氢氧化钙的加速碳化机理研究

作     者：李勇 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：常钧;曹明莉

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：矿物碳化 氢氧化钙 压力成型 碳化效率 碳化路径 

摘      要：矿物固碳因其储碳量最大、碳储存时间最长成为最具潜力的固碳方法,且矿物碳化是作为传统石灰质胶凝材料强度的主要来源。通常情况下,矿物碳化可分别在溶液状态下(液固比1)、固体状态下(液固比1)进行。溶液状态下碳化主要是利用溶液萃取可碳化矿物离子,通过向溶液中通入二氧化碳反应生成碳酸盐来达到吸收二氧化碳的目的。而固体碳化法,是对粉末矿物经过压制成型后,将其至于二氧化碳气体气氛中进行碳化。本课题采用固体碳化方法,研究氢氧化钙的碳化机理,为碳化工业废弃物制备建材制品提供理论依据。 本研究分别探讨了试块成型压力、二氧化碳气体压力、外来离子(镁离子,有机大分子β-环糊精等)等因素对氢氧化钙碳化的影响;通过分析碳化效率(碳化增重率)、试块抗压强度、碳化产物晶体形貌等性能参数,提出了新的碳化路径模型。研究的主要工作及成果包括： (1)成型压力的影响：试验结果显示,在不同成型压力下(压力范围0MPa-14MPa),随着成型压力增大,氢氧化钙碳化增重率呈现先升高后降低的趋势,低成型压力有利于矿物早期碳化。而碳化产物形貌也随着成型压力的变化而变化：当成型压力小时,碳化生成的碳酸钙为菱面体状;当成型压力达到8MPa时,生成的碳酸钙变为椭球形,并且产物之间粘结更加紧密,因此间接提高了材料强度。 (2)CO2气体压力的影响：在不同CO2气体压力(0.05MPa-0.50MPa)下,随着气体压力的提高,碳化效率先提高再降低;试块抗压强度随着气体压力提高而增加。且通过碳化增重率及TG结果可知,0.20MPa为最佳碳化气体压力。 (3)外来离子的影响：在外来离子Mg2+及β-环糊精的影响下,氢氧化钙的碳化效率发生了改变。SEM图片显示,适量Mg2+的掺入能够细化碳化产物,使结构疏松;在钙镁摩尔比为5时,碳化增重率达到最大;而β-环糊精的掺入,虽然在前期抑制了氢氧化钙的碳化,但促进了氢氧化钙的后期碳化,并且对碳化产物的形貌产生了很大影响。 (4)碳化路径分析：通过对以上影响氢氧化钙碳化的因素的研究,并结合碳化试块碳化后横截面图片及TGA测试,试验得出了压力成型氢氧化钙试块的碳化过程顺序主要为：首先碳化由外及里进行,但在后期碳化过程中,试块内部的碳化程度逐渐高于外部,这里可以认为碳化由里及外的进行。 在本论文研究的试验条件下,氢氧化钙的碳化产物主要为方解石晶型碳酸钙及少量非晶态碳酸钙。 本论文结论,为矿物碳化的研究提供了理论依据和可靠的参数;并且碳化环境接近自然条件,对仪器设备没有过于苛刻的要求,适合进行大规模的实际应用。