鋼(gāng)渣碳化技術研究進展(zhǎn)

鋼(gāng)渣是(shì)煉鋼過程(chéng)中産生的工業(yè)固體廢物(wù)，近10年(nián)我國累計鋼渣排放量(liàng)達到了(le)7億t，但綜合(hé)利用(yòng)率較低，僅有20%左(zuǒ)右，而國外發達國家(jiā)已超過90%。大(dà)量堆存的鋼渣(zhā)不僅(jǐn)會侵占土(tǔ)地，浪(làng)費資源，如果排入水中還(hái)可能(néng)會造(zào)成河流淤塞，周邊土(tǔ)壤堿化，其(qí)中的(de)有害物(wù)質(zhì)還會(huì)爲人(rén)類(lèi)及其生存環(huán)境帶來嚴重危害。

全球氣(qì)候變暖是全球(qiú)氣候變化的核(hé)心熱點問題，化石燃料燃燒産(chǎn)生大(dà)量的co2導緻(zhì)溫室效應的發(fā)生，随着(zhe)人(rén)類工(gōng)農業活動的不(bú)斷進行，co2的排放(fàng)量也逐年增加(jiā)，2017年，全球碳排放(fàng)增長(zhǎng)了1.6%。這不僅(jǐn)會威脅(xié)我們的(de)身心(xīn)健(jiàn)康，也會(huì)對(duì)人(rén)類(lèi)的生存(cún)環境帶(dài)來嚴重危害。

鋼渣碳化(huà)技術是将鋼渣置于co2氣體環境中，在一定(dìng)溫度(dù)濕度及(jí)壓力條件下進(jìn)行(háng)碳化(huà)，co2将會(huì)以(yǐ)礦物吸(xī)收形式固(gù)定儲(chǔ)存，因此鋼渣碳(tàn)化技術(shù)不僅能固化大量的co2，還(hái)能實現二(èr)次資(zī)源的有(yǒu)效利用(yòng)，并由此制(zhì)備的(de)磚、瓦(wǎ)等建築材(cái)料具有(yǒu)強度高、價格低廉、穩定(dìng)性好的優點。在(zài)鋼渣發生碳化(huà)作用的(de)同時(shí)，新(xīn)物相(xiàng)的生成具(jù)有把體(tǐ)系内的物質(zhì)結在一起(qǐ)的(de)作用，因(yīn)而可(kě)以制備(bèi)出性能(néng)較好(hǎo)的(de)鋼(gāng)渣碳化制品。

研(yán)究者針對此項技術進行(háng)了大量的(de)研究(jiū)：鋼渣(zhā)種類(lèi)、粒度(dù)不同(tóng)，碳化(huà)能力(lì)不盡相同(tóng)；碳化過程的環(huán)境條件不同，所(suǒ)得碳(tàn)化(huà)鋼渣制品的(de)強度(dù)也不(bú)同，其(qí)中溫(wēn)度、ph值及水(shuǐ)化程度成(chéng)爲主(zhǔ)要(yào)研究對(duì)象。适(shì)宜的環(huán)境(jìng)，可以極大(dà)促進(jìn)反應的發(fā)生，使(shǐ)得碳(tàn)化後的鋼(gāng)渣性能更(gèng)加優越，從而更好(hǎo)實(shí)現固(gù)體廢(fèi)物資(zī)源化。本(běn)文主要(yào)針對以上研究内容(róng)進行總結(jié)歸納，并針對現(xiàn)階段(duàn)碳化反應(yīng)影響(xiǎng)因(yīn)素的研(yán)究進展提出展望及有待(dài)解決的問(wèn)題(tí)。

鋼渣的(de)基本(běn)性質(zhì)

目前，我國(guó)大部(bù)分鋼(gāng)渣爲(wèi)轉爐渣，在發達國(guó)家電爐(lú)鋼渣占據(jù)主導地位，現階段大(dà)多數研(yán)究(jiū)者主要以(yǐ)轉爐鋼渣(zhā)爲研究對象。鋼(gāng)渣的(de)化學組成(chéng)主要(yào)有(yǒu)cao(34%～48%)、fe2o3(7%～12%)、sio2(9%～15%)、mgo(2.5%～10%)、al2o3(0.9%～2.8%)，同時還有少量(liàng)mno、tio2等氧化(huà)物，這(zhè)樣氧化物主要(yào)以c2s、c3s、ca2fe2o5、Ｒo相(xiàng)及f－cao等(děng)礦物(wù)相(xiàng)形式存(cún)在于(yú)鋼渣中。鋼(gāng)渣中大量的cao、mgo等(děng)堿性(xìng)氧(yǎng)化物能(néng)夠有(yǒu)效的固定co2，爲固碳技術的(de)實現提供(gòng)了物(wù)質條件(jiàn)。

