矿渣基胶凝材料固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

以矿渣部分或全部替代水泥，与垃圾焚烧飞灰和脱硫石膏组成胶凝材料，研究随矿渣掺量变化，胶凝材料对垃圾焚烧飞灰重金属的固化效果。结果表明：随着矿渣替代水泥量的增大，净浆试块抗压强度呈现先增大后减小的趋势；当飞灰掺量为20%、矿渣掺量为70%、脱硫石膏掺量为10%时制成的净浆试块，在温度为35 ℃、湿度为95%下养护28 d，试块的抗压强度达到47 MPa，重金属元素Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn的浸出浓度均低于饮用水标准；对Pb、Cr的固化效果明显优于纯水泥胶凝体系。XRD和FT-IR检测表明：该矿渣基胶凝材料水化生成的主要产物有钙矾石、C—S—H凝胶和水铝钙石，水化产物对重金属离子有良好的包裹作用。矿渣基胶凝体系比水泥基胶凝材料体系在固化垃圾焚烧飞灰重金属方面优越性明显。     

冶金渣基胶凝材料固化生活垃圾焚烧飞灰的性能研究

以矿渣、钢渣、脱硫灰和磷酸淤渣为原材料,优化4种原料的配合比,制备出冶金渣基胶凝材料,考察其对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化性能。结果表明:当m（矿渣）:m（钢渣）:m（脱硫灰）:m（磷酸淤渣）=36%:32%:12%:20%时,冶金渣基胶凝材料净浆试块的抗压强度达35.2 MPa。随着垃圾焚烧飞灰掺入量从10%增加到80%,固化体的强度不断下降;但是,当垃圾焚烧飞灰掺量高达到80%时,固化体抗压强度仍达2.2 MPa,Pb、Zn、Cr、Hg和As的固化率仍超过99%,垃圾焚烧飞灰固化体的抗压强度和重金属浸出浓度均满足《生活垃圾卫生填埋场污染控制标准（GB 16889—2008）》的要求。      

胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰固化机理研究

为确定低成本、安全、高效处置危废城市垃圾焚烧飞灰(MSWI)的方法,以钢渣微粉、矿渣粉、脱硫石膏、垃圾焚烧飞灰和尾砂为充填材料,进行了砂浆流动性能和胶结充填料强度试验,根据胶结充填料强度确定了胶凝材料的最优配比,并通过X射线衍射(XRD),红外(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析了净浆试块的微观结构和水化产物。试验结果表明,当垃圾焚烧飞灰掺量为15%、钢渣微粉掺量为4%、脱硫石膏掺量为14%、矿渣粉掺量为67%时,料浆的流动度为260 mm,满足自流型胶结充填的流动性需求,充填料试块28 d的抗压强度为24.54 MPa,满足矿山充填强度要求;充填料试块养护28 d重金属离子浸出浓度全部低于饮水标准;冶金渣-垃圾焚烧飞灰胶凝材料水化产物主要有钙矾石、C—S—H凝胶和Friedel盐。     

垃圾焚烧飞灰-矿渣基胶凝体系和固镉研究

本研究以城市垃圾焚烧飞灰、矿渣及脱硫石膏作为胶凝材料,以尾矿砂为骨料制取高性能胶结充填材料对飞灰中的重金属镉进行固化处理。在满足矿山充填要求及环境无害的前提下,探索飞灰-矿渣基胶凝体系制成的充填材料中飞灰的极限掺量、（胶凝材料之间的配比、飞灰-矿渣基胶凝体系的最佳料浆浓度及）矿渣的最佳比表面积,并运用X射线衍射（XRD）对制成的净浆试块进行分析。此研究为解决飞灰中有色金属镉的污染问题提供解决思路和方案,为含镉地下充填体的长期稳定性提供理论参考。     

