【摘要】：CO2是人類可控的對(duì)地表暖化影響最大的溫室氣體。礦物碳酸化是目前唯一永久儲(chǔ)存CO2的方法。轉(zhuǎn)爐鋼渣(Basic Oxygen Furnace Slag,BOFS)是一種煉鋼副產(chǎn)物,因其含有不穩(wěn)定組分影響其在建材方向的再利用,而這些不穩(wěn)定成分可作為CO2固定的原料。電去離子濃縮液(Concentrated Water from Electrodeionization,CW-EDI)是電去離子過(guò)程中產(chǎn)生的含有高濃度Na+和Ca2+的水體,再利用途徑少。本研究首次將CW-EDI引入BOFS的CO2固定過(guò)程,探討B(tài)OFS在CW-EDI中的浸出行為、操作條件對(duì)BOFS和CW-EDI碳酸化的影響及碳酸化處理CW-EDI的可行性,同時(shí)評(píng)估BOFS用于水泥取代的性能。主要研究成果如下:(1)BOFS在CW-EDI中的浸出過(guò)程基本可以在10 min內(nèi)完成。BOFS中Ca2+的浸出動(dòng)力學(xué)及CW-EDI中OH-的濃度變化皆符合一級(jí)質(zhì)量損失模型。CW-EDI中過(guò)高的初始Ca2+濃度和pH會(huì)阻礙BOFS中Ca2+的浸出。溶液pH為7,初始Ca2+濃度為803 mg L-1時(shí),Ca2+的浸出速率最高,為1.797 min-1。在BOFS的浸出過(guò)程中,沒(méi)有Na+從BOFS中浸出。在高鈉水體中,BOFS可以去除水體中的Na+,并在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡。(2)反應(yīng)時(shí)間、旋轉(zhuǎn)填料床轉(zhuǎn)速、液固比、混合液流速對(duì)BOFS的碳酸化影響較大,且其作用效果與具體的操作有關(guān)。氣體流速產(chǎn)生的影響較小。表面包覆模型可以用于描述BOFS和CW-EDI在旋轉(zhuǎn)填料床中的碳酸化動(dòng)力學(xué)。BOFS可得最大碳酸化轉(zhuǎn)換率為60.9%。在碳酸化過(guò)程中,液相pH隨著反應(yīng)的進(jìn)行呈先下降后不變的趨勢(shì);液相中的Ca2+濃度呈先下降后上升的趨勢(shì);Na+呈先下降后不變的趨勢(shì)。(3)添加BOFS可以降低OPC的蒸壓膨脹率。同時(shí),碳酸化具有穩(wěn)定BOFS的作用。10%和15%的未碳酸化BOFS及10%的碳酸化后BOFS取代OPC后的水泥砂漿具有比純OPC砂漿更優(yōu)越的抗壓性能。綜合考慮工程性能、經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益,碳酸化前、后BOFS取代OPC的推薦取代比例分別為15%和10%。
【圖文】：

和ｆ－ＣａＯ易溶于液相，Ｃａ２＋會(huì)快速溶出。而當(dāng)能快速進(jìn)行碳酸化的ｆ－ＣａＯ和逡逑Ｃａ（ＯＨ）２＿盡后，硅酸鈣鹽類中的Ｃａ２＋擴(kuò)散到顆粒物表面后進(jìn)入液相參與反應(yīng)，逡逑剩下的Ｓｉ０２包覆于硅酸鈣鹽類外層，，阻止后續(xù)Ｃａ２＋的浸出（圖１．１）。磁性物質(zhì)逡逑亦會(huì)在硅酸鹽類表面形成鈍化膜從而阻礙反應(yīng)的進(jìn)行［１４］。另外，研究發(fā)現(xiàn)，碳逡逑酸化生成的ＣａＣ０３也會(huì)沉積在固相顆粒的表面，阻礙顆粒物內(nèi)部的鈣擴(kuò)散進(jìn)入逡逑水體從而降低反應(yīng)速率［１５：｜。在使用堿性廢物作為原料時(shí)，因同種廢物的生產(chǎn)過(guò)逡逑程存在一定差異，其含有的Ｃａ0和其他化學(xué)成分也有所不同，進(jìn)而其固碳量也逡逑有所差別。除此之外，固相顆粒的粒徑也是重要的影響因素，小粒徑顆粒（一般逡逑小于７５邋ｐｍ）的碳酸化效果優(yōu)于大粒徑顆粒的。逡逑媝逡逑圖１．１碳酸化后鋼渣的截面的ＳＥＭ影像逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋ＳＥＭ－ＢＳＥ邋（邋ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ）邋ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ邋ｏｆ邋ｐｏｌｉｓｈｅｄ逡逑ｃａｒｂｏｎａｔｅｄ邋ｓｔｅｅｌ邋ｓｌａｇ邋ｐａｒｔｉｃｌｅｓ邋ｅｍｂｅｄｄｅｄ邋ｉｎ邋ｒｅｓｉｎ邋ｗｉｔｈ邋ＳＥＭ－ＥＤＸ邋ａｎａｌｙｓｉｓ＇１＾１．逡逑改變碳酸化的液相可以有效提高碳酸化效率。Ｆａｕｔｈ等［１４］發(fā)現(xiàn)在液相中加入逡逑０．５邋Ｍ碳酸氫鈉（ＮａＨＣ０３）和１邋Ｍ氯化鈉（ＮａＣｌ）溶液可顯著提高反應(yīng)速率。逡逑這是因?yàn)橄噍^于純水，ＮａＨＣ０３更易與Ｃ０２結(jié)合。其中發(fā)生的反應(yīng)可能為金屬硅逡逑酸鹽與ＮａＨＣ０３反應(yīng)生成碳酸鈉（Ｎａ；；Ｃ0３）、金屬碳酸鹽和娃酸（Ｈ４Ｓｉ0４）（式逡逑（４）

Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ邋ｓｌａｇ．逡逑轉(zhuǎn)爐鋼液（Ｂａｓｉｃ邋ｏｘｙｇｅｎ邋ｆｉｉｒｎａｃｅ邋ｓｌａｇ，邋ＢＯＦＳ）是煉鋼和鋼精煉過(guò)程中產(chǎn)生的逡逑副產(chǎn)物。鋼渣一般以其產(chǎn)生的爐子命名（圖１．２）。轉(zhuǎn)爐鋼渣產(chǎn)生于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，逡逑也稱為Ｌｉｎｚ邋Ｄｏｎａｗｉｔｚ煉鋼法。此法為目前廣泛采用的比較先進(jìn)的煉鋼方法。轉(zhuǎn)逡逑爐鋼渣的產(chǎn)生過(guò)程如圖１．３所示。逡逑首先將鋼碎塊放入爐中，將熔融的鐵快速倒于其上。氧氣噴槍將９９％的純氧逡逑通入爐中，整個(gè)氧吹過(guò)程持續(xù)大約２０－２５邋ｍｉｎ，在此期間強(qiáng)氧化反應(yīng)可以去除鋼逡逑中的雜質(zhì)。在整個(gè)氧吹過(guò)程中要檢測(cè)爐子的溫度情況，因?yàn)樵谔既紵a(chǎn)生的一氧逡逑化碳會(huì)溶于鋼中
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X757

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2659836