Carbonation of steel slag at low CO2 concentrations: Novel biochar cold-bonded steel slag artificial aggregates

碳化作用 生物炭 熔渣(焊接) 固碳 材料科学 多孔性 吸附 冶金 化学工程 化学 二氧化碳 复合材料 热解 有机化学 工程类
作者
Jun Liu,Canrong Zeng,Zhenlin Li,Guang Liu,Weizhuo Zhang,Guangming Xie,Feng Xing
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:902: 166065-166065 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.166065
摘要

Carbonation technology resolves the volume expansion of steel slag by combining CO2 with f-CaO, but the previous stringent carbonation conditions (99%vol) significantly limit the application prospect of steel slag. To achieve the carbonation of steel slag at lower CO2 concentrations, a novel cold-bonded artificial aggregates (CASSAs) based on steel slag and biochar is produced in this paper. The carbon capture capacities of CASSAs with different biochar contents (5 wt%, 10 wt%, and 15 wt%) are investigated in a low-CO2 concentration environment (10.79 % vol) and natural environment using the porosity and CO2 adsorption capacity of biochar. The changes in the performance of CASSAs before and after carbonation are investigated at different curing ages (7 d and 28 d). The results reveal that biochar increases the pores of the CASSAs. At 7 d, B15 achieves complete carbonation at low concentrations and can uptake 6.5 wt% of CO2. CO2 adsorption capacity by biochar in the natural environment facilitates the diffusion of CO2 in CASSAs. Regarding mechanical properties, the addition of biochar makes B15 at 7 d half as strong as B0, but B15 exhibits long-term strength development. B15 at 7 d has a strength of 8.49 MPa after carbonation, which is almost the same as B0. In addition, B15 achieves a net CO2 emission of −39.9 kg/ton. This study combines biochar with CASSAs to provide a potential method to carbonate steel slag at low CO2 concentrations. A new methodology was also used to quantitatively assess the ability of biochar CASSAs to solidify CO2 under low concentration conditions and natural environments from a macroscopic perspective. Biochar CASSAs have great potential to realize resource utilization and carbon capture from steel slag.
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