鋼渣碳化(hua)技術研究(jiu)進展

鋼渣是(shì)煉鋼過程(chéng)中産生的(de)工業固體(ti)廢物，近10年(nian)我🈲國累計(ji)鋼渣排放(fang)量達到了(le)7億t，但綜合(he)利用率較(jiao)低，僅有🚶20%左(zuǒ)右，而國☔外(wai)發達國💜家(jiā)已超過90%。大(dà)量堆存的(de)鋼渣不僅(jin)會侵占土(tǔ)地，浪費資(zi)源，如果排(pái)入水中還(hái)可✊能會造(zào)成河流淤(yu)塞，周邊土(tu)壤堿化，其(qí)中的有害(hài)物😘質還會(hui)爲人類及(ji)其生存環(huan)境帶來嚴(yán)重危害。

全(quan)球氣候變(biàn)暖是全球(qiú)氣候變化(hua)的核心熱(rè)點問題，化(hua)💯石燃料燃(rán)🤟燒産生大(dà)量的CO2導緻(zhi)溫室效應(ying)的發生🏃‍♀️，随(suí)着人類工(gong)農業活動(dong)的不斷進(jìn)行，CO2的排放(fàng)量也逐年(nián)增加，2017年，全(quán)球碳排放(fang)增長了👨‍❤️‍👨1.6%。這(zhè)不僅會威(wei)脅我們㊙️的(de)身心健康(kang)，也會對人(ren)類的生存(cún)環境帶來(lái)嚴重危害(hài)。

鋼渣碳化(hua)技術是将(jiang)鋼渣置于(yú)CO2氣體環境(jing)中，在一定(dìng)溫度濕度(du)及壓力條(tiáo)件下進行(háng)碳化，CO2将會(hui)以礦物吸(xī)收形式固(gù)定儲存，因(yīn)此鋼渣碳(tàn)化技術不(bu)僅能固化(huà)大量的CO2，還(hái)能實現二(èr)次🐆資源的(de)有效利用(yòng)，并由此制(zhi)備的磚、瓦(wa)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻等建築材(cai)料具有強(qiang)度高、價格(gé)低廉、穩定(dìng)性好的優(yōu)點。在鋼渣(zhā)發生碳化(hua)作用的同(tóng)時，新物相(xiang)的生成具(ju)有把體系(xì)内的物質(zhi)結在一起(qi)的作用，因(yin)🏃‍♀️而可以制(zhì)備出性能(néng)較好的鋼(gang)渣碳化制(zhì)品。

研究者(zhe)針對此項(xiang)技術進行(háng)了大量的(de)研究：鋼渣(zhā)種🛀🏻類、粒💃度(du)👨‍❤️‍👨不同，碳化(hua)能力不盡(jin)相同；碳化(huà)過程的環(huan)境條件不(bú)同，所得碳(tàn)化鋼渣制(zhì)品的強度(dù)也不同，其(qi)中💃🏻溫度、pH值(zhi)及水化程(chéng)度成📧爲主(zhu)要研究對(duì)象。适宜的(de)環☂️境，可以(yi)極大促進(jin)反應的發(fa)生，使得碳(tan)化後的鋼(gang)渣性能更(geng)加優越，從(cóng)而更好實(shi)現固體廢(fèi)物資源化(huà)。本⛹🏻‍♀️文主要(yao)針對以上(shàng)研究内容(rong)進行總結(jie)歸納，并針(zhēn)對現階段(duan)碳♋化反應(ying)影響因⁉️素(sù)的研究進(jìn)展提出展(zhǎn)望及🌈有待(dài)解決的問(wen)題。

鋼渣的(de)基本性質(zhi)

目前，我國(guó)大部分鋼(gang)渣爲轉爐(lu)渣，在發達(da)國家電爐(lu)鋼渣🌈占據(ju)主導地位(wèi)，現階段大(dà)多數研究(jiu)者主要以(yi)轉爐鋼渣(zha)爲研💋究對(dui)象。鋼渣的(de)化學組成(cheng)主要有CaO(34%～48%)、Fe2O3(7%～12%)、SiO2(9%～15%)、MgO(2.5%～10%)、Al2O3(0.9%～2.8%)，同(tóng)時還有少(shao)量MnO、TiO2等氧化(hua)物，這樣氧(yang)化物主要(yao)以C2S、C3S、Ca2Fe2O5、ＲO相及f－CaO等(děng)礦物相形(xíng)式存在于(yu)鋼渣中。鋼(gang)渣中大量(liàng)㊙️的CaO、MgO等堿性(xing)氧化物能(néng)夠有效的(de)固定CO2，爲固(gu)碳技術的(de)實現提供(gong)🚩了物質條(tiáo)件。