按照鋼渣的堿度(dù)大小，可分(fèn)爲低(dī)堿度(dù)鋼渣(zhā)(Ｒ＜1.80)、中堿度鋼(gāng)渣(Ｒ=1.8～2.50)和高堿度鋼(gāng)渣(Ｒ＞2.50)，其堿(jiǎn)度(dù)Ｒ主要(yào)由cao與sio2和p2o5含量和(hé)的比值求(qiú)得，即(jí)Ｒ=cao/(sio2+p2o5)。鋼渣(zhā)堿度不同(tóng)，顔色不同(tóng)，其礦(kuàng)物組(zǔ)成也不盡(jìn)相同。

鋼渣碳化研究進展

3.1 碳化(huà)機理研究

3.1.1 熱力(lì)學分析(xī)

在(zài)co2及一(yī)定濕度養(yǎng)護下(xià)，鋼渣(zhā)中(zhōng)的化學成分主要發生(shēng)下列反應(yīng)：

鋼渣(zhā)碳化的吉(jí)布斯自由能(néng)爲負值(zhí)，即是(shì)一個(gè)自發(fā)進行(háng)的過程，隻(zhī)要提(tí)供适宜的環境條(tiáo)件，這個(gè)反應(yīng)就會自行(háng)發生(shēng)，常鈞、塗茂(mào)霞等的(de)試驗結(jié)論中均(jun1)證明(míng)了(le)此觀點。

塗茂霞等采(cǎi)用(yòng)熱力學(xué)hsc軟件對鋼(gāng)渣碳(tàn)化(huà)過(guò)程進(jìn)行熱(rè)力學模拟(nǐ)計算，結果(guǒ)發現(xiàn)，以上(shàng)各化學反(fǎn)應在(zài)700k以下自由能Δg均(jun1)爲負值(zhí)，說(shuō)明鋼渣碳(tàn)化反應在(zài)一般條(tiáo)件(jiàn)下可(kě)自發進行；常鈞等利用焓變等熱力(lì)學數據和(hé)Δh=∑hp–∑hr、Δgt=∑gtp－∑gtr(下角p，r分别表示(shì)産物和反(fǎn)應物(wù))計算公(gōng)式(shì)，計算(suàn)反應的自由能Δg，所得(dé)結果(guǒ)爲負(fù)值，同樣證實了(le)在一定(dìng)條件下鋼渣(zhā)的碳化反(fǎn)應可(kě)以自(zì)行發(fā)生。

以(yǐ)上(shàng)的熱力(lì)學分析及計算(suàn)，共同(tóng)說明了鋼(gāng)渣碳化反應在(zài)理論(lùn)上的(de)可行(háng)性與自發(fā)性，爲(wèi)探索(suǒ)反應規(guī)律和機理(lǐ)奠定了(le)重要的(de)理(lǐ)論基礎。

3.1.2 物(wù)相(xiàng)分(fèn)析

鋼(gāng)渣主(zhǔ)要由c2s、c3s、c2f、ca(oh)2、(mg，fe)2sio4、f－cao和Ｒo相(xiàng)組成。常鈞等、bopang等采用xＲd對碳化前(qián)後的鋼渣(zhā)進行(háng)物相分析(xī)，從分(fèn)析結果可(kě)以看(kàn)出，鋼(gāng)渣碳化前(qián)後c2s和(hé)c3s衍射峰的(de)強度明顯弱化(huà)，ca(oh)2和f－cao的衍射(shè)峰基(jī)本(běn)消(xiāo)失，并且出(chū)現了明顯的caco3及(jí)sio2衍射(shè)峰；梁(liáng)曉傑進行能譜分析(xī)發現，在碳化前(qián)後(hòu)Ｒo相及c2f的衍射(shè)峰的(de)強度基本(běn)無明顯變(biàn)化，這(zhè)說明組成中的(de)Ｒo相及(jí)c2f基本不發生碳化反應；房(fáng)延鳳等(děng)通過簡單分析(xī)發現β－c2s碳化所得caco3含量爲(wèi)18.1%較低(dī)于熱重測(cè)試結果(guǒ)，猜(cāi)測在500～800℃範圍内失重(zhòng)的(de)是caco3且有少(shǎo)量結(jié)晶水(shuǐ)蒸發。

