论文部分内容阅读
CO2是人类可控的对地表暖化影响最大的温室气体。矿物碳酸化是目前唯一永久储存CO2的方法。转炉钢渣(Basic Oxygen Furnace Slag,BOFS)是一种炼钢副产物,因其含有不稳定组分影响其在建材方向的再利用,而这些不稳定成分可作为CO2固定的原料。电去离子浓缩液(Concentrated Water from Electrodeionization,CW-EDI)是电去离子过程中产生的含有高浓度Na+和Ca2+的水体,再利用途径少。本研究首次将CW-EDI引入BOFS的CO2固定过程,探讨BOFS在CW-EDI中的浸出行为、操作条件对BOFS和CW-EDI碳酸化的影响及碳酸化处理CW-EDI的可行性,同时评估BOFS用于水泥取代的性能。主要研究成果如下:(1)BOFS在CW-EDI中的浸出过程基本可以在10 min内完成。BOFS中Ca2+的浸出动力学及CW-EDI中OH-的浓度变化皆符合一级质量损失模型。CW-EDI中过高的初始Ca2+浓度和pH会阻碍BOFS中Ca2+的浸出。溶液pH为7,初始Ca2+浓度为803 mg L-1时,Ca2+的浸出速率最高,为1.797 min-1。在BOFS的浸出过程中,没有Na+从BOFS中浸出。在高钠水体中,BOFS可以去除水体中的Na+,并在短时间内达到平衡。(2)反应时间、旋转填料床转速、液固比、混合液流速对BOFS的碳酸化影响较大,且其作用效果与具体的操作有关。气体流速产生的影响较小。表面包覆模型可以用于描述BOFS和CW-EDI在旋转填料床中的碳酸化动力学。BOFS可得最大碳酸化转换率为60.9%。在碳酸化过程中,液相pH随着反应的进行呈先下降后不变的趋势;液相中的Ca2+浓度呈先下降后上升的趋势;Na+呈先下降后不变的趋势。(3)添加BOFS可以降低OPC的蒸压膨胀率。同时,碳酸化具有稳定BOFS的作用。10%和15%的未碳酸化BOFS及10%的碳酸化后BOFS取代OPC后的水泥砂浆具有比纯OPC砂浆更优越的抗压性能。综合考虑工程性能、经济环境效益,碳酸化前、后BOFS取代OPC的推荐取代比例分别为15%和10%。