按照鋼(gāng)渣的堿度(dù)大小，可分(fen)爲低堿度(du)鋼渣(Ｒ＜1.80)、中堿(jian)度鋼渣(Ｒ=1.8～2.50)和(he)高😘堿度鋼(gang)渣(Ｒ＞2.50)，其堿度(du)Ｒ主要由CaO與(yǔ)SiO2和P2O5含量和(he)的比值求(qiú)得💃，即Ｒ=CaO/(SiO2+P2O5)。鋼渣(zha)堿度不同(tóng)，顔色不同(tong)，其礦物組(zǔ)成也不盡(jìn)相同。

鋼渣(zha)碳化研究(jiu)進展

3.1 碳化(hua)機理研究(jiū)

3.1.1 熱力學分(fen)析

在CO2及一(yī)定濕度養(yǎng)護下，鋼渣(zha)中的化學(xué)成分主要(yao)發生☎️下列(liè)反應：

鋼渣(zhā)碳化的吉(ji)布斯自由(you)能爲負值(zhi)，即是一個(ge)自發進行(hang)的過程，隻(zhi)要提供适(shì)宜的環境(jing)條件，這個(gè)反應就會(hui)自行發生(shēng)，常鈞、塗茂(mao)霞等的試(shì)驗結論中(zhong)均證明了(le)此觀點。

塗(tu)茂霞等采(cai)用熱力學(xue)HSC軟件對鋼(gang)渣碳化過(guo)程進行熱(rè)力學模拟(nǐ)計算，結果(guǒ)發現，以上(shang)各化學反(fǎn)應在700K以下(xià)自由能ΔG均(jun1)爲負值❌，說(shuo)明鋼渣碳(tàn)化反應在(zai)一般條件(jiàn)下可自發(fā)進行；常鈞(jun)等利用焓(hán)變等熱力(li)學數據和(he)ΔH=∑Hp–∑Hr、ΔGT=∑GTp－∑GTr(下角p，r分别(bie)表示産☎️物(wù)和反應✌️物(wu))計算公式(shì)，計算反應(ying)的自由能(neng)ΔG，所得結果(guǒ)爲負值，同(tóng)樣證實了(le)在一定㊙️條(tiáo)件下鋼渣(zhā)的碳化反(fǎn)應可以自(zì)行發生。

以(yi)上的熱力(lì)學分析及(ji)計算，共同(tóng)說明了鋼(gāng)渣碳化反(fan)♍應在理論(lun)上的可行(háng)性與自發(fā)性，爲探索(suǒ)反應規㊙️律(lǜ)和機理奠(diàn)定了重要(yao)的理論基(ji)礎。

3.1.2 物相分(fen)析

鋼渣主(zhǔ)要由C2S、C3S、C2F、Ca(OH)2、(Mg，Fe)2SiO4、f－CaO和ＲO相(xiàng)組成。常鈞(jun1)等、BoPang等采用(yòng)XＲD對碳化前(qián)後的鋼渣(zha)進行物相(xiang)分析，從分(fen)析結果可(ke)以看出，鋼(gāng)渣碳化前(qián)後C2S和C3S衍射(she)峰的強度(dù)明顯弱化(huà)，Ca(OH)2和f－CaO的衍射(she)峰基本消(xiāo)失，并且出(chū)現了明顯(xian)的CaCO3及SiO2衍射(she)📐峰；梁曉傑(jié)進行能譜(pǔ)分析發現(xian)，在💚碳化前(qián)後ＲO相及C2F的(de)衍🔞射峰的(de)強度基本(běn)無明顯變(biàn)化，這說明(míng)組成中的(de)ＲO相及C2F基本(ben)不發生碳(tan)化反應；房(fáng)延鳳等通(tong)過簡單分(fèn)析發現β－C2S碳(tan)化☔所得CaCO3含(han)量爲18.1%較低(di)于熱重測(ce)試結果，猜(cāi)測在500～800℃範圍(wéi)内失✉️重的(de)是CaCO3且有少(shao)量☂️結晶水(shui)蒸發。