綜上所述，鋼渣碳化(huà)過程中發生反(fǎn)應的主要化學(xué)成分(fèn)爲c2s、c3s、ca(oh)2和(hé)cao，他們(men)均與co2反(fǎn)應生成(chéng)caco3，且Ｒo相及c2f基本不(bú)參(cān)與反應，這可(kě)能是因爲c2s、c3s等(děng)化(huà)合物先發生了(le)水化(huà)反應生成(chéng)相應氫氧化物後(hòu)繼續與co2反應(yīng)生成(chéng)caco3和sio2，而(ér)Ｒo相中的金(jīn)屬氧化物(wù)反應活(huó)性低，基(jī)本不(bú)發生水化(huà)反應(yīng)，則無(wú)法參與碳化反應。鋼渣的(de)化學(xué)組成(chéng)中含(hán)ca化(huà)合物将(jiāng)作爲研究(jiū)的重點，這些物(wù)質的(de)化學反應行爲極大影響着鋼(gāng)渣的碳(tàn)化(huà)規律(lǜ)、特點，以(yǐ)及(jí)碳化(huà)所需(xū)最佳(jiā)條件(jiàn)。

3.1.3 熱重分析

利用(yòng)熱重(zhòng)分析儀可(kě)以得到待測樣(yàng)品随(suí)溫度(dù)變化(huà)關系，以(yǐ)研究待(dài)測物質的(de)組分(fèn)及熱(rè)穩定性。

梁(liáng)曉傑對鋼渣碳化前(qián)後進行了(le)熱重分析，得到它們(men)的(de)tg－dtg曲線，經計算确定(dìng)生成(chéng)物爲(wèi)caco3。bopang等熱重分(fèn)析結(jié)果表明：鋼渣(zhā)中ca(oh)2幾(jǐ)乎碳化(huà)完全，生成(chéng)産(chǎn)物(wù)爲caco3，同(tóng)時産物caco3因(yīn)其有較(jiào)高(gāo)的活(huó)性而被吸附，這(zhè)就導緻了相反(fǎn)的結(jié)果：caco3的吸附阻礙了ca(oh)2與co2的化學反(fǎn)應(yīng)速(sù)率。他(tā)們同(tóng)樣(yàng)證實了(le)鋼渣碳(tàn)化産物(wù)爲caco3，且(qiě)在(zài)反應(yīng)過程中(zhōng)固(gù)體(tǐ)顆粒(lì)的吸(xī)附(fù)常(cháng)會導(dǎo)緻化(huà)學反(fǎn)應速(sù)率的減慢(màn)。

以上(shàng)證明鋼(gāng)渣(zhā)中的(de)c2s、c3s發生水(shuǐ)化反應(yīng)生成(chéng)

ca(oh)2，随(suí)之(zhī)f－cao、ca(oh)2與co2發(fā)生碳化反(fǎn)應生(shēng)成caco3顆(kē)粒。顆粒狀(zhuàng)的caco3可以填充内(nèi)部空隙，使(shǐ)體系(xì)内部排(pái)列(liè)更加(jiā)緊湊，提高(gāo)鋼渣(zhā)試塊的力學性能，可(kě)在(zài)一(yī)定程(chéng)度上提高(gāo)鋼渣制品的強度和穩定(dìng)性；但(dàn)由此(cǐ)生成的caco3殼又部(bù)分包裹與(yǔ)未(wèi)反應物質外側，阻(zǔ)止了co2的(de)擴(kuò)散及(jí)進一(yī)步反應過(guò)程。

3.2 碳(tàn)化反應的(de)影響(xiǎng)因素研究

除了(le)反應物性(xìng)質會影響碳化(huà)效果(guǒ)外，壓(yā)力、溫度、ph值等環境因(yīn)素也會影(yǐng)響着(zhe)反應的進行。經(jīng)大量(liàng)研(yán)究者研(yán)究發(fā)現(xiàn)，在碳化(huà)反應中，ph值、碳化(huà)時間(jiān)及(jí)成型壓(yā)力爲主要的影響因素(sù)，也(yě)有研(yán)究者對水(shuǐ)化過(guò)程及外加(jiā)劑等(děng)進行了相關試驗。

3.2.1 加(jiā)水量及水化時間(jiān)

梁曉傑(jié)對不(bú)同加水量下的鋼渣(zhā)碳化(huà)效果進行(háng)了研究，結果表明當(dāng)加水(shuǐ)量w水=3%～19%時，鋼(gāng)渣碳化質量增(zēng)加率(lǜ)不斷(duàn)提高(gāo)，碳化效果(guǒ)增加：當w水(shuǐ)=19%，碳(tàn)化效果(guǒ)最好，但(dàn)w水超過(guò)19%一直到21%，碳化質量(liàng)曲(qǔ)線出現明(míng)顯下降，這是因爲出現了(le)泌水(shuǐ)結團(tuán)現象，積聚(jù)的水分(fèn)将鋼渣(zhā)包裹(guǒ)，不(bú)利于反(fǎn)應的進行(háng)，而且外層反應(yīng)生成的caco3顆粒阻礙了(le)鋼渣的進一步(bù)碳化。