垃圾焚烧飞灰-矿渣基胶凝体系及固镉研究

以城市垃圾焚烧飞灰、矿渣及脱硫石膏作为胶凝材料,以尾矿砂为骨料制取高性能胶结充填材料对飞灰中的重金属镉进行固化处理。在满足矿山充填要求及环境无害的前提下,探索飞灰-矿渣基胶凝体系制成的充填材料中飞灰的极限掺量、料浆中胶凝材料间的配比、最佳料浆浓度及矿渣的最佳比表面积,并利用X射线衍射(XRD)对制成的净浆试块进行分析。此研究为解决飞灰中有色金属镉的污染问题提供解决思路和方案,为含镉地下充填体的长期稳定性提供理论参考。     

钒钛矿渣制备全固废胶凝材料的初步研究

为大宗利用钒钛冶金渣，减少废弃物堆存及资源浪费。现利用承德钒钛矿渣、钢渣和脱硫石膏制备全固废胶凝材料，研究不同钒钛矿渣掺量、不同养护温度对胶砂试块抗压强度的影响，阐述钒钛矿渣-钢渣基胶凝材料的水化机理。结果表明：当水胶比为0.38，钒钛矿渣、钢渣、脱硫石膏分别占胶凝材料的58%、30%、12%时，制备的胶砂试块抗压强度最高。养护温度对胶砂试块早期抗压强度有明显影响，养护温度30 ℃时胶砂试块3 d抗压强度为养护温度45 ℃时3 d抗压强度的1.85倍。XRD、SEM、IR等分析表明：水化产物主要为钙矾石（AFt）和C-S-H凝胶；随着水化反应的进行，水化产物不断增多，C-S-H凝胶与AFt交错生长，结构致密，从而保证了胶砂试块抗压强度的增长。     

精炼渣基矿山充填胶凝材料制备及水化机理

精炼钢渣(精炼渣)大量堆存污染环境,利用其开发矿山充填胶凝材料,不仅可以解决精炼渣大量堆存 造成的环境污染问题,而且可以降低矿山充填成本。 以精炼渣、矿渣、脱硫石膏为原材料制备三元无水泥矿山充填用 胶凝材料,研究了精炼渣掺量对充填试块力学性能的影响,通过 XRD、TG-DTG、IR、SEM 等表征手段研究了胶凝材料 的水化过程和水化机理。 结果表明:胶凝材料配比为精炼渣占 30%、矿渣占 46%和脱硫石膏占 24%时,充填试块 28 d 龄期抗压强度为 7. 35 MPa,是同条件下水泥充填试块的 1. 52 倍;精炼渣-矿渣-脱硫石膏胶凝材料的水化产物主要为 针棒状钙矾石和 C—S—H 凝胶,随着养护龄期的延长,水化产物不断生成,使得充填体形成具有致密结构的浆体,为 硬化浆体提供强度。 利用精炼渣协同矿渣和脱硫石膏制备矿山充填胶凝材料符合低碳无废发展、保护和改善环境、 提高固废利用率的要求,具有广阔的市场应用前景。     

钒钛矿渣制备全固废胶凝材料的初步研究

为大宗利用钒钛冶金渣，减少废弃物堆存及资源浪费。现利用承德钒钛矿渣、钢渣和脱硫石膏制备全固废胶凝材料，研究不同钒钛矿渣掺量、不同养护温度对胶砂试块抗压强度的影响，阐述钒钛矿渣—钢渣基胶凝材料的水化机理。结果表明：当水胶比为0.38，钒钛矿渣、钢渣、脱硫石膏分别占胶凝材料的58%、30%、12%时，制备的胶砂试块抗压强度最高。养护温度对胶砂试块早期抗压强度有明显影响，养护温度30 ℃时胶砂试块3 d抗压强度为养护温度45 ℃时3 d抗压强度的1.85倍。XRD、SEM、IR等分析表明：水化产物主要为钙矾石（AFt）和C—S—H凝胶；随着水化反应的进行，水化产物不断增多，C—S—H凝胶与AFt交错生长，结构致密，从而保证了胶砂试块抗压强度的增长。     

矿渣石膏基胶凝材料强度影响因素试验研究

为了研发可以替代水泥的无熟料胶凝材料,通过试验探索矿渣比表面积、石膏及复合激发剂掺量3个因素对胶凝材料抗压强度、抗折强度的影响,并对胶凝材料浆体进行XRD图谱和SEM图片分析。结果表明,矿渣比表面积500 kg/m2,石膏掺量10%,激发剂掺量5%,可以获得强度较高的胶凝材料;胶凝材料浆块的主要生成物是钙矾石和水化硅酸钙。     