綜上(shàng)所述，鋼渣(zhā)碳化過程(chéng)中發生反(fan)應的主要(yào)化學成♍分(fèn)爲C2S、C3S、Ca(OH)2和CaO，他們(men)均與CO2反應(yīng)生成CaCO3，且ＲO相(xiàng)及C2F基本不(bú)參與反應(yīng)，這可能是(shi)🔅因爲C2S、C3S等化(huà)⁉️合物先發(fā)生了水化(huà)反應生成(cheng)相應氫氧(yǎng)化物後繼(ji)續與CO2反應(ying)生🔞成CaCO3和SiO2，而(ér)ＲO相中的金(jin)屬氧化物(wù)反應活性(xìng)低，基本不(bú)發生水化(hua)反應，則無(wú)法參與碳(tàn)化反應。鋼(gang)渣的化學(xue)組🏃🏻成中含(han)Ca化合物将(jiāng)作爲研究(jiu)🥵的重點，這(zhè)些物質的(de)化學反應(ying)行爲極大(dà)影響着鋼(gāng)渣💔的碳化(hua)規律、特點(diǎn)，以及碳化(huà)所需最🔞佳(jiā)條件。

3.1.3 熱重(zhòng)分析

利用(yòng)熱重分析(xi)儀可以得(de)到待測樣(yang)品随溫度(du)變化關系(xi)，以研究👌待(dai)測物質的(de)組分及熱(re)穩定性。

梁(liang)曉傑對鋼(gāng)渣碳化前(qián)後進行了(le)熱重分析(xi)，得到它們(men)的TG－DTG曲線，經(jīng)計算确定(ding)生成物爲(wèi)CaCO3。BoPang等熱重分(fèn)析結果♉表(biao)明：鋼渣✏️中(zhōng)Ca(OH)2幾乎碳化(hua)完全，生成(cheng)産物爲CaCO3，同(tong)時産物CaCO3因(yīn)其有較高(gāo)的活性而(ér)被吸附，這(zhè)就導緻了(le)相反的結(jié)果：CaCO3的吸附(fu)阻礙了Ca(OH)2與(yǔ)CO2的化學反(fǎn)應速率。他(ta)們同樣🔴證(zhèng)實了鋼渣(zha)碳化産物(wù)爲CaCO3，且在反(fan)應過程中(zhong)固體顆🔴粒(lì)的吸附常(chang)會導緻化(huà)學反應速(su)率的減慢(màn)。

以上證明(ming)鋼渣中的(de)C2S、C3S發生水化(huà)反應生成(chéng)

Ca(OH)2，随之f－CaO、Ca(OH)2與CO2發(fa)生碳化反(fǎn)應生成CaCO3顆(kē)粒。顆粒狀(zhuang)的CaCO3可以填(tian)充内部空(kōng)隙，使體系(xi)内部排列(lie)更加緊湊(còu)，提高鋼渣(zha)試塊的力(li)學性♌能，可(kě)在一定程(chéng)度上提高(gao)鋼渣制品(pin)的強度和(hé)穩定性；但(dàn)由此生成(cheng)🔴的CaCO3殼又部(bu)分包裹與(yu)未反應物(wu)質外側，阻(zu)止了CO2的擴(kuo)散及進一(yī)步反應過(guo)💰程。

3.2 碳化反(fǎn)應的影響(xiang)因素研究(jiū)

除了反應(ying)物性質會(hui)影響碳化(huà)效果外，壓(yā)力、溫度、pH值(zhí)✨等環境因(yin)素也會影(yǐng)響着反應(ying)的進行。經(jing)大量研究(jiu)者研究發(fa)現，在㊙️碳化(huà)反應中，pH值(zhí)、碳化時間(jian)及成型壓(ya)力爲主要(yào)的影響因(yin)素，也有研(yán)究者對水(shuǐ)化過程及(jí)外加劑等(deng)進行了相(xiang)關試驗。

3.2.1 加(jiā)水量及水(shui)化時間

梁(liáng)曉傑對不(bú)同加水量(liang)下的鋼渣(zhā)碳化效果(guǒ)進行了研(yán)究，結果🚶‍♀️表(biǎo)明當加水(shuǐ)量W水=3%～19%時，鋼(gāng)渣碳化質(zhì)量增加率(lü)不斷提高(gao)，碳化效果(guo)增加：當W水(shui)=19%，碳化效果(guo)最好，但W水(shuǐ)超過19%一直(zhi)到21%，碳化質(zhi)🔴量曲線出(chū)現明顯下(xià)降，這是🍉因(yin)爲出現㊙️了(le)泌水結團(tuán)現象，積🔴聚(jù)的水分🈲将(jiāng)鋼渣包裹(guǒ)，不利于反(fǎn)應的進行(hang)，而且外層(ceng)反應📱生成(cheng)的CaCO3顆粒阻(zu)礙了鋼渣(zhā)的進一步(bu)碳化。