鋼渣碳化(huà)前先發生(shēng)水(shuǐ)化(huà)，而水化時(shí)間的不同也會影響(xiǎng)碳化的效果：這(zhè)可能是(shì)因爲在(zài)水化初期，随着水化(huà)時(shí)間的增加，反應速率較(jiào)快，從(cóng)而促進碳(tàn)化反應生成較多的caco3顆粒，但後(hòu)期生(shēng)成的(de)caco3形成了一層殼包裹(guǒ)在鋼(gāng)渣外(wài)側，會(huì)阻礙(ài)反應的進(jìn)行。

劉(liú)梅(méi)将(jiāng)鋼(gāng)渣(zhā)水化0h～7d後碳酸化(huà)2h，發現在(zài)2～6h時，鋼渣碳酸化(huà)增重率(lǜ)較高，但10h後，鋼渣(zhā)碳酸化(huà)增(zēng)重率(lǜ)逐漸降低。

以上(shàng)試驗(yàn)結果均證明了在碳化前進行一(yī)定(dìng)時間(jiān)的水化對反(fǎn)應具有一定的促(cù)進作(zuò)用，這是因爲水化生成的(de)産物(wù)可以作爲(wèi)碳化反應的反應物(wù)發(fā)生反應(yīng)；但水化時間較(jiào)長，不僅(jǐn)對碳化反應的促(cù)進效(xiào)果降低，又會造(zào)成時(shí)間(jiān)及試驗設備的浪(làng)費與(yǔ)消耗(hào)。所(suǒ)以，探索(suǒ)最佳水化時間(jiān)對于鋼(gāng)渣碳化(huà)反應的實際應(yīng)用具有重要意(yì)義。

3.2.2 外加劑

在碳(tàn)化反應中，外加(jiā)劑的加入(rù)可以(yǐ)促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，激發鋼渣的(de)反應活性，使鋼(gāng)渣碳化制(zhì)品的性能得以改善(shàn)提高(gāo)。

通過(guò)設計外加(jiā)劑對(duì)鋼渣(zhā)碳酸(suān)化影響的探究試(shì)驗，向鋼(gāng)渣試樣中摻(chān)加(jiā)caso4·2h2o、na2co3、nahco3、na2sio3、沸石、膠粉和羧(suō)甲基(jī)纖維素鈉(nà)七種(zhǒng)外加劑，養(yǎng)護2h，結果與不摻(chān)入外(wài)加劑試樣(yàng)組對比(bǐ)發(fā)現，摻(chān)入nahco3、na2sio3和羧(suō)甲基纖(xiān)維素(sù)鈉的(de)鋼渣(zhā)試樣碳(tàn)化較好(hǎo)，将三(sān)種外(wài)加劑兩兩(liǎng)複摻，進一(yī)步探索得(dé)到羧(suō)甲基(jī)纖維素鈉(nà)和(hé)caso4、nahco3的加(jiā)入(rù)對碳(tàn)化反(fǎn)應的促進(jìn)沒有(yǒu)明顯(xiǎn)效果(guǒ)。這說(shuō)明(míng)外(wài)加劑(jì)的摻(chān)入對固碳效果的(de)影響不(bú)是很大，且很(hěn)有可能(néng)會導(dǎo)緻鋼(gāng)渣的結構向不(bú)利方(fāng)向發生改(gǎi)變，從而影(yǐng)響碳(tàn)化鋼渣制品(pǐn)的(de)性能(néng)。

3.2.3 溫度

在一(yī)定範圍内(nèi)，溫度升高(gāo)可以促進(jìn)分子(zǐ)熱運動，促(cù)進鋼渣内活性物質(zhì)與co2的化學(xué)反應，但當溫度達到(dào)一定值後(hòu)，又碳(tàn)化反應放(fàng)熱，繼續(xù)升高溫(wēn)度反(fǎn)而會抑制反應的進行，所(suǒ)以在(zài)應用(yòng)于工(gōng)業生産時，控制(zhì)環境溫(wēn)度具有重要意義。

柳倩(qiàn)分别對比(bǐ)了不(bú)同養(yǎng)護條件對(duì)鋼渣水泥基膠(jiāo)凝材料(liào)性能的(de)影響，結果(guǒ)得到(dào)最佳的養(yǎng)護條(tiáo)件是60℃、碳化7h，高溫碳(tàn)化養(yǎng)護可以(yǐ)提高其抗壓強(qiáng)度，且(qiě)升高溫度(dù)可以提高水化(huà)進程(chéng)，進(jìn)而促進(jìn)碳化反應；郜效(xiào)嬌等觀察(chá)分析(xī)不同溫度下鋼渣試樣碳化3d的體積膨脹率與力學(xué)強度，發現(xiàn)鋼渣體積膨脹(zhàng)率随(suí)碳(tàn)化溫度(dù)的升高(gāo)而增大，并得(dé)出碳化3d力(lì)學強度(dù)與(yǔ)碳化(huà)溫度(dù)的線性方(fāng)程y=0.062x+33.04(y爲(wèi)力學(xué)強度值，單位(wèi)mpa；x爲碳化溫度，單(dān)位(wèi)℃)；姚星(xīng)亮(liàng)等通過(guò)儀器(qì)檢測(cè)及固碳(tàn)公(gōng)式的計算得到(dào)：提高溫度，反應速率(lǜ)加快，但鋼渣固碳(tàn)率(lǜ)增大(dà)幅度較(jiào)小，且(qiě)溫(wēn)度超過一(yī)定值(zhí)時，反應(yīng)速率變(biàn)化不明顯。

