蒸压建材生产过程中钢渣安定性处理与活性化利用

钢渣安定性处理过程常常造成胶凝活性的损失。为此，本文利用改性助剂消除钢渣水化过程中产生的氢氧化物并生成胶凝产物，在蒸压建材的生产过程中实现钢渣安定性处理和游离氧化物的活性化利用，并避免单独处置钢渣造成的活性物质损失。研究表明，8%秸秆灰和3%磷酸二氢铵作为复合助剂制备的尾矿-钢渣蒸压试块体积稳定，抗压强度达24.0MPa。通过对蒸压样品游离氧化物消解率、化学结合水量及热重、XRD分析，得出钢渣安定性处理与活性化利用机制：硅质材料与钢渣中f-CaO水化生成的Ca(OH)₂结合迅速生成对体系力学强度有益的水化硅酸钙，避免因大量Ca(OH)₂积累造成体积膨胀；磷酸盐中的NH₄⁺、H₂PO₄^-与f-MgO结合生成磷酸铵镁及其他低溶度积复盐类矿物，进而消除因f-MgO水化生成Mg(OH)₂造成体积膨胀的隐患。试样在180℃蒸压4h后，f-CaO及f-MgO消解率分别可达86.28%、89.73%。本文将为利用钢渣大比例取代水泥和石灰生产蒸压建筑材料提供理论基础，对于提高钢渣利用率、减少碳排放具有重要价值。     

纳米二氧化硅对水硬性石灰胶凝性能的影响

天然水硬性石灰(NHL)是同时具有水硬性及气硬性的无机胶凝材料，主要用作古建筑加固及壁画修复的粘结剂。低等级NHL因其相对较慢的水化或反应速率，存在开裂、耐水性差、Ca(OH)₂浸出等问题。系统地研究了气相纳米SiO₂(粉末状)对水硬性石灰物理性能及微观内部结构的影响。基于天然水硬性石灰和纳米SiO₂的特性，在天然水硬性石灰中加入纳米SiO₂，既可改善NHL的活性，增加胶凝材料的水化硅酸钙含量，又不改变石灰原有颜色。实验研究表明，纳米SiO₂的添入可以使NHL2的等级提升至NHL3.5甚至NHL5。利用XRD、XRF、FT-IR及SEM等表征方法对样品进行微观分析，发现在天然水硬性石灰胶凝材料中生成大量的硅酸钙胶凝材料，使试件结构致密，揭示了天然水硬性石灰材料力学性能提升的原因。     

钙硅比对水热合成水化硅酸钙实验的影响研究

针对钙硅比对水化硅酸钙产品成分与结构影响较大的现象,为了分析这种影响规律,实验过程中按照不同钙硅比配入原料,采用水热合成法制备水化硅酸钙,实验最终得到了钙硅比对产物水化硅酸钙物相微观结构以及聚合度的影响规律.对实验产物进行XRD分析发现,随着钙硅比的升高,分析结果中出现了Tobermorite(托勃莫来石)以及硬钙硅石的相.通过对产物SEM分析发现,随着钙硅比的升高,产物颗粒表面微观结构变得疏松.通过红外分析发现,产物聚合度随着钙硅比的升高而降低.     

动态水热法合成超轻硬硅钙石的研究

硬硅钙石质隔热材料具有体积密度小,隔热效果好的优点,是优良的保温隔热材料。本研究采用动态水热合成工艺制备硬硅酸钙粒子,研究硅质原料粒径、水固比、添加剂等因素对水热合成产物成份和晶体形貌的影响。在此基础上对制备工艺进行优化,制备出具有中空结构的超轻硬硅钙石二次球团粒子。     