鋼渣(zhā)碳化前先(xian)發生水化(huà)，而水化時(shi)間的不同(tong)也會影響(xiǎng)碳化的👄效(xiào)果：這可能(neng)是因爲在(zai)水化初期(qi)，随着水化(huà)時間🌈的增(zēng)加，反應速(su)率較快，從(cóng)而促進碳(tàn)化反🚶應生(sheng)成較多的(de)CaCO3顆粒，但後(hòu)期生成的(de)CaCO3形成了一(yi)層殼包裹(guo)在鋼渣外(wai)側，會阻礙(ài)反應🔱的進(jìn)行。

劉梅将(jiang)鋼渣水化(huà)0h～7d後碳酸化(hua)2h，發現在2～6h時(shí)，鋼渣碳酸(suān)化♋增重率(lü)較高，但10h後(hòu)，鋼渣碳酸(suan)化增重率(lǜ)逐漸降低(di)。

以上試驗(yàn)結果均證(zhèng)明了在碳(tàn)化前進行(hang)一定時間(jiān)的水化對(dui)反應具有(yǒu)一定的促(cu)進作用，這(zhe)是因爲水(shui)🔞化生成的(de)産物可以(yi)作爲碳化(hua)反應的反(fan)應物發生(shēng)🔴反應；但水(shui)化時間較(jiào)長，不僅對(duì)碳化反應(yīng)的促進效(xiao)果降低，又(you)🤞會造成時(shi)間及試驗(yan)設備的浪(làng)費與消耗(hao)。所以，探索(suo)最佳水化(hua)時間對于(yú)鋼渣碳化(huà)反應的實(shi)際應用具(jù)有重要意(yi)義。

3.2.2 外加劑(ji)

在碳化反(fan)應中，外加(jiā)劑的加入(rù)可以促進(jìn)反應的進(jìn)行，激發鋼(gang)渣的反應(yīng)活性，使鋼(gang)渣碳化制(zhi)品的性能(néng)💰得以改善(shan)提高。

通過(guò)設計外加(jia)劑對鋼渣(zhā)碳酸化影(yǐng)響的探究(jiu)試驗，向鋼(gang)渣💯試🐅樣中(zhong)摻加CaSO4·2H2O、Na2CO3、NaHCO3、Na2SiO3、沸石(shi)、膠粉和羧(suo)甲基纖維(wei)素鈉七種(zhǒng)外加劑，養(yǎng)護2h，結🥰果與(yǔ)不摻入外(wài)加劑試樣(yang)組對比發(fā)現，摻入NaHCO3、Na2SiO3和(he)羧甲基纖(xian)維素鈉的(de)鋼渣試樣(yàng)碳化較好(hao)，将三種外(wai)加劑兩兩(liang)複摻，進一(yi)步探☁️索得(dé)到羧甲基(ji)纖維素鈉(na)和CaSO4、NaHCO3的加入(ru)對碳化反(fan)應的促進(jìn)沒有明顯(xiǎn)效果。這說(shuō)明外加劑(jì)的摻入對(duì)固碳效果(guo)的影響不(bú)是很大，且(qiě)很有可能(néng)會導緻鋼(gang)渣的結構(gou)向不利方(fang)向發生改(gai)變，從🈲而影(ying)響碳化鋼(gang)渣制品的(de)性能。

3.2.3 溫度(dù)

在一定範(fàn)圍内，溫度(du)升高可以(yi)促進分子(zǐ)熱運動，促(cù)進鋼渣🆚内(nèi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼活性物質(zhi)與CO2的化學(xue)反應，但當(dang)溫度達到(dào)🏃🏻一定值後(hòu)，又碳化反(fǎn)應放熱，繼(ji)續升高溫(wēn)度反而會(huì)抑制反應(ying)的進行，所(suo)以在應用(yong)于工業生(sheng)産時，控制(zhi)環境溫度(dù)具有重要(yao)意義。