3.2.4 ph值

鋼渣的碳(tàn)化反應(yīng)主要是鈣離子(zǐ)與co2生(shēng)成碳酸鈣(gài)化合物的過程，其中環境的ph值(zhí)會(huì)影(yǐng)響(xiǎng)鈣(gài)離子(zǐ)的溶(róng)解，進而影(yǐng)響碳化(huà)反(fǎn)應的(de)效果，則調節溶液的ph值對(duì)于反(fǎn)應的(de)進(jìn)行至關(guān)重要。

向(xiàng)鋼渣試樣中加入(rù)不同(tóng)ph值的(de)溶液，分别養護2h、10h、1d、7d，碳化相同時間，結(jié)果表明(míng)強酸不利(lì)于碳酸化反應(yīng)，弱酸(suān)和強(qiáng)堿環(huán)境均(jun1)有利于(yú)鋼(gāng)渣試樣的(de)碳酸化反(fǎn)應，且随(suí)着(zhe)養護(hù)時間(jiān)增長(zhǎng)，鋼渣(zhā)碳化效(xiào)果(guǒ)提高，即在(zài)ph值(zhí)=12.55、養護7d時(shí)，鋼(gāng)渣試(shì)樣(yàng)碳酸(suān)化增重(zhòng)率(lǜ)最高(gāo)。

王日偉等(děng)利用(yòng)固碳效率公式(shì)研究計算(suàn)堿與(yǔ)鋼渣不同(tóng)的質(zhì)量百分比對(duì)鋼(gāng)渣固(gù)定co2的影響，結果發現鋼渣(zhā)中加(jiā)入少量的(de)naoh後(hòu)，固碳量明顯(xiǎn)增加，且随着堿(jiǎn)增加，鋼渣(zhā)固定(dìng)co2呈上升趨勢，在(zài)上述試驗中得(dé)到堿(jiǎn)與鋼(gāng)渣最(zuì)佳質量百(bǎi)分比(bǐ)爲8%，繼續增大比值時，固碳(tàn)量呈(chéng)下降(jiàng)趨勢。

潘凱(kǎi)通(tōng)過試驗(yàn)研究(jiū)同樣證實了在鋼渣碳化過程中加(jiā)入(rù)低(dī)濃度(dù)堿溶(róng)液可(kě)以提(tí)高固碳效率；bonenfantd等(děng)研究了常(cháng)溫常(cháng)壓下(xià)鋼渣碳酸(suān)化固定co2的潛力，研究發現強堿(jiǎn)性及ca(oh)2含量(liàng)是鋼(gāng)渣具有較(jiào)高co2固(gù)定潛力的(de)主要(yào)原因(yīn)；其中有研(yán)究者(zhě)向鋼(gāng)渣中摻(chān)入消石(shí)灰以(yǐ)提高體(tǐ)系(xì)ph值(zhí)，結(jié)果發現摻(chān)入與(yǔ)鋼渣等量(liàng)的消石灰(huī)，其(qí)固(gù)碳效果最佳，可達到27.81%。

通過(guò)以上試驗表明，鋼渣(zhā)的碳化反應(yīng)需要适(shì)宜的堿性環境，這是因爲低濃(nóng)度堿(jiǎn)有助于鋼(gāng)渣中鈣的浸出生成(chéng)氫氧化鈣(gài)，同時(shí)co2又在堿環(huán)境(jìng)中(zhōng)生成(chéng)碳酸(suān)鹽，兩(liǎng)種生成物(wù)繼續反(fǎn)應生成caco3物質，促(cù)進碳化(huà)反應(yīng)。

