一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法

技术领域

本发明涉及大宗固废资源化处理的技术领域，尤其是涉及一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法。

背景技术

钢渣是伴随炼钢过程中排放的一种固体废弃物，约占粗钢产量10~15%。据统计，2022年中国的粗钢产量达到10.13亿t，占全球粗钢产量的55.3%左右。每生产1t钢排放约2.03tCO

钢渣的碳酸化程度主要受钢渣化学组成、矿物组成和碳酸化工艺的影响，纯钢渣的CO

授权公告号为CN110282925B的中国专利公开了一种碳化钢渣人工多孔骨料及其制备方法。该方法采用钢渣粉、硅酸盐水泥、砖粉和粉煤灰中的至少一种混合加水成球得到球状钢渣骨料，通过将预养护后的球状钢渣骨料放入碳化釜中进行碳化，得到碳化钢渣人工多孔骨料。该方法采用多种碱性（胶凝）材料制备出了高强度碳化钢渣人工多孔骨料，尽管低碳环保，但是没有从本质上解决单一钢渣粉材料CO

授权公告号为CN112266204B的中国专利公开了一种增强二氧化碳养护效果的全钢渣砌块及其制备方法。该方法通过钢渣粉和水混合物压制成砌块后直接进行常温常压二氧化碳养护8~12h，即得到增强二氧化碳养护效果的高强度全钢渣砌块。此方法虽然增强了钢渣砌块的二氧化碳养护效果，但是养护时间长，制备出的钢渣情况应用有限。

授权公告号为CN115448628B的中国专利公开了一种碳化多孔钢渣骨料及其制备方法。该方法采用钢渣粉、快硬硫铝水泥、电石渣的湿润混合物造粒得到圆柱状钢渣骨料，进一步通过碳化箱中碳化得到碳化多孔钢渣骨料。该方法解决了钢渣安定性不良问题，提升了钢渣骨料的强度性能。然而原材料采用多种碱性矿物材料，二氧化碳养护时间较长，没有从根本上解决单一钢渣的碳化率低的问题。

公开号为CN116573910A的中国专利公开了一种高强度碳化钢渣胶凝材料及制备方法。该方法采用提升剂柠檬酸（或者柠檬酸按与H

公开号为CN116395731A的中国专利公开了一种利用工业固废固定CO

公开号为CN116712843A的中国专利公开了一种钢渣渗滤液吸收固定CO

公开号为CN116715491A的中国专利公开了一种钢渣基固碳材料及其制备方法和应用。该发明利用钢渣制备固碳材料，通过转炉钢渣微粉、粒化高炉矿渣微粉、赤泥微粉、脱硫石油焦渣微粉、电解锰渣微粉和煤矸石微粉混合物配方并调控不同制备原料的粒径大小，实现了钢渣的资源化利用和较高的碳化深度。该方法采用电解锰渣微粉提升固碳性能，没有从本质上解决单一组分钢渣封存率低的难题，并且二氧化碳养护时间较长，所需要的碳化条件（包括压力、湿度、浓度等参数）较为苛刻。

公开号为CN116477861A的中国专利公开了一种对碳化钢渣浆体中生成CaCO3晶型调控的方法。该方法通过向陈化处理后的钢渣浆液进行升温处理，向钢渣浆液加入晶型控制剂（氯化钙、氯化镁、氧化镁、氢氧化镁、硝酸镁、聚乙二醇中的至少一种）并通入CO

公开号为CN116813217A的中国专利公开了一种调控碳化钢渣中碳酸盐产物的方法。该方法通过将钢渣细颗粒和表面活性剂（三乙醇胺、异丙醇、丙二醇、硬脂酸、油酸盐类、六偏磷酸钠、硬脂酸钠、马来酸醉衍生物中的任意两种的组合）混合后粉磨的钢渣微粉、水、预先吸附有CO

授权公告号为CN116874204B的中国专利公开了一种碳捕集激发钢渣活性制备的胶凝材料及其方法。该方法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，制备得到胶凝材料细粉。该发明在钢渣颗粒碳补集过程中需要梯级反复变化压力，并且需要粉磨，因此操作步骤较为繁琐，并且钢渣封存率低。

根据上述，现有技术虽然在一定程度上钢渣提升对CO

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，其采用适当的提高二氧化碳封存方法，其试验条件简便，不需要特定的压力容器和高浓度CO

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，在水中，于醇胺类化合物作用下，钢渣粉和二氧化碳发生碳化反应，反应结束后经后处理，得到封存二氧化碳的钢渣粉。

进一步地，所述醇胺类化合物为N-甲基二乙醇胺、三乙醇胺、单乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇异丙醇胺、2-基-2-甲基-丙醇和哌嗪中的一种或几种的组合物。

进一步地，所述钢渣粉为比表面积300~600m

更进一步地，所述钢渣粉为比表面积350~560m

进一步地，所述方法包括以下步骤，

S1在水中加入占水总质量10~40%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量0.80~5.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；

S2在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为0.5~3.0L/min、二氧化碳浓度为20~99%，反应时间为20~60min，得到反应液；