柳倩(qiàn)分别對比(bi)了不同養(yang)護條件對(dui)鋼渣水泥(ní)基膠凝材(cai)❌料性能的(de)影響，結果(guo)得到最佳(jiā)的養護條(tiáo)件是60℃、碳化(hua)7h，高溫碳化(huà)養護可以(yǐ)提高其抗(kàng)壓強度，且(qie)升高溫度(dù)可📧以提高(gao)水化進💋程(cheng)，進而促進(jin)碳化反應(ying)；郜效嬌等(deng)觀察分析(xī)不同溫度(du)下鋼渣試(shi)樣碳化3d的(de)體積膨脹(zhang)率與力😄學(xue)強度，發現(xiàn)鋼渣體積(ji)膨脹率随(sui)碳化溫度(du)的升高而(ér)增大，并得(dé)出碳化3d力(li)學強度與(yǔ)碳化溫度(du)的線性方(fāng)程y=0.062x+33.04(y爲力學(xué)強度值，單(dān)位MPa；x爲碳化(huà)溫度，單位(wèi)℃)；姚星亮等(deng)通過🐆儀器(qi)檢測及固(gù)碳公式的(de)計算得到(dào)：提高㊙️溫度(du)，反應速率(lǜ)加快🈲，但鋼(gang)渣固碳率(lǜ)增大👨‍❤️‍👨幅度(du)較小，且溫(wēn)度🤩超過一(yi)定值時，反(fǎn)應速率變(biàn)化不明顯(xiǎn)。

3.2.4 pH值

鋼渣的(de)碳化反應(yīng)主要是鈣(gai)離子與CO2生(shēng)成碳酸鈣(gài)化合物🏃的(de)過程，其中(zhong)環境的pH值(zhí)會影響鈣(gài)離子的溶(rong)解，進而🔴影(ying)響碳化‼️反(fan)應的效果(guǒ)，則調節溶(rong)液的pH值對(dui)于反應的(de)進行至關(guān)重要。

向鋼(gang)渣試樣中(zhōng)加入不同(tóng)pH值的溶液(yè)，分别養護(hu)2h、10h、1d、7d，碳化相同(tong)時間♋，結💃果(guǒ)表明強酸(suan)不利于碳(tan)酸化反應(ying)，弱酸和強(qiang)堿環境均(jun)有利于鋼(gang)渣試樣的(de)碳酸化反(fǎn)應，且🔞随着(zhe)養護時間(jiān)增長，鋼渣(zhā)碳化效果(guǒ)提高，即在(zài)pH值=12.55、養護7d時(shí)，鋼渣試樣(yàng)碳酸化增(zēng)重率最高(gao)。

王日偉等(deng)利用固碳(tan)效率公式(shì)研究計算(suàn)堿與鋼渣(zhā)不同的質(zhi)量百分比(bǐ)對鋼渣固(gu)定CO2的影響(xiang)，結果發現(xian)🏃‍♀️鋼渣中加(jia)入少量的(de)NaOH後，固碳量(liàng)明顯增加(jiā)，且随着堿(jiǎn)增加，鋼渣(zhā)固定CO2呈上(shàng)升趨勢，在(zai)🐪上述試驗(yan)中得到堿(jiǎn)與鋼渣最(zuì)佳質量百(bai)分比爲8%，繼(jì)續增大比(bi)值時，固碳(tàn)量呈下降(jiang)趨勢。

潘凱(kai)通過試驗(yàn)研究同樣(yàng)證實了在(zài)鋼渣碳化(huà)過程♉中加(jiā)入低濃度(du)堿溶液可(ke)以提高固(gu)碳效率；BonenfantD等(deng)研究了常(chang)🤞溫常壓下(xia)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼鋼渣碳酸(suān)化固定CO2的(de)潛力，研究(jiu)發現☔強堿(jiǎn)性及Ca(OH)2含量(liàng)是鋼渣具(ju)有較高CO2固(gù)定潛力的(de)主要原因(yin)；其中📱有研(yán)究者🐇向鋼(gāng)渣中摻入(ru)消石灰以(yi)提高體系(xì)pH值，結果⛷️發(fā)現摻入與(yǔ)鋼渣等量(liang)的消石灰(hui)，其固碳效(xiao)果最佳，可(kě)達到27.81%。

通過(guo)以上試驗(yan)表明，鋼渣(zha)的碳化反(fan)應需要适(shi)宜的堿✌️性(xing)🔞環境，這是(shi)因爲低濃(nóng)度堿有助(zhu)于鋼渣中(zhong)鈣的浸出(chu)🆚生成氫氧(yang)化鈣，同時(shí)❓CO2又在堿環(huan)境中生成(chéng)碳酸鹽，兩(liang)種生成物(wu)繼續反應(ying)生成CaCO3物質(zhi)，促進碳化(huà)反應。