3.2.5 碳化時間

由(yóu)于(yú)化學反應(yīng)在開(kāi)始的(de)一(yī)段(duàn)時間後，将會達(dá)到平(píng)衡狀态，繼(jì)續增(zēng)加反應時(shí)間不(bú)僅無任何(hé)促進(jìn)作(zuò)用，還會(huì)浪費設備(bèi)資源(yuán)。有學者(zhě)提出，在鋼渣(zhā)碳(tàn)化(huà)反應前期，cao的轉化速(sù)率最快，且(qiě)有80%的(de)cao會與(yǔ)co2發生(shēng)反應，而之後的(de)反應(yīng)時間(jiān)裏，參與反(fǎn)應的(de)物質減少(shǎo)，速率變(biàn)慢，反應(yīng)趨于平(píng)衡(héng)。常鈞(jun1)對此(cǐ)作(zuò)了研究(jiū)，得到(dào)最适(shì)合的(de)碳(tàn)化時間爲3h，其(qí)碳化增(zēng)重率爲10.79%，強度可(kě)達(dá)40.81mpa。爲以(yǐ)後的探索(suǒ)研究(jiū)試驗(yàn)提供了一(yī)定(dìng)的(de)參(cān)考意義與依(yī)據(jù)。

在碳化開始(shǐ)的一(yī)段時(shí)間内(nèi)，反(fǎn)應速率(lǜ)加快(kuài)，生成(chéng)較多(duō)的caco3物(wù)質(zhì)，但一段(duàn)時間後由于反(fǎn)應物濃(nóng)度較小(xiǎo)、生成固體顆粒具有(yǒu)阻(zǔ)礙作用等因(yīn)素，反應速(sù)率減(jiǎn)慢，反應(yīng)效(xiào)果減弱(ruò)。

3.2.6 成型壓(yā)力

成型壓力不(bú)同，鋼渣(zhā)試(shì)塊内(nèi)部(bù)孔(kǒng)隙率不同(tóng)，co2的擴(kuò)散速率不(bú)同，其反應(yīng)速率(lǜ)與碳化效(xiào)果也不盡(jìn)相同。

p.desilva等研(yán)究發(fā)現在(zài)一定(dìng)範圍(wéi)内随(suí)着成(chéng)型壓力的提高(gāo)，試樣的碳化效(xiào)率逐(zhú)漸(jiàn)降(jiàng)低；而(ér)在(zài)李勇的試驗(yàn)研究中，設計成型壓力範(fàn)圍爲(wèi)0～14mpa，對碳化試樣進(jìn)行sem、tga及(jí)xＲd分析得到(dào)，随着成型(xíng)壓力(lì)的增(zēng)加，碳化(huà)效(xiào)率先增加後降(jiàng)低，且(qiě)碳化産物(wù)的形(xíng)貌(mào)也發生了相應改變，由(yóu)典型的方解石(shí)晶體(tǐ)形貌(mào)變爲(wèi)橢球形的(de)方解(jiě)石，這(zhè)說明成型(xíng)壓力對(duì)碳(tàn)化反(fǎn)應有(yǒu)着很大的(de)影響(xiǎng)，成型壓力的改變(biàn)導緻試(shì)樣内部的(de)保水(shuǐ)能力(lì)不同、空隙(xì)率不同，則反應(yīng)過程中的速度(dù)與碳(tàn)化(huà)産(chǎn)物的形貌也不(bú)盡相(xiàng)同。

3.2.7 其他因素

eleanorj等(děng)、塗茂霞(xiá)等研究(jiū)發現鋼渣粒度(dù)、液固比、氣體流(liú)量及流體通量(liàng)對(duì)碳(tàn)化反應也(yě)有一定的影響，且鋼渣(zhā)粒(lì)度越(yuè)細越(yuè)有(yǒu)利于鋼(gāng)渣固(gù)碳；在李勇房延鳳(fèng)等(děng)的研(yán)究結果(guǒ)中：碳化過程中外來離(lí)子、co2分壓(yā)以(yǐ)及鋼(gāng)渣中的礦物組(zǔ)成(chéng)同(tóng)樣影響碳(tàn)化反(fǎn)應的進程。

鋼渣碳(tàn)化反應(yīng)是一個較(jiào)爲複(fú)雜的化學反應(yīng)，影響因素(sù)較多(duō)，但相(xiàng)對來(lái)說反(fǎn)應要求環(huán)境較(jiào)爲容易達到，以(yǐ)上的(de)研究也爲鋼(gāng)渣碳化(huà)制品(pǐn)的工業(yè)化(huà)生産與應用(yòng)提(tí)供了一定的(de)數(shù)據基礎。

鋼渣碳化技(jì)術的應(yīng)用

從上(shàng)文可(kě)見，已有大(dà)量學者對(duì)鋼渣碳化技術進行(háng)了機(jī)理以(yǐ)及水(shuǐ)化時間、外加劑(jì)、溫度(dù)、ph值等因(yīn)素(sù)對碳(tàn)化過程影響的試驗研究，這也(yě)爲此(cǐ)項技(jì)術的(de)建材化應用提供了一定(dìng)的理論(lùn)基礎。碳(tàn)化後(hòu)的(de)鋼渣制(zhì)品強度高、性能(néng)優良、投入(rù)生産(chǎn)成本低、且(qiě)應用(yòng)途徑較(jiào)爲(wèi)廣泛(fàn)，具有高(gāo)附加價值。而(ér)在碳化制品的應(yīng)用(yòng)中，通(tōng)常也會摻入(rù)其(qí)他成分以進一(yī)步提(tí)高産品的(de)優良(liáng)性能。

