二氧化碳矿化碱基固废制备建材工艺规程编制说明

附件2：

中国循环经济协会团体标准

编制说明

标准名称：二氧化碳矿化碱基固废制备建材工艺规程

主要起草单位：四川大学

2024年9月

1

编制说明的内容包括：

一、工作简况；

包括任务来源、协作单位、中国循环经济协会标准（以

下简称：中循协标准）主要起草人及其所做的工作等

二、工作主要过程；

三、确定中循协标准主要技术内容（如技术指标、参数、

公式、性能要求、实验方法、检验规则等）的论据（包括试

验、统计数据）；

四、主要试验（验证）的分析、综述报告，技术经济论

证，预期的经济效果；

五、采用国际标准的程度及水平的简要说明（适用时）；

六、与现行的法律、法规及国家标准、行业标准的关系；

七、重大分歧意见的解决过程、依据和结果（适用时）；

八、贯彻中循协标准的要求和措施建议（包括组织措施、

技术措施、过渡办法等内容）；

九、标准发行范围和数量的建议；

十、其它应予说明的事项。

2

一、工作简况

1.1标准制定的必要性

我国堆积的工业固废主要包括能源及煤化工行业生产的煤灰/煤渣、冶炼废

渣、煤矸石、副产石膏和电石渣等，2023年产量已经超过40亿吨，这给生态环

境和安全生产带来较大的影响。传统方法通常是利用固废直接制备混凝土、固废

砖或水泥掺合料，当其应用到建材领域中时，固废中的碱性组分不仅会逐渐腐蚀

混凝土中的钢筋，还会缓慢与空气中的二氧化碳发生反应，在体积膨胀效应下会

对钢渣基混凝土建材造成长期损伤。相比之下，通过引入二氧化碳矿化技术对固

废进行处理，不仅能够通过酸碱中和反应降低固废中碱基组分的含量，减少对混

凝土的腐蚀或损害作用，而且生成的碳酸盐能够填充建材结构中的孔隙，提升固

废建材的力学性能。

同时，国务院在《2030年前碳达峰行动方案》中强调要加快在工业领域的

碳减排，同时加强大宗固废（如煤矸石、粉煤灰、钢渣、电石渣等）综合利用，

支持大掺量、规模化、高值化利用，加快大宗固废综合利用示范建设。住房和城

乡建设部在2022年3月也印发了《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》，

指出以城乡建设绿色发展和碳达峰、碳中和为目标，推动完善建筑节能与绿色建

筑法律法规。在政策的驱动下，采用二氧化碳矿化固废制备绿色建材技术的开发，

逐渐受到燃煤电站、钢铁、水泥和煤化工等行业的重视。

基于此背景，中国工业节能与清洁生产协会于2022年12月14日发布的团

体标准《二氧化碳矿化养护制备高值建材关键设备》（T/CIECCPA017-2022），该

标准主要对二氧化碳矿化养护制备高值建材关键设备进行了规定，并未提及二氧

化碳矿化固废制备绿色建材的工艺技术、实验方法以及产品的评价标准。这使得

大部分企业现阶段都秉持着“想用却不敢用”的态度，使其建筑行业的实际应用

过程受到限制。四川大学从事二氧化碳矿化固废技术开发多年，已经形成了完整

的固废矿化制备建材的工艺路线，建立了多套千吨级、万吨级二氧化碳矿化固废

的示范装置，相关工艺技术的开发已经较为成熟。因此，四川大学特申请制定《二

氧化碳矿化碱基固废制备建材工艺规程》的技术标准，以推动矿化绿色建材在实

际生产中的应用。

3

1.2任务来源

根据《中国循环经济协会标准管理办法(试行)》的有关规定，经中国循环经

济协会标准化工作委员会及相关专家技术审核，批准《二氧化碳矿化碱基固废制

备建材工艺规程》团体标准制定计划。本标准由四川大学提出，中国循环经济协

会归口。

1.3标准起草单位

本标准的主要起草单位为四川大学，负责整体协调与推进，组织召开工作会

议，汇总各方意见，主导标准草案的编写与修改。中石化碳产业科技股份有限公

司、中煤科工开采研究院有限公司、东方电气集团东方锅炉股份有限公司、四川

发展环境科学技术研究院有限公司、四川博菲硕科技有限公司、南京师范大学、

上海优华系统集成技术股份有限公司等各参加单位主要是提供各自领域的专业

意见与技术支持，参与标准草案的编写与评审，协助开展需求调研与意见征集工

作。

1.3主要起草人及其所做的工作

本文件主要起草人：岳海荣、叶晓东、尹希文、庄原发、杨秋林、冯浩、赵

传文、梁斌、陈文钢、陈军、赵建伟、马奎、王超、宋磊、周昶安、陈曦、李高

龙、王海妹、黄显著、冷冰、王慧珺、邢怀杰、于秋鸽、崔勇、胡世磊、钟瑞、