3.2.5 碳化(huà)時間

由于(yu)化學反應(ying)在開始的(de)一段時間(jiān)後，将會達(da)到平🚶衡狀(zhuang)态，繼續增(zēng)加反應時(shi)間不僅無(wú)任何促進(jin)作用，還會(huì)浪費📧設備(bèi)✍️資源。有學(xué)者提出，在(zài)鋼渣碳化(huà)反應前期(qī)，CaO的轉化速(su)率最快⛱️，且(qie)有80%的CaO會與(yu)CO2發生反應(yīng)，而之後的(de)反應時間(jiān)裏，參與反(fǎn)應的物質(zhì)減少♉，速率(lǜ)變慢，反應(ying)趨于平🌐衡(héng)。常鈞對此(cǐ)作了研究(jiū)，得到最适(shì)合的☎️碳化(hua)時間爲3h，其(qí)碳化增重(zhong)率爲10.79%，強度(du)可達40.81MPa。爲以(yi)後的探索(suo)研究試驗(yan)提供了一(yi)定的參考(kao)意義與依(yī)據。

在碳化(huà)開始的一(yī)段時間内(nèi)，反應速率(lü)加快，生成(chéng)較多的CaCO3物(wu)質📱，但一段(duan)時間後由(yóu)于反應物(wu)濃度較小(xiao)、生成固體(ti)顆粒具有(you)阻🔅礙作用(yong)等因素，反(fǎn)應速率減(jian)慢，反應效(xiao)果減弱。

3.2.6 成(cheng)型壓力

成(chéng)型壓力不(bu)同，鋼渣試(shì)塊内部孔(kong)隙率不同(tóng)，CO2的擴散速(su)率不同，其(qí)✌️反應速率(lü)與碳化效(xiao)果也不盡(jìn)相同。

P.DeSilva等研(yan)究發現在(zai)一定範圍(wéi)内随着成(cheng)型壓力的(de)提高，試樣(yang)的碳化效(xiao)率逐漸降(jiang)低；而在李(li)勇的試驗(yan)研究中，設(shè)🐕計成型壓(ya)力範圍爲(wèi)0～14MPa，對碳化試(shì)樣進行SEM、TGA及(jí)XＲD分析得到(dào)，随😍着成型(xíng)壓力的增(zēng)加，碳化效(xiào)率先增加(jiā)後降低，且(qiě)碳化産物(wù)的形貌也(ye)發生了相(xiang)應改🔆變，由(yóu)典型🍉的方(fang)解石晶體(ti)形貌變爲(wèi)橢球形的(de)方解石，這(zhè)說明⭐成型(xíng)壓力對碳(tan)化反應有(yǒu)着很大的(de)影響，成型(xing)☎️壓力的改(gai)變導🏃🏻緻試(shì)樣内部的(de)保水能力(li)🈲不同、空隙(xì)率不同，則(ze)反應過程(chéng)中的速度(du)與碳化産(chan)物的形貌(mao)也不盡相(xiàng)同。

3.2.7 其他因(yin)素

EleanorJ等、塗茂(mao)霞等研究(jiū)發現鋼渣(zha)粒度、液固(gù)比、氣體流(liú)量及流㊙️體(ti)通量對碳(tan)化反應也(yě)有一定的(de)影響，且鋼(gāng)渣👣粒度⛹🏻‍♀️越(yuè)細越有利(lì)于鋼渣固(gù)碳；在李勇(yong)房延鳳等(deng)的研究結(jié)果中：碳化(hua)過程中外(wai)來離子、CO2分(fen)壓以及鋼(gāng)渣中的礦(kuang)物組成同(tong)樣影響碳(tàn)化🔱反應的(de)進‼️程。

鋼渣(zha)碳化反應(ying)是一個較(jiao)爲複雜的(de)化學反應(yīng)，影響因♋素(su)較🈲多，但相(xiàng)對來說反(fǎn)應要求環(huán)境較爲容(rong)易達到，以(yǐ)上的研究(jiū)也爲🧡鋼渣(zhā)💰碳化制品(pin)的工業化(huà)生産與應(yīng)用提供了(le)一定的數(shù)據基礎。

鋼(gāng)渣碳化技(ji)術的應用(yong)

從上文可(ke)見，已有大(da)量學者對(duì)鋼渣碳化(hua)技術進行(háng)了♊機理以(yi)✂️及水化時(shí)間、外加劑(jì)、溫度、pH值等(děng)因素對碳(tan)化過程影(ying)響的試驗(yàn)研究，這也(yě)爲此項技(ji)術的建材(cái)化應用提(ti)供了一定(dìng)的理論基(ji)礎。碳化後(hòu)的鋼渣制(zhi)㊙️品強度高(gāo)、性能優良(liáng)、投入生産(chan)成本低、且(qie)應用途徑(jing)較爲廣泛(fan)，具有高附(fu)加價值。而(er)在碳化制(zhi)品的應用(yòng)🌐中，通常也(ye)會摻入其(qí)他成分以(yǐ)進一步提(ti)高産品的(de)優良性能(néng)㊙️。