依據(jù)現有碳(tàn)化制度(dù)及條件(jiàn)，史迪以(yǐ)首鋼鋼渣爲原(yuán)料，利用(yòng)堿激發(fā)與co2的(de)協同作用制(zhì)成強(qiáng)度(dù)較高(gāo)的鋼渣(zhā)磚，該(gāi)學(xué)者選擇na2co3爲(wèi)激發(fā)劑。試驗發(fā)現，當(dāng)摻入(rù)溶液态na2co3時(shí)，其(qí)碳化效果要(yào)好于固态(tài)na2co3，這(zhè)是因爲反(fǎn)應物之(zhī)間發生(shēng)了(le)離子(zǐ)反應，而固體物質需溶解後反(fǎn)應，這(zhè)就導緻了(le)固态的na2co3的(de)碳化(huà)速率不如na2co3溶液。進一步試(shì)驗發(fā)現，當激發劑na2co3的(de)摻入量爲13.12kg/m3時(shí)，鋼渣碳化磚的抗(kàng)壓效(xiào)果最好。

除了na2co3溶液外，也可(kě)以以熟石灰爲(wèi)激發(fā)劑，當加(jiā)入到鋼渣與(yǔ)熟石(shí)灰質(zhì)量比爲0.20時(shí)，碳化磚強度達(dá)到最(zuì)佳值，且抗(kàng)壓和抗折強度(dù)爲對(duì)比磚(未加(jiā)熟石灰)的4～5倍，摻(chān)入激(jī)發劑的碳化(huà)磚在吸水率(lǜ)、幹燥收縮率及(jí)安定性方面也(yě)達到了良好的(de)指标(biāo)。

從上(shàng)述試驗結果可以看(kàn)出，在制(zhì)備(bèi)鋼渣碳化磚的(de)過程中，摻入一(yī)定量(liàng)的激(jī)發劑會使(shǐ)鋼渣(zhā)的碳化速率以及碳化磚(zhuān)的性能得(dé)到很(hěn)大提高(gāo)，但激發(fā)劑的用量(liàng)需适當，如(rú)果摻入量(liàng)過多，不(bú)僅(jǐn)會(huì)造成原(yuán)料的浪費(fèi)，而且(qiě)有些種類的激發劑(jì)過量(liàng)使用(yòng)還會(huì)減弱(ruò)鋼渣的碳化(huà)效(xiào)果。

此外(wài)，有研究(jiū)者向(xiàng)鋼渣中摻(chān)入砂子和石子(zǐ)等原(yuán)料，經碳化(huà)養護(hù)一(yī)定(dìng)時間(jiān)後，制(zhì)備(bèi)滲(shèn)水路面磚，在(zài)進行增重率(lǜ)、透(tòu)水系數(shù)、抗壓強度等實(shí)驗室(shì)測(cè)試後，發(fā)現該滲水(shuǐ)路面(miàn)磚滲水性能、安(ān)定性等均(jun1)達到(dào)标準，同時(shí)以此(cǐ)方法得到的滲(shèn)水磚兼具強度(dù)高、多孔結構吸(xī)聲減噪、補充地下水分(fèn)且美化(huà)城市環境等優(yōu)點。

也(yě)有學者基(jī)于此項碳化技(jì)術，向(xiàng)鋼渣中加(jiā)入一定量的膨(péng)脹珍(zhēn)珠岩制(zhì)備(bèi)得到牆體輕質(zhì)闆材(cái)，強(qiáng)度(dù)高且質量輕；摻入抛(pāo)光廢石粉制備(bèi)得到人造大(dà)理石，不(bú)僅可(kě)以節省原(yuán)材料，而且(qiě)有助于有效解(jiě)決空氣(qì)中粉塵(chén)污染的問題；同時，碳化後的鋼(gāng)渣也(yě)可以(yǐ)代替(tì)部分水泥作爲(wèi)吸聲材料(liào)：在吸(xī)聲材(cái)料中摻入(rù)30%～50%的碳化鋼(gāng)渣後進行(háng)吸(xī)聲性能的測試，結(jié)果表明，摻(chān)入(rù)的碳化(huà)鋼渣對材料的強度和吸聲性(xìng)能并無不(bú)利影響，而且減少了(le)部分水泥用量，這說明鋼渣碳(tàn)化技術的(de)應用(yòng)不僅(jǐn)可(kě)以綠色(sè)高效地(dì)利用固體(tǐ)廢(fèi)棄物，同時(shí)也達(dá)到了節約資源、降低生産(chǎn)成本的(de)效(xiào)果，實(shí)現環(huán)境效(xiào)益與(yǔ)經濟效益(yì)相統(tǒng)一。

