掺改性煤气化渣水泥新拌浆体与减水剂相容性研究

煤气化渣是一种富含铝硅酸盐矿物的煤化工固体废料,机械粉磨与化学激发改性后的煤气化渣可作为复合硅酸盐水泥的活性混合材使用,可以有效减少水泥建材生产制备过程中的碳足迹。为明确掺改性煤气化渣水泥新拌浆体的工作性能,本文通过研究煤气化渣-水泥复合浆体的流动度、ζ-电位和粒径分布,对煤气化渣-水泥二元体系与减水剂相容性进行了评价。结果表明:经二乙醇单异丙醇胺助磨改性后的煤气化渣是一种介孔材料,在掺量不超30 % 的情况下,具有较好的工作性;聚羧酸系减水剂对掺改性煤气化渣水泥新拌浆体的分散性和流动性有利,且表现出修正Bingham流体特征。实验结论对研究煤气化渣-水泥二元体系的工作性能以及与减水剂的相容性有较高的理论参考价值。     

黄磷渣改性对水泥复合胶凝材料性能的影响

本文通过石灰和偏高岭土复掺方法对黄磷渣水泥进行改性研究,用混合正交试验方法研究不同掺量的偏高岭土和石灰复合对水泥性能的影响,结果表明:当黄磷渣掺量在30%时,偏高岭土与石灰复合改性对胶凝体系的早期力学性能有显著增强效果,同时缩短磷渣水泥的凝结时间,使其达到P·O42.5水泥的性能要求。利用30%磷渣、6%偏高岭土和2%石灰的最佳配比作为水泥混合材,改性后的磷渣水泥早期水化过程加快,减少Ca(OH)2_量,提升其早期强度。     

胶结剂种类及掺量对尾砂胶结膏体充填材料性能的影响

对三种胶结剂的不同掺量对粗、细尾砂胶结膏体充填材料性能的影响规律进行了试验研究,并对部分硬化体进行了扫描电镜分析。试验结果表明,无论尾砂是粗或细,均随胶结剂外掺量增加,硬化体7d和28d抗压强度增加,但对料浆析水率影响不大;对于细尾砂,在5%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比纯硅酸盐水泥(包括复合硅酸盐水泥)强;对于粗尾砂,在30%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比硅酸盐水泥弱。扫描电镜分析表明,在胶结膏体充填材料中矿渣基复合胶结剂水化产物比纯硅酸盐水泥水化产物分布均匀,前者比后者显微结构更密实。对胶结膏体充填材料的增强机理分析表明,增加充填集料之间的胶结连结、晶体连结能有效提高充填硬化体强度。结论是要制备低胶结剂掺量的胶结膏体充填材料,分散胶结剂水化产物是有效措施。     

聚合铝对锂渣-水泥复合胶凝材料 水化硬化特性的影响

锂渣具有火山灰活性,可作为辅助性胶凝材料应用于水泥基材料中,但其较低的水化活 性导致材料的力学性能和耐久性能下降。 针对锂渣在复合胶凝材料中的低水化程度,本文采用 一种无机高分子聚合铝作为激发剂来提升锂渣的水化反应活性,通过测定材料的胶砂强度、化学 结合水量等宏观性能,并结合水化放热特性、水化产物矿物组成及背散射显微形貌等微观表征, 分析了聚合铝对锂渣－水泥复合胶凝材料水化特性的影响及作用机理。 结果表明:聚合铝的掺入 显著提高锂渣－水泥复合胶凝材料２８ｄ龄期的抗压强度和化学结合水含量,分别增长了２６*８％ 和５％;早期水化反应中,聚合铝的掺入加速了锂渣－水泥复合胶凝体系的矿物相溶解和晶体的生 长,增加了水化产物的成核总量,水化产物中出现了大量的钙矾石、水化铝酸钙、氢氧化钙及非晶 态水化凝胶;聚合铝的掺入促进了锂渣－水泥复合胶凝体系的水化和锂渣颗粒的溶解与侵蚀。     

硅酸盐水泥改性磷建筑石膏及水化机理研究

研究了普通硅酸盐水泥对磷建筑石膏凝结时间、力学性能及耐水性的影响规律。对改性的早期水化反应进程,硬化体的水化产物及微观形貌进行了分析。结果表明:当水泥掺量在10%以内时,掺入普通硅酸盐水泥可以有效提升磷建筑石膏的后期强度和耐水性。当水泥掺量超过10%后,硬化体长期浸泡水中会生成延迟钙矾石,导致试件膨胀开裂。     

响应曲面法优化硫铁矿烧渣生产水泥工艺条件

以硫铁矿烧渣为外加剂,水泥熟料、脱硫石膏、粉煤灰为原料,制备复合硅酸盐水泥。以28 d抗压强度为评价指标,选取硫铁矿烧渣掺量、水泥熟料掺量、灰渣比为影响因素,运用Minitab软件进行试验设计,建立响应曲面回归模型,进行响应曲面分析,优化配合比。结果表明,最佳工艺条件为:硫铁矿烧渣掺量为14%,水泥熟料掺量为70%,灰渣比为1.2。在此条件下,试验制得的水泥28 d抗压强度可达48.66 MPa。     