依據現有(you)碳化制度(dù)及條件，史(shi)迪以首鋼(gāng)鋼渣爲原(yuan)料，利用堿(jiǎn)激🔞發與CO2的(de)協同作用(yòng)制成強度(du)較高的鋼(gāng)渣磚，該學(xué)者選擇Na2CO3爲(wei)激發劑。試(shi)驗發現，當(dang)摻入溶液(ye)㊙️态Na2CO3時，其碳(tan)化效果要(yào)好于固态(tài)🤩Na2CO3，這是因爲(wèi)反應物之(zhi)間發生了(le)離子反應(ying)，而固體物(wù)質需溶解(jie)後反應，這(zhe)就導緻了(le)固态的Na2CO3的(de)碳化速率(lü)不如Na2CO3溶液(yè)。進一步試(shì)✔️驗發現，當(dāng)激發劑Na2CO3的(de)摻入量爲(wèi)13.12kg/m3時，鋼渣碳(tan)化磚的抗(kàng)壓效果最(zuì)好。

除了Na2CO3溶(rong)液外，也可(kě)以以熟石(shí)灰爲激發(fa)劑，當加入(ru)到💃鋼渣與(yǔ)熟☂️石灰質(zhi)量比爲0.20時(shi)，碳化磚強(qiang)度達到最(zuì)佳值，且抗(kàng)壓和抗折(shé)強度爲對(dui)比磚(未加(jia)熟石灰)的(de)4～5倍，摻入激(ji)發劑的碳(tan)化磚在吸(xī)水率、幹燥(zào)收縮率及(jí)安定性方(fāng)面🤟也達到(dào)了良好的(de)指💚标。

從上(shang)述試驗結(jié)果可以看(kan)出，在制備(bèi)鋼渣碳化(hua)磚的過程(cheng)中，摻入一(yi)定量的激(jī)發劑會使(shi)鋼渣的碳(tàn)化速率以(yǐ)及碳💔化磚(zhuan)的性能得(dé)到很大提(tí)高，但激發(fa)劑的💞用量(liang)需🌈适當，如(rú)果摻入量(liàng)過多，不僅(jin)會造成原(yuán)料的浪費(fèi)，而且🐅有些(xie)種類💛的激(ji)發劑⛹🏻‍♀️過量(liang)使用還會(hui)減弱鋼渣(zhā)的碳化效(xiào)果。

此外，有(you)研究者向(xiàng)鋼渣中摻(chān)入砂子和(hé)石子等原(yuan)料，經✔️碳化(huà)養護一定(dìng)時間後，制(zhi)備滲水路(lu)面磚，在進(jin)行增重率(lü)、透水系🙇‍♀️數(shu)、抗壓強度(du)等實驗室(shì)測試後，發(fā)現🔴該滲水(shuǐ)路面磚滲(shen)水性能、安(an)定🔴性等均(jun)達到标準(zhun)，同時以此(ci)方法得到(dào)的滲水磚(zhuān)兼具強度(du)高、多孔結(jie)構吸聲減(jiǎn)噪、補充地(dì)下水分且(qiě)美化城市(shi)環境等優(you)點。

也有學(xué)者基于此(cǐ)項碳化技(ji)術，向鋼渣(zha)中加入一(yi)定量的膨(péng)脹珍珠岩(yan)制備得到(dao)牆體輕質(zhì)闆材，強度(dù)高且質量(liàng)輕☔；摻入抛(pao)光🏒廢石粉(fěn)制備得到(dao)人造大理(li)石，不僅可(ke)以節省原(yuan)材料，而且(qiě)有助于有(yǒu)效解決空(kong)氣中粉塵(chen)污染的問(wèn)題；同時，碳(tàn)化後的鋼(gang)渣也可以(yi)代替部分(fen)水泥作爲(wei)吸聲材料(liao)：在吸聲材(cai)料中摻入(ru)30%～50%的碳化鋼(gang)渣後進行(háng)吸聲性能(néng)的測試，結(jie)果表明，摻(chān)入的碳化(huà)鋼渣對材(cái)料的強度(dù)和吸聲性(xìng)能并無不(bú)利影響，而(er)且減少了(le)部分水泥(ní)用量，這說(shuo)明鋼渣碳(tàn)化技術的(de)應用不僅(jǐn)可以🐪綠色(sè)高效地利(li)用固體廢(fèi)棄⭕物，同時(shi)也達到了(le)節約資源(yuan)、降低生産(chan)成本的效(xiào)果，實現環(huan)境效益與(yu)經濟效🍉益(yi)相統一。