碳化鋼渣技(jì)術可(kě)以(yǐ)廣(guǎng)泛應用于建築(zhù)領域(yù)，作爲主(zhǔ)要原料或摻入(rù)料生産(chǎn)制備(bèi)鋼(gāng)渣水泥(ní)、鋼渣(zhā)磚(zhuān)、砌(qì)塊、牆(qiáng)體材料、吸(xī)聲材(cái)料等，以上制品(pǐn)具有強度高、安(ān)定性好、耐(nài)磨損(sǔn)、耐腐蝕等優點，但由于(yú)鋼渣本(běn)身活性較(jiào)低，即(jí)使在最佳工藝(yì)條件下(xià)碳化後，仍有部分(fèn)鋼渣(zhā)碳化不完(wán)全，這又降(jiàng)低了(le)鋼渣(zhā)的利用率。 

展望(wàng)

目前，我國仍爲發展中國(guó)家，爲(wèi)解決(jué)“雙剛(gāng)性”矛(máo)盾，必(bì)須要注重(zhòng)資源的綜合利(lì)用。現階段(duàn)，鋼渣(zhā)仍是我(wǒ)國(guó)鋼鐵(tiě)行業(yè)的(de)主要固(gù)體廢棄物之一，碳化技術的應(yīng)用不僅可(kě)以緩解溫室效應，還(hái)可以解(jiě)決鋼渣(zhā)大量堆(duī)存、利用(yòng)率低的問題，實(shí)現資源(yuán)的(de)綜合(hé)利用(yòng)與開發。但(dàn)鋼渣碳(tàn)化(huà)制品(pǐn)制備(bèi)技術目前(qián)仍(réng)處于實(shí)驗室(shì)階段(duàn)，所以(yǐ)，爲(wèi)了(le)這一技術(shù)的廣泛應用(yòng)與開發(fā)，應對以(yǐ)下(xià)幾個(gè)方面(miàn)進(jìn)一步研(yán)究：

(1)對鋼渣(zhā)的物(wù)質組成和化學(xué)性質進行(háng)深入(rù)研究，鋼渣(zhā)成分(fèn)的多(duō)變性将會導緻化學反(fǎn)應(yīng)的不穩(wěn)定(dìng)性及反應(yīng)産(chǎn)物的多(duō)樣性(xìng)，使得研究結果(guǒ)具有(yǒu)較大(dà)波動性(xìng)和差異(yì)性。因(yīn)此，進一步(bù)探索鋼(gāng)渣成分及性能對研究碳化機理(lǐ)、揭示(shì)反應規律具有(yǒu)重要意義。

(2)鋼渣的碳(tàn)化(huà)過程将(jiāng)會受到(dào)很多因素的(de)影響(xiǎng)，雖然(rán)已經有學者對影響因素(sù)進行了大量(liàng)的探索與研究(jiū)，但仍缺(quē)乏系統性和深(shēn)入性(xìng)，根據(jù)以上(shàng)綜述，溫度(dù)、ph值及(jí)水化(huà)程(chéng)度三個(gè)影響(xiǎng)因素仍作(zuò)爲主(zhǔ)要研究對(duì)象。而且在(zài)碳(tàn)化反應(yīng)中，泌(mì)水結(jié)團現象(xiàng)及(jí)caco3殼的形成(chéng)阻礙(ài)co2的擴(kuò)散，從而阻(zǔ)礙反(fǎn)應的進行，以上(shàng)問題有待進一(yī)步研(yán)究解(jiě)決。

(3)爲(wèi)了使鋼渣(zhā)碳化制品(pǐn)制備技術(shù)廣泛應用于工(gōng)業生産，我(wǒ)們仍(réng)需開(kāi)發(fā)新(xīn)技術，研發新設備，爲鋼渣的(de)碳化提(tí)供穩定良(liáng)好且(qiě)投入低(dī)廉(lián)的環(huán)境，使鋼渣碳化(huà)技術真(zhēn)正從實(shí)驗室(shì)階段進入(rù)到實際生(shēng)産階(jiē)段。使(shǐ)其在變廢(fèi)爲寶(bǎo)、保護(hù)生态環境(jìng)的同時實(shí)現利益的(de)最大(dà)化，真(zhēn)正做到經(jīng)濟、環境(jìng)和(hé)社會(huì)效益(yì)相統(tǒng)一。

作(zuò)者：魏欣蕾(lěi)、倪文(wén)、王雪(xuě)、李(lǐ)克(kè)慶