席向峰、王剑峰、刘吉顺。主要负责前期政策和市场等需求调研、标准草案编写

等工作。

二、工作主要过程

标准计划制定后，主要按照以下工作步骤开展：

（1）2023年12月，成立标准起草小组，查找国内外相关技术资料、国家

的碳减排政策，分析现有固废利用或建材制备标准的不足与局限性；

（2）2024年1月~2月，起草小组深入相关企业进行调研，收集行业内对固

废制建材产品等相关标准制定的需求；

（3）2024年3月，征集各单位有关的产品工艺，共征集到四种建材产品生

产工艺；

（4）2024年4月~5月，对各工艺进行整合，结合国内外相关标准与最佳实

4

践，编写标准草案，明确标准的适用范围、术语定义、制备方法、技术要求、试

验方法等内容；

（5）2024年6月~7月，邀请专家对标准草案进行初步评审，根据专家意见

进行修改完善。

（6）2024年7月~9月，邀请专家对标准草案进行中期评审，根据专家意见

进一步修改完善，形成标准征求意见稿。

（7）2024年10月~11月，将征求意见稿发往相关单位与个人，广泛征求意

见，汇总并处理反馈意见，对标准草案进行进一步修改。

（8）2024年11月~12月，组织召开《二氧化碳矿化碱基固废制备建材工艺

规程》标准送审会，通过审查后形成报批稿，提交至相关部门进行审批。

三、确定中循协标准主要技术内容

1.标准架构

本标准包括范围、规范性引用文件、术语和定义、工艺技术、产品质量和检

验方法、环保安全要求等6个方面内容。

2.范围

本标准适用于二氧化碳矿化碱基固废制备建材的工艺与质量要求，其中碱基

固废是指以氧化钙镁为主要成分的工业固废或其他固废，包括冶炼废渣、电石渣、

赤泥等，通过二氧化碳矿化碱基固废制备建材工艺规程能够生产混凝土、砖、人

造骨料和辅助胶凝材料等系列可用于建筑行业的建材产品。

3.术语和定义

本标准确定了3个术语及其定义。

4.工艺技术

本标准通过结合固废治理需求、二氧化碳减排需求和建材产品应用场景等，

提出二氧化碳矿化碱基固废制备建材的工艺技术规范。从矿化技术的技术原理、

主要原料、主要设备和工艺流程4个方面进行规定。

（1）技术原理：在矿化反应过程中，碱基固废中的碱性氧化物（以M·O表

示）与气体中的二氧化碳（CO2）发生反应并生成碳酸盐（M·CO3）

（2）主要原料：碱基固废、二氧化碳气体、外加剂、工业用水。

5

（3）主要设备：固废破碎机、固废球磨机、粉体混料机、粉体造粒机、建

材成型机、矿化反应器、建材养护箱、引风机等。

（4）工艺流程：本文件涉及的工艺流程主要由固废预处理工段、固废材料

复配工段、固废基建材成型工段、建材矿化养护工段四个工段组成。

工艺流程简要介绍如下：

将来源于固废堆场或反应装置的固废在固废预处理工段进行破碎、研磨等预

处理，得到粒径小于300μm以下的粉末；在固废材料复配工段将不同固废粉末

计量称重后，加入工业用水以不同复配方法制备复配固废材料，并根据建材产品

的实际应用需求添加0.01%~5.0%的外加剂；在固废基建材成型工段采用压力机或

造粒机将固废复配材料进行成型处理，制备得到立方形状、球形颗粒或粉末状料

胚；在建材养护反应工段对成型后的固废基建材料胚放置于矿化反应器中，通过

引风机将二氧化碳气体通入矿化反应器，使固废基建材料胚在二氧化碳环境下进

行矿化养护，达到规定龄期后放入空气养护箱中进行空气养护；养护完成后即可

得到固废基建材产品。

该方法已经在固废矿化制备混凝土、砖材、人造骨料、辅助胶凝材料等系列

产品中得到验证，主要产品如图1所示。

图1固废基建材产品（混凝土、砖材、人造骨料、辅助胶凝材料）

5.产品质量和检验方法

主要对产品质量及其对应的检验方法进行了规定。主要是固废基混凝土质量

要求应符合GB/T11968的有关规定，固废基砖材质量要求应符合GB/T21144的

有关规定，固废基人造骨料质量要求应符合GB/T17431.1的有关规定，固废基

辅助胶凝材料质量要求应符合JG/T486的有关规定

6.环保安全要求

对核心工段建材矿化养护过程涉及的二氧化碳泄漏、噪声、三废排放情况等

安全环保要求进行了规定。

四、主要试验的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果

6

本标准的分析主要是验证二氧化碳矿化碱基固废制备建材工艺规程的可行

