一种碳化砖的制备方法及碳化砖

本发明涉及工业废料的优化利用的，具体涉及一种以石灰基(电石渣)材料为主的负碳排放砖的制备方法(carbide slag-calcined phosphogypsum-fly ash-brick，简称ccfb)及其制备方法，属于建筑材料。

背景技术：

1、电石渣主要是在氯碱工业的生产过程中产生的工业废料。经适当处理的电石渣可能含有有害物质，如重金属和氯化物。如果这些有害物质进入土壤或水体，可能会导致环境污染，对生态系统造成损害。但由于电石渣中包含有一定数量的氢氧化钠和氢氧化钙，这些化学品具有潜在的价值。

2、粉煤灰为煤炭发电副产品。随着环境保护形势越来越严峻，碳排放越来越受到重视，燃烧煤炭发电在许多国家受到质疑，大量的粉煤灰会带重大的环境污染、堆积储存以及处理问题。

3、现已有研究将电石渣和粉煤灰应用于水泥基材料和水泥熟料生成之中，但由于工艺和领域的限制，仍然未能抵消这些废料产生的量，亟待开发新的消耗这些废料的方法、途径和用途。

4、磷石膏是磷酸肥料制造的副产品，其产生导致了大量的废弃物排放。这些废渣通常需要进行处理和处置，否则可能对生态系统和水资源造成污染。众所周知，适量的石膏能够促进水化。但磷元素会延缓水泥早期水化，因此磷石膏有被用作缓凝剂。

5、公开号cn 116514476 a发明了一种高碳化纯度、高强度的钢渣碳化砖及其制备方法，该发明采用钢渣、激发剂以及无机胶粘剂等制备，为对钢渣堆积处理提供了方案。但由于钢渣自身碳化性能较差，需要采取各种激发剂和胶粘剂等制备，导致了较为繁琐的制备流程以及更多的不可控因素。

6、公开号cn 113929394 b公布了一种赤泥基碳化砖及其制备方法，该发明通过碳化胶凝材料、赤泥、石硝、水、矿物掺合料、水泥混合均匀随后压实成型。此发明利用了赤泥的高碱性减少二氧化碳排放。但该原材料中仍需掺入普通硅酸盐水泥来提升性能，无法真正的实现负碳排放的目的。

7、公开号cn 111875332 b提供了一种利用湿磨电石渣制备碳化砖的方法，该发明采用湿磨电石渣、石膏以及矿渣充当胶凝材料制备碳化砖，未提供磷石膏和粉煤灰这些工业废渣的利用方案。同时，该发明为了提前增加氢氧化钙含量，采用湿磨预制备电石渣浆体，缺点是要与加水混合，所以一次能球磨的电石渣量有限，对工业化大量生产具有一定的阻碍。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种碳化砖的的制备方法，采用工业固体废弃物电石渣、磷石膏以及粉煤灰为主要原材料，在保证碳化砖的力学性能和耐久性的同时，解决工业固体废弃物电石渣、磷石膏以及粉煤灰的大量堆积、利用率低以及环境污染等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种碳化砖的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1：称取胶凝材料和硅质颗粒骨料；

5、按重量份数分别称取胶凝材料：

6、电石渣50-90份；

7、煅烧磷石膏2-10份；

8、粉煤灰8-40份；

9、并按照所述胶凝材料总质量的1.5-2.5倍称取硅质颗粒骨料；

10、步骤2：将电石渣、煅烧磷石膏、粉煤灰以及硅质颗粒骨料混合搅拌均匀，得到干料，混合搅拌时间为60-120s；

11、步骤3：按照所述胶凝材料总质量的0.2-0.5倍称取水，将水和干料充分混合均匀，并压制成型；

12、步骤4：将成型脱模后的试件放入微波养护装置中进行4小时的微波养护，微波养护中的输出功率为440w，第一次微波辐射5分钟，然后关闭辐射30分钟，随后第二次辐射20分钟；然后关闭辐射养护3小时5分钟；然后关闭辐射养护3小时5分钟。

13、步骤5：将微波养护后的试件放入恒温恒湿的碳化室中进行碳化养护，碳化室中的二氧化碳的浓度为15-35％，养护温度为15-45℃，碳化养护湿度为50-70％，碳化养护时间为1-7天。

14、优选地，步骤3中，水和干料的混合方式为先慢速以60r/min搅拌60-120s，再快速以125r/min搅拌60-120s。

15、优选地，步骤3中，压制成型包括，将搅拌均匀的混合料放入成型模具中，以500n/s的下压速率压制，并保压30-90s，解除压力后静置60分钟后脱模成型。

16、优选地，所述电石渣通过球磨机以500rpm的速度研磨30-60min，并达到20μm以下，所述电石渣中的氢氧化钙含量在40％-70％。

17、优选地，所述煅烧磷石膏通过对磷石膏以500rpm的速度研磨10-30min，并且达到20μm以下，并在500-900℃下煅烧30-90min得到，所述磷石膏组成为无水石膏、半水石膏、二水石膏中的一种或多种。

18、优选地，所述粉煤灰通过球磨机以500rpm的速度研磨10-30min，并且达到20μm以下，所述粉煤灰中sio2含量在15％-55％，al2o3含量在5％-20％。

19、优选地，所述硅质颗粒骨料包括标准砂、铁尾矿、河砂、沉积砂、尾矿砂、建筑垃圾制成的砂中的一种或者多种。

20、优选地，步骤4中，二氧化碳体积百分数为20％，养护湿度为65％，养护温度为25％。

21、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4中，碳化室内养护气体二氧化碳来源于工厂生成时所排放的富含二氧化碳的废气。

22、一种基于前述任一方法制成的碳化砖。

23、与现有技术相比，本发明的反应原理和技术效果如下：

24、(1)电石渣作为氢氧化钙源以提供碱性环境，其中大量的氢氧化钙能很好的提供火山灰反应，并且氢氧化钙能与粉煤灰中的si相和al相产生火山灰反应生成更加致密和稳定的水化铝硅酸钙(c(a)sh)。除此之外，电石渣提供的高碱性环境能促进磷石膏中的硫酸钙与粉煤灰中的si相和al相反应生成钙矾石。

25、(2)采用微波预养护的方法，微波固化微波增强加热，由于其优越的穿透深度，能够减少加热的非均匀性。微波能量被极性分子和偶极子的振动衰减，分子之间产生的摩擦在整个混凝土中迅速产生热量，促进了c-s-h相的无序化，可以加速早期的水化反应，增加水化产物与可碳化物质，提高对二氧化碳的吸收，为水泥提供长期的机械强度。微波固化使c-s-h晶体更小、断裂、取向更随机。晶型小，比表面积大，增大与二氧化碳的接触面积，提升碳化速率。

26、(3)煅烧磷石膏在500-800℃下进行煅烧30-90min，能很好的消除磷等杂质对早期水化的延缓作用，从而能够将磷石膏与石膏进行替换，扩大对工业废弃废渣的优化利用范围，解决磷石膏大量堆积难处理所带来的环境问题。

27、(4)本发明的碳化砖制备方法在二氧化碳环境下养护生成碳酸钙形成早期强度，并实现二氧化碳固化，缓解温室效应；同时胶凝材料全部采用工业废弃废渣回收，降低制备成本，提供新型的负碳排放建筑材料，在土木建筑、水利、交通运输、国防等工程领域都有应用价值。

28、(5)本发明的方法极大的缩短了制备周期，提升生产效率，适用于多种工业应用和建筑领域。