大量吸收二氧化碳工业废气，减少温室气体排放。

（3）利用钢渣吸收二氧化碳工业废气制备出以碳酸盐和硫酸盐为主要成分的优质钢渣建筑材料。

七. 推广应用前景

本设备是为利用钢铁企业炼钢过程中产生的钢渣和企业排放的二氧化碳废气生产建筑材料制品而设计，属于节能、减排、利用、环保和新材料技术，符合国家产业政策支持范围。

利用钢渣吸收二氧化碳制备建筑材料符合国家节能减排、利废环保，以及墙体材料改革的要求，且碳化钢渣制品成本低廉，性能良好，具有很强的市场竞争力。因此，本设备的开发具有广泛的推广价值。

我国每年排放钢渣约7000万吨，能有效利用的比例不足10%，大量钢渣在企业周边堆存占用了大量土地资源，环境污染严重，企业面临严重的环保压力，钢渣问题亟待解决;堆存钢渣和二氧化碳排放等污染问题将严重制约企业的发展同时，钢铁、化工、建材和电力企业每年排放大量的二氧化碳温室气体。

节能减排是企业发展的硬性指标，利用本技术可以有效地解决上述难题，同时利用钢渣吸收二氧化碳制备的建材制品成本低廉，可取代粘土和水泥制品，与同类产品相比可节约成本1/2以上。

该项目利用工业废弃物钢渣吸收废气中二氧化碳制备系列建筑材料制品的关键技术可向国内外钢铁企业进行推广，带动钢铁企业的环保利废产业进一步发展。为国家钢铁企业钢渣综合利用和温室气体减排做出重要贡献。

同时，国家墙体材料改革需要淘汰粘土砖，国家关停了几乎所有的粘土砖生产企业。碳化钢渣砖是非常理想的替代产品，而且由于其原材料都是废弃物，生产过程不需要能源消耗，因此生产成本低，市场竞争力大，碳化钢渣砖有着良好的市场前景。