[发明专利]一种中性耐久碳化钢渣人工鱼礁高效制备方法

说明书

本发明公开了一种中性耐久碳化钢渣人工鱼礁高效制备方法。本发明以钢渣除铁二次渣为原料，通过压制成型、碳化养护、水中养护至规定龄期确保安全后，投水使用。钢渣碳化碳化养护1天以内即可达到符合人工鱼礁应用标准的抗压强度，人工鱼礁制备效率高。人工鱼礁投入使用前，进行了水中养护，降低了人工鱼礁投水使用初期由于矿物相变、晶格重组等微观结构变化导致的力学性能降低到最低点时的风浪冲刷等对其损伤破坏的风险，确保了礁体力学性能的稳定性，耐久性更好。制备的人工鱼礁以碳酸钙作为主要结合相，pH为中性，有利于海洋、池塘等水中生物的附着，应用范围广。

技术领域

本发明涉及一种中性耐久碳化钢渣人工鱼礁高效制备方法，属于固废资源化和建筑构件技术领域。

背景技术

人工鱼礁是人为模仿珊瑚礁的功能建造的海底构筑物，为海洋生物提供生存、繁殖的场所，可以提高海洋生物捕获量，改善海域生态环境，是我国海洋渔业发展的重要战略措施。现有的人工鱼礁以混凝土材料为主，混凝土人工鱼礁结构设计方便，适合建造复杂的形状和孔洞结构。同时，混凝土人工鱼礁的结构比较稳定和坚固，可以保证长期投入海底使用时结构的稳定性。然而，混凝土人工鱼礁也存在着一些问题，如混凝土人工鱼礁原料成本较高，pH呈碱性不利于藻类的附着生长等。

钢渣作为钢铁冶金过程中主要的冶炼废渣，2021年，我国钢渣年产1.6亿吨，综合利用率不足35％。钢渣利用方法主要有作为骨料修路、磁选选铁、做胶凝材料填料等。其中，钢渣做骨料仅利用了钢渣耐磨特性，并没有对其矿物组分进行高价值利用。磁选选铁可以回收钢渣中的铁，但是产生的二次渣资源化又成了新问题。钢渣干磨后做胶凝材料填料是我国主要的资源化利用方式，但是钢渣水化活性低，含有钢渣的胶凝材料早期强度降低，且钢渣湿磨后失去了水化活性，无法作为胶凝材料填料。此外，钢渣中含有游离氧化物(f-CaO，f-MgO)，含钢渣的建筑材料安定性极差。因此，钢渣磁选二次渣资源化利用是行业亟需解决的瓶颈问题。然而，钢渣成本比水泥低，且碱度也比水泥低，具有解决混凝土人工鱼礁高成本高碱性问题的潜力。

发明专利CN103159448A公开了一种以钢渣为主要原料的人工鱼礁混凝土材料的制备方法，采用热闷法工艺处理的钢渣按照粒径分别用于粗、细骨料和胶凝材料原料，胶凝材料中还掺入矿渣、水泥熟料和脱硫石膏，浇筑成人工鱼礁混凝土。该专利钢渣渗量不低于75％，适应大体积、大孔洞率和结构复杂人工鱼礁的建造，强度可达54-82Mpa，可满足人工鱼礁的施工和抵御海潮、海浪的冲击。解决了钢渣大量堆积、占用土地、污染环境的难题。还应用了矿渣、脱硫石膏等固体废弃物，固体废弃物利用率达到97％以上。但该专利并未对制备的混凝土人工鱼礁碱性进行跟踪测试，其海洋生物附着性能尚未可知。

发明专利CN110698154A公开了一种钢渣粉人工鱼礁材料及其制备方法，其原料组成为：牡蛎壳粉15～40％；钢渣粉30～60％；粉煤灰5～10％；矿渣粉5～10％；硅酸盐水泥5～10％，采用浇筑成型方法制备。该专利大量利用钢渣粉，工艺简便；所得产品兼顾人工鱼礁早期强度和后期强度，90d强度超过30MPa，能在长期服役中抵御海潮、海浪、海流的影响；人工鱼礁材料表面碱性近中性，有牡蛎壳生活的活性通道，富含铁、钙等元素，为海洋生物提供适宜的聚集生活场所。但该方法原料种类多，当前粉煤灰、矿渣粉等固废已经得到很好的资源化利用，成本也已经很高。

发明专利CN106630789A公开了一种混凝土人工鱼礁材料的制备方法，利用煤渣和高岭土煅烧做骨料，与石膏，水泥混合后在溶洞环境中碳化得到混凝土人工鱼礁材料。其特征在于：养护阶段在溶洞环境中进行，溶洞中的CO₂与物料中生成的氢氧化钙反应生成碳酸钙，从而使碱度降低，脱模后在混凝土表面喷涂壳聚糖，醋酸溶液等所制的混合液，并再次养护。该方法所得混凝土人工鱼礁材料强度高，具有较高的耐久性，且表面涂的壳聚糖可作为微生物生长的营养物质，提高微生物附着量。但骨料煅烧成本较高，工艺复杂，不利于工业化大规模生产。