钢渣电解锰渣赤泥复合胶凝材料的水化热研究

本试验选用电解锰渣、赤泥、钢渣作为混合材制备复合胶凝材料,系统优化混合材配比,利用微量热仪法测试了不同掺量混合材的复合水泥水化热,结合复合水泥胶砂强度情况,采用X射线衍射分析了混合材对水泥早期水化及其火山灰放热行为的规律和影响机理。结果表明:当混合材掺量为50%,赤泥:电解锰渣:钢渣为1∶2∶3时,复合水泥胶砂28 d强度可达到38.6 MPa;与普通硅酸盐水泥相比,钢渣、电解锰渣、赤泥的掺入可消耗多余Ca(OH)2,有助于水泥水化产物中钙矾石的稳定,并且C-S-H凝胶矿物相发育得到一定改善。复合胶凝材料水化放热速率降低,放热峰延缓出现,放热总量显著减少。     

液化油渣萃余物大规模气化行为

煤液化油渣萃余物气化制氢既可有效解决油渣萃余物的处理问题,又可为煤直接液化装置提供所需的原料氢气,是实现液化油渣萃余物资源化利用的有效途径。针对液化油渣萃余物大规模气化应用中的关键问题,开展了液化油渣萃余物的气化反应活性、干粉输送特性及灰渣特性的相关研究,对液化油渣萃余物的干粉气化适应性进行了评估。在此基础上,依托国家能源投资集团低碳研究院3 t/d规模的密相输送和气化中试试验装置开展了相关中试试验研究,重点考察了其工艺稳定性、液态排渣情况、气化性能指标等,提出了液化油渣萃余物大规模气化的整体解决方案。最后,依据中试试验结果,运用数值模拟方法分析了在神华鄂尔多斯煤气化制氢装置进行萃余物掺烧对其气化性能的影响。结果表明,萃余物焦的气化反应活性优于煤焦,萃余物焦添加后,混合物焦的气化反应活性有所提升。当萃余物的含量不高于20%时,含萃余物混煤可在背压4 MPa、压差0.5 MPa、管径25 mm工况下稳定输送。当萃余物含量高于20%时,混煤的熔渣由玻璃渣转变为结晶渣,在气化过程中有堵渣风险。中试试验验证发现：掺混20%萃余物的混煤在中试装置中气化时,气化炉排渣口发生较为严重的堵渣现象,而当...     

磷石膏—磷渣基复合胶凝材料强度和水化特性研究

为实现磷石膏、磷渣固废材料的再生利用,提高工业固废的利用率,以磷石膏、磷渣作为主要原料,采用水玻璃、水泥熟料和磷石膏共同激发磷渣活性制备磷石膏—磷渣基复合胶凝材料。分别探讨磷石膏掺量、水玻璃掺量和磷渣粉磨制度对磷石膏—磷渣基复合胶凝材料强度的影响;并运用SEM、XRD分析磷石膏—磷渣基胶凝材料硬化体的微观结构及组成形貌。结果表明:磷石膏掺量低于50%时,复合胶凝材料各龄期强度与磷石膏掺量成反比;当m(磷石膏)∶m(磷渣)∶m(熟料)=20∶72∶8,水玻璃掺量为1.5%时,胶凝材料28 d抗压、抗折强度均达到最大值,分别为43、6.3 MPa;较单独粉磨磷渣与水泥熟料而言,混合粉磨制度会产生“微介质效应”,有利于提高复合胶凝材料强度;复合胶凝材料主要水化产物为C—S—H凝胶与钙矾石,钙矾石与未溶解的磷石膏作为骨架被生成的C—S—H凝胶包裹、充填、交织在一起,形成致密结构;复合胶凝材料用于替代水泥作为矿区充填材料时推荐磷石膏掺量为20%～40%。     

脱硫灰渣的改性及其对矿渣基充填料性能的影响研究

为解决脱硫灰渣堆放所带来的环境污染问题,并以其和其他固废为主要原料生产矿山井下充填所需的低成本充填料,在对脱硫灰渣进行改性的基础上,以改性脱硫灰渣、增强剂、石膏、矿渣、尾砂为原料进行了充填料性能试验,并对充填料试件的水化产物进行了SEM分析。结果表明:(1)改性剂CHJ-1可在掺量为2%、改性温度为120℃、改性时间为12 h情况下使脱硫灰渣中CaSO_3的含量降低48.30%。(2)改性脱硫灰渣掺量的变化对充填料浆流动性影响不大。改性脱硫灰渣掺量从10%提高至15%,充填料浆的沉缩率明显减小,各龄期试件的抗压强度均明显增大;改性脱硫灰渣掺量继续提高至20%,充填料浆的沉缩率显著增大,各龄期试件的抗压强度均明显减小。改性脱硫灰渣掺量为15%时充填料浆扩展度为152 mm、沉缩率为1.41%,充填料试件7 d、28 d的抗压强度分别为1.28 MPa和2.86 MPa,满足矿山井下充填要求。(3)改性脱硫灰渣能成功激发矿渣发生水化反应,水化产物主要是棒状的钙矾石、团簇状的水化硅酸钙凝胶,它们之间相互穿插形成的空间网络结构使充填料试件具有结构强度,且随着养护龄期的延长,水化产物数量增多,充填料试件的抗压强度提高。     