S3去除反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉。

更进一步地，在所述S1中，水、钢渣粉和醇胺类化合物的质量比为100：20~30：1.50~5.00。

更进一步地，在所述S2中，搅拌加热的加热温度为20~40℃、搅拌转速为500~1000r/min、加热功率为30~50W。

更进一步地，在所述S2中，二氧化碳气体的流速为0.5~3.0L/min。

更进一步地，在所述S2中，所述钢渣混合液和二氧化碳气体的质量体积比为330~426g：10~180L。

更进一步地，在所述S3中，烘干的温度为60~105℃。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.本发明采用适当的提高二氧化碳封存方法，试验条件简便，不需要特定的压力容器和高浓度CO

2.大幅度提高钢渣粉CO

3.制备出的碳化钢渣粉为纳米级颗粒；

4.无需掺入其他碱性矿物掺合料，从本质上解决单一钢渣粉CO

5.采用无压的常规仪器，无需压制成型砌块，低能耗、高效率地制备出安定性良好的提高二氧化碳封存率的钢渣粉，操作极其简单，造价极其低廉。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的封存二氧化碳的钢渣粉的SEM图。

图2是本发明实施例13的封存二氧化碳的钢渣粉的CO

图3是本发明实施例13的封存二氧化碳的钢渣粉的热重分析图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。

实施例1：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量20%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量3.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积350m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在30°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为500r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为2.0L/min、二氧化碳浓度为99%，反应时间为60min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉。

根据下式（1）计算，经测试，单一钢渣粉在碳化后经扫描电子显微镜和热重测试，钢渣粉的二氧化碳封存率达到16.6%，且参照图1，得到纳米尺度的封存二氧化碳的钢渣粉，并解决钢渣粉安定性不良的问题。

（1）

式中，m

实施例2：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量30%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量1.50%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积400m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在20°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为800r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为2.5L/min、二氧化碳浓度为80%，反应时间为20min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到15.2%。

实施例3：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量25%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量5.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积460m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在40°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为800r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为2.0L/min、二氧化碳浓度为60%，反应时间为40min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到16.9%。

实施例4：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量20%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量3.50%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积480m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在40°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为600r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为2.0L/min、二氧化碳浓度为99%，反应时间为60min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到22.0%。

实施例5：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量30%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量4.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积500m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在20°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为900r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为3.0L/min、二氧化碳浓度为30%，反应时间为60min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到17.1%。

实施例6：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量25%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量3.50%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积560m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在40°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为600r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为2.0L/min、二氧化碳浓度为20%，反应时间为40min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到16.3%。

实施例7：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量20%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量3.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积350m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在30°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为500r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为0.5L/min、二氧化碳浓度为99%，反应时间为60min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到16.6%。

实施例8：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量20%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量3.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积350m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在30°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为500r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为2.0L/min、二氧化碳浓度为99%，反应时间为60min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到18.5%。

实施例9：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量20%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量3.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积350m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在30°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为500r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为2.0L/min、二氧化碳浓度为99%，反应时间为60min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到19.1%。

实施例10：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量20%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量3.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积350m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在30°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为500r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为2.0L/min、二氧化碳浓度为99%，反应时间为60min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到16.3%。

实施例11：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量20%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量3.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积350m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在30°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为500r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为2.0L/min、二氧化碳浓度为99%，反应时间为60min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到17.1%。

实施例12：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量20%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量3.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积350m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在30°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为500r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为2.0L/min、二氧化碳浓度为99%，反应时间为60min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到16.8%。

实施例13：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，包括以下步骤，

S1先在500mL烧杯中加入300g自来水，再加入占水总质量20%的钢渣粉、以及占钢渣粉总质量3.00%的醇胺类化合物，得到钢渣混合液；其中，钢渣粉为比表面积350m

S2先将S1得到的带有钢渣混合液的烧杯置于磁力搅拌器（湖南前沿科技有限公司，光合DF-101S）上，并在30°C下水浴搅拌加热，搅拌转速为500r/min，加热功率为40W，再在搅拌加热条件下，向钢渣混合液中通入二氧化碳气体进行碳化反应，二氧化碳气体的流速为2.0L/min、二氧化碳浓度为99%，反应时间为60min，得到反应液；

S3去除S2得到的反应液的上层清液后，将剩余的下层反应液在105℃下烘干，得到封存二氧化碳的钢渣粉，钢渣粉的二氧化碳封存率达到16.4%。

实施例14：为本发明公开的一种提高钢渣粉二氧化碳封存率的方法，与实施例1的不同之处在于，研究不同0~5.0wt%催化剂掺量（醇胺类化合物和钢渣粉的质量比）对二氧化碳封存率及其热重量分析，结果如图2和图3所示。

从图2中可以看出，与不掺加催化剂的钢渣粉相比，加入外加剂能够显著提升钢渣粉的二氧化碳封存率。

从图3中可以看出，500℃-900℃处的曲线出现明显的质量下降台阶，表明碳化钢渣粉内的碳酸盐矿物分解。加入外加剂后500~900℃处的曲线质量下降更加明显，表明外加剂显著提升了钢渣粉的二氧化碳封存率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。