煅烧磷石膏对蒸压硅酸盐制品水化过程的影响

磷石膏经高温煅烧改性后与粉煤灰、砂粉、石灰及水泥熟料等制备蒸压硅酸盐制品,研究了不同温度煅烧的磷石膏对蒸压硅酸盐制品水化过程的影响,用蒸压制品中未反应的Ca(OH)₂量及结合水量分析它们的反应速率,用XRD测定蒸压硅酸盐制品的水化产物,并结合SEM分析,结果表明,经煅烧的磷石膏对蒸压硅酸盐制品的水化有明显的促进作用,托勃莫来石与C-S-H(1)等水化产物的迅速生长而形成密实的水化产物结构是其增强蒸压硅酸盐制品的根本原因。     

煤矸石提铝尾渣水热法制备介孔硅酸钙研究

以煤矸石亚熔盐法提铝尾渣为原料,采用水热法脱钠制备介孔硅酸钙。考察了碱浓度、液固比、反应温度和反应时间对终渣氧化钠含量和介孔硅酸钙生成的影响。对提铝尾渣水热反应前后分别做XRF、XRD、SEM和BET分析,结果表明：在反应温度为190 ℃、碱质量浓度为30 g/L、液固质量比为8时,尾渣氧化钠质量分数可由反应前的19.28%降至0.92%,物相由反应前的硅酸钠钙（NaCaHSiO₄）转化为水化硅酸钙[Ca₅（OH）₂Si₆O₁₆·4H₂O],其孔径主要分布在2~20 nm。反应符合化学反应过程控制,表观活化能为23.11 kJ/mol。     

钙基水热浸出赤泥脱碱试验及机制分析

以Ca(OH)₂为脱碱剂水热浸出赤泥脱碱,考察了Ca(OH)₂掺量、反应温度、液固比对赤泥脱碱率的影响,同时对赤泥脱碱过程进行机理分析和浸出动力学分析。研究结果表明,在Ca(OH)₂掺量为60%(质量分数)、反应温度为250 ℃、液固比为8 mL/g的条件下,赤泥脱碱率可达到96.3%。Ca(OH)₂可有效脱除赤泥中的游离碱和结构碱,赤泥中的钙霞石和水钙铝榴石被分解,脱碱渣中新相铁钙榴石(水合的)是主要的衍射峰,并且赤铁矿的衍射峰明显减弱,方解石的衍射峰增强。该脱碱过程受固膜内扩散关键步骤控制,线性相关系数都大于0.97,特征常数n<1,表观活化能为5.20 kJ/mol。     

钾基碱性电解水对粉煤灰混凝土性能的影响

碱性电解水具有高活性、强碱性、强离子性和吸附性等优点。利用碱性电解水作为拌合水制备不同取代率的粉煤灰混凝土,系统研究碱性电解水对粉煤灰混凝土的工作性能、力学性能和抗氯离子渗透性能的影响,并结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和差热分析试验(TG/DTA)分析碱性电解水混凝土的水化产物及微观结构形貌。结果表明:碱性电解水能够促进混凝土中水泥早期水化反应,改善混凝土的工作性能,除了生成更多的C-S-H凝胶体和Ca(OH)₂等水化产物外,还生成了钾长石,降低了孔隙率,提高结构密实度,改善了混凝土的力学性能和抗渗性能;同时,碱性电解水在一定程度上可以激发粉煤灰的早期活性效应,使得粉煤灰玻璃体网络结构加速断裂,粉煤灰中的SiO₂和Al₂O₃大量溶出与混凝土中的水化产物Ca(OH)₂发生二次反应,生成更多的硅酸钙和铝酸钙等胶凝性产物。相较于普通自来水混凝土,当粉煤灰取代率为20%和30%(质量分数)时,碱性电解水混凝土的56 d抗压强度分别增长了8.7%和3.5%。     