碳(tan)化鋼渣技(ji)術可以廣(guang)泛應用于(yu)建築領域(yù)，作爲主要(yào)🔞原料或摻(chān)入料生産(chan)制備鋼渣(zha)水泥、鋼渣(zha)磚、砌塊、牆(qiáng)體材料、吸(xi)聲材料🌂等(deng)，以上制品(pin)具有強度(dù)高、安定性(xing)好、耐磨損(sun)、耐腐蝕等(deng)🌈優點，但由(you)于鋼渣本(běn)身活性較(jiào)低，即使在(zai)最佳工藝(yi)條件下碳(tàn)化後，仍有(yǒu)部分鋼渣(zhā)碳化不完(wan)全，這又降(jiàng)低⭐了鋼渣(zha)的利用率(lü)。 

展望

目前(qian)，我國仍爲(wèi)發展中國(guo)家，爲解決(jue)“雙剛性”矛(mao)盾，必須要(yao)👉注重資源(yuan)的綜合利(li)用。現階段(duan)，鋼渣仍是(shì)我國🚶‍♀️鋼鐵(tiě)行業的主(zhu)要固體廢(fei)棄物之一(yi)，碳化技術(shù)的應用不(bu)僅💞可以緩(huǎn)解溫室效(xiào)應，還可以(yi)解🌍決鋼渣(zha)大量堆存(cún)、利用🚶率低(dī)的問題，實(shí)現資源的(de)綜合利用(yong)與開發。但(dan)鋼渣碳化(huà)制品制備(bei)技術目前(qian)仍🈲處于實(shí)驗室🔞階段(duan)，所以，爲了(le)這一技術(shu)的廣⭐泛應(yīng)用與開發(fā)，應對⛹🏻‍♀️以下(xià)幾個方面(miàn)進一步研(yan)究：

(1)對鋼渣(zha)的物質組(zǔ)成和化學(xue)性質進行(hang)深入研究(jiū)，鋼渣成分(fen)的🚩多變性(xing)将會導緻(zhì)化學反應(ying)的不穩定(dìng)性及反應(ying)産物的多(duō)樣性，使得(de)研究結果(guǒ)具有較大(da)波動性和(hé)差異性。因(yin)此，進一步(bù)探索鋼渣(zhā)成分及性(xìng)能對研究(jiu)碳化機理(li)、揭示反應(yīng)規😍律具有(you)重要意義(yi)。

(2)鋼渣的碳(tan)化過程将(jiang)會受到很(hen)多因素的(de)影響，雖然(ran)㊙️已經🔞有學(xué)者對影響(xiang)因素進行(hang)了大量的(de)探索與研(yán)🏃‍♀️究，但仍缺(que)乏系統性(xing)和深入性(xìng)，根據以上(shang)綜述，溫度(dù)、pH值及水化(huà)程度三個(ge)影響因素(sù)仍作爲主(zhǔ)要研究對(dui)象。而且在(zài)碳化反應(ying)📐中，泌水結(jié)團現象及(ji)CaCO3殼的形成(cheng)🏃🏻阻礙CO2的擴(kuò)散，從而阻(zǔ)礙反💁應的(de)進行，以上(shàng)問題有待(dài)進一步研(yán)究😄解決。

(3)爲(wèi)了使鋼渣(zha)碳化制品(pǐn)制備技術(shu)廣泛應用(yòng)于工業🐅生(shēng)産💃🏻，我們仍(reng)需開發新(xin)技術，研發(fa)新設備，爲(wei)鋼渣的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻碳(tan)化提供穩(wěn)定㊙️良好且(qie)投😍入低廉(lian)的環境，使(shǐ)鋼渣碳🌈化(hua)技術真正(zheng)從實驗室(shì)階段進入(ru)到實際生(sheng)産階段。使(shi)其在變廢(fèi)爲寶、保✍️護(hù)生态環境(jing)的同時🌈實(shí)現利益🔱的(de)最大化，真(zhēn)正做到經(jīng)濟、環境和(he)社會效益(yi)相統一🏒。

作(zuò)者：魏欣蕾(lei)、倪文、王雪(xuě)、李克慶