性，该工艺已经在本标准起草单位及相关单位的大量实验室研究和工业示范中得

到了验证。例如：四川大学在内江、开远等地开展十万吨级固废基人造骨料示范、

浙江大学在嘉兴落地百万吨固废基混凝土CO2矿化利用示范、宝武环科山西资

源循环利用有限公司在太原开展的千吨级固废基砖材矿化利用示范和钢渣基辅

助胶凝材料矿化利用等系列示范项目。

（1）碱基固废矿化制备固废基混凝土/砖材

碱基固废矿化制备固废基混凝土/砖材已经在“十三五”重点研发计划中在

河南焦作建立的万吨级CO2矿化养护加气砖示范装置中得到验证，经过第三方

检测机构检测，该生产线以40%高炉渣、5%铝渣、21%粉煤灰、30%水泥、4%

硫酸钙的配比制备了固废基混凝土砌块，产品性能在B06干密度级别的抗压强

度达到4.5MPa，满足GB/T11968的有关规定；以50%钢渣、20%粉煤灰、30%

水泥制备的固废基实心砖材，产品的抗压强度能够达到30.0MPa，以25%钢渣、

20%粉煤灰、20%电石渣、25%高炉渣和10%水泥制备固废基实心砖材，产品的

抗压强度能够达到21.5MPa，均能够满足GBT21144的有关规定。

以固废基砖材的制备为例，在预处理工段，通过破碎结合研磨的方法将固废

研磨至100μm以下的粉末；按照表1进行固废材料复配；在建材成型机将复配

好的固废材料进行预成型，成型压力为18.0MPa；在矿化反应器中对成型的固

废基混凝土料胚进行矿化反应，通入工业烟气（CO2体积浓度为99.99%、温度

为25℃、相对湿度为80%RH），矿化时间为4h；然后在空气养护箱中进行空

气养护，保证养护温度为25℃，相对湿度为50%RH~70%RH，养护28天即可

得到固废基砖材产品。

表1固废基砖材实验方案

配比（wt.%）养护压力/

样品液固比

钢渣粉煤灰高炉渣电石渣水泥MPa

A1600--40

A25010--40

0.251.0

A34020--40

A43030--40

B120202020200.1

B220202020200.20.5

B320202020201.0

7

B425202520100.21.0

如图2所示，可以看出，在不同固废基砖材配方下，经过矿化处理的砖材产

品性能均明显提升，均达到GBT21144中MU15的强度等级和C级的密度等级，

能够满足部分建筑行业的应用需求。

图2不同配方下固废基砖材的抗压强度

（2）碱基固废矿化制备固废基人造骨料

以大宗固废钢渣和电石渣为原料，硫酸钠作为外加剂制备固废基人造骨料。

在预处理工段，通过破碎结合研磨的方法将钢渣研磨至300μm以下的粉末；按

照表2进行固废材料复配；在团球造粒机中将复配好的固废材料进行造粒，通过

向转盘或筒中不断添加原料并喷洒6%的工业用水，以助于成核过程；在矿化反

应器中对成型的固废基人造骨料料胚进行矿化反应，通入工业烟气（CO2体积浓

度为20%、温度为60℃、相对湿度为80%RH、压力为常压），矿化时间为12h；

然后在空气养护箱中进行空气养护，保证养护温度宜为25℃±2℃，相对湿度

宜为70%RH~90%RH，分别养护3、7、14和28天，即可得到固废基人造骨料

产品。

表2固废基人造骨料实验方案

配比（wt.%）

样品液固比

电石渣钢渣硫酸钠

CS0098

CS101088

CS20207820.21

CS303068

CS404058

值得注意的是，在材料复配阶段，液固比过低时（<0.15），材料难以成型，

8

液固比过高时（>0.45），掺有部分固废的复配体系容易形成浆液状态；在矿化反

应阶段，矿化时间过短（<4h），固废基建材料胚的矿化反应不充分，活性组分

难以完全得到应用，矿化时间过长（>144h），造成能耗浪费。

由图3和图4可以看出，经过矿化处理后，固废基人造骨料的单颗强度明显

提升，在空气养护3天的条件下，最高能够使骨料强度从1.23MPa提升至2.58

MPa，吸水率从12.34%降低至9.20%。这一结果表明，在矿化养护过程中，电石

渣中的碱性氧化物可能转化成碳酸盐，不仅有利于材料孔隙填充，还能提升材料

结构的致密性，进而增强骨料力学性能，降低骨料吸水性能。因此，经过矿化处

理后的固废基人造骨料具有更优异的性能。

图3不同电石渣掺量下固废基人造骨料的颗粒强度

（a）电石渣含量；（b）空气养护龄期

图4不同电石渣掺量下固废基人造骨料的颗粒强度