玻璃粉的火山灰反应及对水化硅酸钙组成的影响

在扫描电子显微镜的背散射模式下采用能谱仪研究了两种细度钠钙玻璃粉的火山灰反应特征及其对水化硅酸钙组成的影响。结果表明:火山灰反应主要在玻璃颗粒的初始边界内进行,并形成一个明显的反应环;玻璃火山灰反应释放大部分的Na,并消耗Ca(OH)2、降低内部和外部水化产物硅酸钙的钙硅比(摩尔比);玻璃所释放出的Na+导致孔溶液碱度增加,促进单硫型钙钒石(AFm)的溶解,使更多的Al进入水化硅酸钙中,提高了水化硅酸钙的铝硅比;钙硅比的降低,增强了水化硅酸钙对Na+的固定能力,使内部水化产物和外部水化产物的钠硅比显著提高。     

硅铝调控与晶种诱导对水热稳定飞灰中重金属的协同影响

研究了选取的粉煤灰、膨润土、高岭土、硅藻土作为外源硅铝调理剂添加与雪硅钙石人工晶种诱导对150℃水热法稳定垃圾焚烧飞灰中重金属Pb、Zn、Cu、Cd、Cr的协同影响。飞灰由于富钙而低硅铝的元素特征,导致其在水热条件下无法直接合成沸石类,Pb的浸出浓度仍然超标;当单一或混合添加硅铝调理剂添加量为10%时,其水热产物中有水钙铝榴石或加藤石生成;提高添加量至30%时,均有目标雪硅钙石的生成,这与30%添加量下飞灰中Ca/（Al+Si）元素比接近雪硅钙石的理想元素比值0.67~1.20直接相关。混合添加30%的粉煤灰与硅藻土为最佳选择,水热产物Pb的浸出浓度降低至0.30 mg·L^-1,且在此基础上再添加3%的诱导晶种可加速从第6 h开始即合成雪硅钙石,并使Pb的浸出浓度下降到最低值0.28 mg·L^-1。硅铝调控（30%的复合硅铝调理剂,其中粉煤灰：硅藻土为1：1）与晶种诱导的协同影响下高效生成雪硅钙石,并显著抑制Pb、Zn等在水热过程中向液相的转移、降低其在水热液相中的浓度,使飞灰中的重金属在水热后确实稳定于水热固相产物中而非迁移至水热液相造成污染转移,真正实现了飞灰中重金属的固定化。     

水化硅酸钙的合成与水泥化学热力学计算

基于水泥科学发展以及实验室合成方法多样化,介绍了水化硅酸钙(C-S-H)的主要合成方法,包括沉淀法、溶胶凝胶法、水热合成法等.根据Gibbs自由能最小化原理可以对不同的实验体系进行水化产物的模拟计算.结果表明:在CaCl2-Si(OH)4-NaOH溶液体系中,随着初始Ca/Si比的增加,合成的C-S-H的Ca/Si比亦增加;在白水泥-石灰石体系中,石灰石的加入使单硫型硫铝酸钙逐渐为单碳型碳铝酸钙替代,抑制了钙矾石向单硫型硫铝酸钙的转化,使钙矾石稳定存在.计算结果与实验结果基本一致,热力学计算可以应用于水化产物的分析.     

苯丙共聚物改性硫铝酸钙胶结料-无水石膏复合体系的水化

采用量热仪、X射线衍射仪、热重、扫描电镜、电感耦合等离子光谱等方法研究了苯丙共聚物（SA）对硫铝酸钙胶结料-无水石膏复合体系早期水化的影响。结果表明:SA会延缓水化进程,减少水化加速期钙矾石（AFt）、单硫型水化硫铝酸钙（AFm）和Al（OH）₃ （AH₃）含量,促进AH₃与石膏和氢氧化钙反应生成AFt,并促进水化后期AFt向AFm转变。同时,SA会迅速降低体系孔溶液的表面张力,随着水化反应进行表面张力趋于稳定;SA也提高了孔溶液的p H值,增大OH^–浓度,影响了体系中Ca²⁺、SO₄^2–和[Al（OH）₄]^–的浓度和比例,减小水化初期水化产物的离子浓度积,降低水化产物析出速率,进而延缓水化进程、减少水化产物。     