机械力活化对钼尾矿胶凝性能的影响研究

利用机械力对钼尾矿进行活化,并掺入矿渣、熟料和脱硫石膏制备胶凝材料,并通过XRD、SEM研究机械力活化对钼尾矿胶凝性能的影响。结果表明:机械力活化能够有效改变钼尾矿颗粒粒度分布,激发钼尾矿颗粒的水化反应活性。所制备净浆试块28 d的抗折强度和抗压强度分别可以达到10.1 MPa和63.21 MPa,具有良好的胶凝活性。钼尾矿胶凝材料的水化产物主要是水化硅酸钙凝胶和钙矾石。胶凝材料中钼尾矿的总掺量达到70%,固体废弃物掺量达到87.5%,为固体废弃物的二次利用开拓了新思路。      

钢渣—矿渣基胶凝材料特性研究

以钢渣和矿渣为主要原料,以水泥为碱性激发剂,以盐石膏为氯盐和硫酸盐复合激发剂,制备钢渣—矿渣基胶凝材料。实验结果表明,钢渣、矿渣、水泥和盐石膏的配比为40∶50∶5∶5时,其胶凝材料28 d的强度能够达到20.2 MPa。5%的水泥和5%的盐石膏足以激发钢渣—矿渣基胶凝材料。钢渣—矿渣基胶凝材料的抗压强度是随着矿渣含量的增加而增加。这种材料固废利用率95%,可用于强度要求不高的大体积充填工程。     

基于响应面法的超细矿渣粉-水泥胶凝材料开发及配比优化研究

针对某金矿超细尾砂胶结充填采用水泥胶凝材料经济效益低、充填效果差、充填体无法接顶等问题,利用当地成本低廉的粉煤灰、矿渣、脱硫石膏等工业固废开发低成本矿山充填胶凝材料。首先,在分析原材料物理化学性质的基础上,基于响应曲面法为依据的Box-Behnken试验设计,开展17组配比优化试验;其次,构建以充填体28 d抗压强度为响应目标的二次多项式预测模型,结合方差分析和响应曲面考察各试验因素对响应目标的影响主次关系,以优化胶凝材料最优配比;最后,借助X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、扫描电镜分析(SEM)等微观检测手段,阐明复合胶凝体系中水化产物的类型及强度发展规律。试验结果表明：充填体抗压强度不仅受单一因素的影响,而且受多因素交互作用的影响。水泥与粉煤灰的交互作用影响显著,水泥与脱硫石膏的交互作用影响次之, 粉煤灰与脱硫石膏的交互作用影响不显著。胶凝材料最优配比为水泥添加量27%,粉煤灰添加量48%,矿渣添加量23%,脱硫石膏添加量2%,水玻璃添加量3.5%,芒硝添加量为1.5%,此条件下,充填体28 d抗压强度为3.58 MPa,满足矿山充填采矿要求。复合胶凝体系主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,随着水化反应的进行,二者交错黏结构筑成稳固的空间网络体系,使充填体保持较高的强度性能。     

硼硅比对飞灰玻璃化过程Cr固化赋存形态的影响

以垃圾焚烧厂产生的焚烧飞灰、钢渣、铬渣为主要原料,采用熔融玻璃化方法制备出CaO-SiO_2-Fe_2O_3体系低熔点玻璃固化体。采用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)等分析测试手段研究了硼硅比对垃圾焚烧飞灰玻璃化的影响,考察了不同硼硅比时固化过程Cr赋存形态的变化规律以及Cr的固化稳定性。结果表明,硼与飞灰中高钙形成硼酸钙低熔点矿物相可使飞灰的熔化温度从1 300～1 600℃显著降到950℃;增大硼硅比可抑制铬钾矿的形成,最终形成玻璃体包裹负载Cr的尖晶石相;采用HJ/T 299—2007 《固体废物浸出毒性浸出法—硫酸—硝酸法》评价玻璃固化体的固化稳定性,Cr离子的浸出浓度为0.47mg/L,远低于国标限值。采用飞灰熔融法制备的低熔点玻璃固化体可以将重金属元素Cr稳定固化。     