（a）电石渣含量；（b）空气养护龄期

按照GB/T17431.1规定的实验方法，对上述最优配方（钢渣78%、电石渣

20%、硫酸钠2%）的固废基人造骨料进行了检测，得到了如表3所示的测试指

9

标。可以看出，通过本矿化工艺制备的固废基人造骨料能够满足相关国家标准的

技术指标，具有可应用性。

表3固废基人造骨料性能指标与国标对比

要求项目国标GB/T17431技术指人造骨料性能测试数据

标

筒压强度≥1.5MPa≥15.0MPa

1h吸水率≤10%9.2%-9.9%

较粗集料(粒径>5mm)软化系数≥0.81.1

较粗集料软化系数≥0.80.9

粒型系数≤2.01.2

硫化物和硫酸盐含量/%≤1.00.86

氯化物含量/%≤0.020.003

硫化物含量/%≤1.00.86

含泥量/%≤3.00.1

泥块含量/%≤1.00.2

煮沸质量损失/%≤5.01.2

烧失量/%≤5.04.9

放射性符合GB6566的规定符合GB6566的规定

（4）碱基固废矿化制备固废基辅助胶凝材料

以废弃混凝土再生微粉和粒化高炉矿渣为原料，制备固废基辅助性胶凝材

料。在预处理工段，通过破碎结合研磨的方法将废弃混凝土和粒化高炉矿渣研磨

至150μm以下的粉末；按照表4进行对再生微粉和粒化高炉矿渣进行复配，加

入液固比为0.25的工业用水；采用筛分装置对固废复配材料进行筛分，得到粒

径小于150μm以下的固废粉末；在矿化反应器中对固废复配粉末进行矿化反应，

通入烟气（CO2体积浓度为20%、温度为25℃、相对湿度为80%RH、压力为

0.1MPa），矿化时间为12h；将矿化后的固废复配材料置于105℃恒温干燥箱

中烘干至恒重，即可得到固废基辅助性胶凝材料产品。

表4固废基人造骨料实验方案

配比（wt.%）

样品液固比

水泥熟料矿化再生微粉粒化高炉矿渣

PC10010000

PC909055

0.25

PC8080510

PC70701515

10

PC60602020

PC50502525

为了评价固废基辅助性胶凝材料的活性，按照表4的配比配置复合胶凝材料

并制备成复合胶凝材料净浆体系，将复合胶凝材料净浆倒入模具中，在温度为

25℃±2℃、相对湿度90%RH下养护24h，脱模后再养护1、7、28天得到混

凝土块，根据混凝土块的抗压强度性能反映固废基辅助性胶凝材料的活性，结果

如图5所示。可以看出，当水泥替代量为50%时，本工艺以再生微粉和粒化高炉

矿渣制备的固废基辅助性胶凝材料，当水泥替代量低于40%时，1、7、28天活

性指数均大于120%、92%和90%，达到了JG/T486的规定（1、7、28天活性指

数要求分别大于120%、65%和65%）。说明通过矿化反应能够克服传统辅助性胶

凝材料替代量低、活性指数差的缺点。

图5不同配比下复合胶凝材料的抗压强度

在最优配比下（30%掺量），采用JG/T486的相关规定对固废基辅助性胶凝

材料进行检测，得到了如表5所示的测试指标。可以看出，通过本矿化工艺制备

的固废基辅助性胶凝材料能够满足相关行业标准的技术指标，具有可应用性。

表5固废基辅助性胶凝材料性能指标与国标对比

要求项目国标JG/T486技术指标人造骨料性能测试数据

细度（45μm筛余）（质量分数）/%≤3028

流动度比/%≥95102

活性指数（1d）/%≥120121.2

活性指数（7d）/%≥65102.7

活性指数（28d）/%≥6593.2

含水量（质量分数）/%≤1.00.96

氯离子含量（质量分数）/%≤0.060.003

SO3含量（质量分数）/%≤3.52.1

11

胶砂抗压强度增长比≥0.950.98

合格或压蒸膨胀率不大于0.46%

安定性

0.50%

放射性符合GB6566的规定符合

此外，本标准的贯彻实施经济效益和社会环境效应是显著的。本标准的发布

有利于规范我国固废矿化制备绿色建材的工艺技术，能够实现多重目标。其一是

能够实现固废的资源化利用，解决我国大量工业固废的处理问题，能够推动燃煤

电站、钢铁、水泥和煤化工等行业的循环经济发展；其二是实现大规模的CO2

减排，我国具有矿化固碳能力的工业固废（钢渣和电石渣等）年排放量超过20

亿吨，如果这些废渣用于矿化固定烟气CO2，则可矿化固定超1亿吨CO2，这将

有助于我国低碳产业链形成，配合全国碳交