钙铝质矿相对碱激发矿渣氯离子固化能力的影响研究

本文提出了一类改性碱激发矿渣胶凝材料,通过在原材料中掺入额外的钙、铝质矿相(Ca(OH)₂和γ-Al₂O₃),促进材料基体中的Friedel's盐(F盐)在氯离子存在条件下的形成,进而提升胶凝材料的氯离子固化能力。本研究探讨了钙、铝质矿物含量对碱矿渣反应产物组成、氯离子固化量以及力学性能的影响。结果表明,钙、铝质矿相的额外补充可显著提高胶凝材料的氯离子固化能力,同时体系的m(Ca)/m(Al)与该能力的相关性较高。物相分析结果表明,钙质矿相的补充使得反应产物中拥有富余的Ca(OH)₂,在氯盐侵蚀作用下,富余的Ca(OH)₂全部转化为F盐或其他物相,证实了体系氯离子固化能力的增强得益于F盐的形成,即得益于化学固氯能力的提升。抗压强度测试结果,表明钙质矿物的掺入对力学性能存在一定负面影响,而铝质矿相的掺入则能够在一定程度上弥补强度损失。     

石灰石干法制备高性能氢氧化钙的工艺及应用研究

干法制备氢氧化钙生产流程简单、生产效率高且具有良好的脱硫效果，但以矿石为原料生产的氢氧化钙在纯度和比表面积等性能方面仍需要提升。为了采用干法制备出高性能氢氧化钙，以某矿山的石灰石为原料，考察水灰比、反应时间、反应温度、添加剂、消化方式对氢氧化钙性能的影响。采用比表面积分析仪、XRD、SEM和FT-IR对样品进行了表征。结果表明：在水灰比(水与石灰质量比)为0.5、反应时间为40 min、反应温度为40℃、添加4%(质量分数)PEG400、3次消化条件下制备的氢氧化钙性能最优，CaO水化率为95.28%、Ca(OH)₂纯度为93.91%、Ca(OH)₂比表面积为52.62 m2/g、Ca(OH)₂气孔容量为0.163 cm3/g，此研究为制备高性能氢氧化钙提供理论基础。     

碱激发钢渣矿渣复合基层材料的强度特性及微观机制

围绕钢渣再利用、钢渣矿渣复合材料强度提升及微观作用机理这3个问题,从无侧限抗压强度和劈裂强度两个指标分析混合料不同养护龄期下的宏观强度,同时进行XRD、SEM和热重分析等微观试验,探讨了在石灰激发作用下,钢渣矿渣基层材料的水化产物生成和强度变化内在机制。强度试验结果表明:当矿渣掺量在10%(质量分数)以内,石灰与矿渣的质量比在1∶1~1∶2时,混合材料各龄期的无侧限抗压强度和劈裂强度较高。微观试验结果表明:适量Ca(OH)₂能够提高矿渣中SiO₂的水化反应速率,从而提升复合材料早期强度。此外,水化反应生成钙矾石、粉煤灰及钢渣中惰性组分的细料填充作用也是材料早强增长的有利因素。而粉煤灰的火山灰效应和钢渣中C₂S的持续水化反应则有助于复合材料后期强度的提升。     

不同形貌的纳米Mg(OH)2催化臭氧化降解甲硝唑

采用化学沉淀法分别以六水合氯化镁和取自察尔汗盐湖的天然水氯镁石为原料制备了不同形貌的纳米 Mg(OH)₂催化剂，通过扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱等手段对所合成的催化剂的表面形貌、晶体结构和表面官能团等性质进行了表征。将两种不同形貌的纳米Mg(OH)₂材料首次应用于催化臭氧化过程，研究了两种不同形貌的纳米Mg(OH)₂[Mg(OH)₂-1和Mg(OH)₂-2]催化剂对甲硝唑的降解和矿化能力。结果表明，在单独臭氧化过程中，反应10min时甲硝唑的降解和矿化效率均较低，分别为51.9%和17.4%，而在臭氧化系统中分别加入Mg(OH)₂-1和Mg(OH)₂-2，甲硝唑的去除效率和矿化效率均明显提高，且Mg(OH)₂-2的催化臭氧化性能要优于Mg(OH)₂-1。另外，单独臭氧化过程、Mg(OH)₂-1催化臭氧化以及Mg(OH)₂-2催化臭氧化过程中甲硝唑的降解均较好地符合伪一级动力学反应模型（R²>0.97）。除此之外，对这两种不同形貌的纳米Mg(OH)₂催化剂的稳定性进行了考察，结果表明，催化剂在循环使用六次后对甲硝唑仍有较高的催化臭氧化去除效率。因此，所合成的两种形貌的纳米Mg(OH)₂催化剂将是一种很有前景的、能用于去除抗生素的臭氧化催化剂。     