几种工业固体废弃物对土壤的固化作用

以北京某公路施工工地黄土为土样,用矿渣、粉煤灰和脱硫石膏等工业固体废弃物对其进行了固结试验,并对固结土的固化机理进行了探讨。通过正交试验,确定了固结土抗压强度影响因素的重要性排序为石灰掺量粉煤灰掺量矿渣掺量脱硫石膏掺量;当矿渣、粉煤灰、脱硫石膏和石灰的掺量(与土样的质量比)分别为3.6%,0.3%,0.6%和1.5%时,固结土的抗压强度高达6.26MPa。     

不同掺合料及掺量下铀尾矿水泥固化体力学性能及氡析出率测量实验研究

铀尾矿水泥固化过程中，经常会遇到混合不均匀而导致强度较低、氡析出率高等问题。为了改善固化体的性能，在固化体中掺入一些其他固化材料，例如粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰等。通过调整固化体中掺合料的种类、掺量和养护龄期，测试铀尾矿水泥固化体的饱和含水率、力学强度和氡析出率等性能。实验结果表明：单掺粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰时，铀尾矿固化体7 d、14 d和28 d龄期抗压强度、抗拉强度和抗剪强度均有所提高；从力学性能考虑，效果最好的是养护28 d掺量为25%粒化高炉矿渣固化体，其饱和含水率也最低；掺量越大氡析出率越低，但是效果最好的是掺入25%的粒化高炉矿渣，其次是掺入25%的粉煤灰。该研究成果可为今后铀尾矿库退役治理提供理论参考和决策依据。     

以铅锌尾矿为原料煅烧水泥熟料

以广西河池富源铅锌选矿厂尾矿为主要原料煅烧制备水泥熟料,从不同煅烧温度下熟料成分的差异,水化产物的微观相貌和组成,煅烧过程中重金属的固化与熟料净浆试块的毒性浸出情况,以及熟料净浆试块的力学性能等方面探讨了用该铅锌尾矿制备水泥熟料的适宜工艺条件。试验结果表明:掺有35.4%广西河池富源铅锌尾矿的生料煅烧制备水泥熟料的最佳烧成温度为1 350℃,此时可生成大量有利于熟料强度的C2S和C3S。该水泥熟料的主要水化产物为C—S—H和钙矾石,试块前期强度的主要来源是钙矾石,后期强度的主要来源是C—S—H,C—S—H填满试块内部空隙,增大试块密实度,使试块28 d龄期的抗压强度达到43.68 MPa,与普通硅酸盐水泥P.O 42.5的28d抗压强度指标相当。煅烧过程中Pb的固化率较低,仅为21.16%,而As和Zn的固化率则高达87.61%和91.43%。养护龄期为3 d和28 d的水泥净浆试块浸出液中As、Pb、Zn的含量远低于浸出毒性标准。这种水泥熟料在生产地下胶结充填料的胶结剂方面具有一定潜力。     

尾矿渣复合胶凝材料制备研究

以铁尾矿和铜矿渣为原料,成功制备了尾矿渣复合胶凝材料。通过分析球磨时间、胶砂比、料浆浓度、矿渣用量、碱激发剂、水泥熟料、养护条件与胶凝材料力学性能的关系,探讨矿渣胶凝体系制备过程影响因素,确定矿渣胶凝材料制备工艺条件。当矿渣胶凝体系配比为铜矿渣∶石灰∶石膏=80%∶4%∶16%、矿渣胶凝体系球磨时间25min,充填体中矿渣胶凝体系∶水泥熟料∶氢氧化钠∶铁尾矿=20%∶5%∶0.5%∶74.5%、料浆浓度为75%时为充填材料的最好配比,在此条件下,5%水泥填料,试块28d抗压强度为3.62MPa。试验中尾矿渣复合胶凝材料制备研究满足矿山充填胶凝材料的需求。