高掺量混合材复合水泥的水化性能

通过水化微量热、化学结合水测定和X射线衍射、热重-差热分析、扫描电镜等测试方法研究了3种高掺量矿渣、粉煤灰、石灰石复合水泥的水化性能,并与硅酸盐水泥的水化进行了对比。结果表明：高掺混合材复合水泥的水化放热特征与硅酸盐水泥有明显不同,早期水化反应速度低于硅酸盐水泥,但后期由于矿渣、粉煤灰的二次水化反应使其水化速度增长较快。主要的水化产物亦为水化硅酸钙凝胶、钙钒石和Ca(OH)2晶体,但Ca(OH)2含量明显低于硅酸盐水泥浆体中的Ca(OH)2含量。     

用稻壳灰水热合成硬硅钙石的研究

研究了用稻壳灰作硅质材料水热合成硬硅钙石。结果表明，在合理选择钙硅比、水固比、搅拌时间，反应时间、反应温度等水热合成条件的情况下，稻壳灰中的ＳｉＯ２能够与Ｃａ（ＯＨ）２反应生成硬硅钙石晶体，并且这种纤维状的晶体还能相互交织成二次球形粒子。     

锌酸钙表面沉积Ca Sn(OH)6的制备及锌镍二次电池应用

为了改善锌镍二次电池中锌负极存在的严重极化问题，并提高锌负极的电化学性能和循环稳定性，采用水热–共沉淀法制备了表面沉积CaSn(OH)₆的锌酸钙，研究了CaSn(OH)₆的沉积对锌酸钙的形貌结构和电化学性能的影响。结果表明：水热–共沉淀法可以让CaSn(OH)₆沉积在锌酸钙表面，且制得的锌酸钙结晶度高。Ca Sn(OH)₆的沉积降低了锌酸钙的电荷转移电阻，加快了电化学反应速率，并提升了锌酸钙的耐腐蚀能力和电荷传递速率，有效的改善了锌电极的极化现象。将表面沉积Ca Sn(OH)₆的锌酸钙用作锌镍电池负极活性物质时，电池在0.2 C充放电循环70次后的容量保持率为85.34%。     

钙添加剂对Na2CO3催化高铝煤焦水蒸气气化反应性的影响

以孙家壕高铝煤为实验煤样,将煤样在800℃制成煤焦,采用热重分析仪(TGA)研究了钙添加剂对孙家壕煤焦Na₂CO₃催化水蒸气气化反应性的影响。结果表明：Ca(OH)₂对孙家壕煤焦水蒸气气化具有催化作用,在对孙家壕煤焦进行800℃Ca(OH)₂催化水蒸气气化时,Ca(OH)₂的负载量在15%(质量分数,下同)时达到饱和;通过比较Na₂CO₃和Ca(OH)₂对孙家壕煤焦800℃水蒸气气化的催化活性,发现Na₂CO₃的催化气化活性比Ca(OH)₂的催化气化活性大,负载5%Na₂CO₃和10%Ca(OH)₂的孙家壕焦的800℃水蒸气气化反应性相等;添加10%Ca(OH)₂添加剂可以使负载10%Na₂CO₃的孙家壕煤焦在700℃...