硫铁矿尾矿矿渣改良混凝土力学性质与耐久性

为了研究黔北地区的硫铁矿矿渣在代替混凝土骨料后混凝土的力学性能，采用X衍射仪对黔北地区的硫铁矿尾矿进行物相和矿物成分的分析，用硫铁矿尾矿矿渣来制备硫铁矿尾矿矿渣改良混凝土，并对其力学性质和冻融特性进行研究。结果表明:硫铁矿尾矿矿渣掺量的增大可以延长了改良混凝土的凝结时间，而在硫铁尾矿矿渣掺量为20%以及混凝土的水灰比为0.40时，改良混凝土的7 d抗压强度和28 d抗压强度较大。在同一水化时间下，混凝土的水化放热速率、水化放热量以及DTA值随着硫铁尾矿矿渣掺量的增大不断降低。同时，随着冻融次数的不断增大，混凝土的抗压强度不断减小，且抗冻性指标也不断减小，这说明了冻融循环作用可以削弱水泥固化土抵抗变形能力和降低承载力的作用。      

钢渣粒度分布对钢渣水泥胶凝性能的影响

为了给钢渣水泥用钢渣粉的颗粒级配优化提供指导,研究了不同研磨时间下钢渣粉的粒度特性以及相应钢渣水泥的胶凝性能,并运用灰色关联分析方法计算了钢渣粉各粒级与钢渣水泥胶砂强度的关联度。结果表明：随着研磨时间的延长,钢渣的比表面积增大,活性增强,从而使钢渣水泥胶砂的抗折强度和抗压强度都得到提高。钢渣粉中小于20 μm的颗粒、特别是10~20 μm粒级对钢渣水泥胶砂的强度起促进作用,而大于20 μm的颗粒对钢渣水泥胶砂的强度起阻碍作用,因此要使钢渣水泥具有更好的胶凝性能,应设法提高-20 μm尤其是10~20 μm粒级的含量,同时减少+20 μm粒级的含量。     

Mineral matter transformation during Sasol-Lurgi fixed bed dry bottom gasification – utilization of HT-XRD and FactSage modelling

Coal is generally accepted to be a heterogeneous resource where coal properties can vary extensively between geographical sites or within a mine. However, detail coal characteristics are essential to predict gasification performance. Mineral matter transformation and slag formation are specific properties of a coal source that provide more information on the suitability for combustion or gasification purposes. Therefore, the chemistry and mineral interaction have to be understood in order to determine the suitability for fixed bed gasification purposes with regards to mineral matter transformations and slagging properties.The principle aim of this paper is to understand the chemistry and interpret mineral matter transformation during Sasol-Lurgi fixed bed dry bottom (S-L FBDB) gasification by means of high temperature X-ray diffraction (HT-XRD), in combination with FactSage modelling.Conventional ash fusion temperature (AFT) analyses are currently used to predict slagging properties of coal sources. Normal AFT analyses give an average flow property and do not indicate exactly at what temperature the first melt/slag is occurring. Operating experience indicates that even when the gasifiers are operated at temperatures above the flow temperature as given by AFT analysis, a low percentage of slag is formed. The HT-XRD findings were further supported with FactSage thermochemical modelling of the gasifier, and indicated that feldspar formation (including anorthite) correlated with slag formation at temperatures around 1000 °C.It can be concluded that HT-XRD and FactSage modelling supply insight into specific mineral reactions and slag formation. Although the amount of melt was fairly low at 1000 °C, a percentage of melt is definitely present, which at this temperature is not reflected by AFT analyses. The specific value for Sasol in using FactSage, in combination with HT-XRD is that it can be used to analyse equilibrium conditions for reactions occurring between inorganic and organic materials together, as well as provide insight into mineral transformation and slag formation. This can improve the interpretation of flow properties of the reacted mineral matter in coal and assist in identifying and quantifying slag formation in gasifier operation at temperatures not reflected by normal AFT analyses.     

气流床煤气化过程中氯元素的迁移特性

采用神府煤的多喷嘴对置式水煤浆气化装置与采用安徽煤的Shell煤粉气化装置为对象,通过对煤灰、气化生成灰渣以及废水中氯元素含量的分析以及热力学分析,研究气流床煤气化过程中氯元素的迁移特性。研究结果表明：采用神府煤的多喷嘴对置式水煤浆气化装置中,煤中氯元素主要进入废水中,约为88.81%;采用安徽煤的Shell煤粉气化装置中,进入废水中的氯元素为43.03%,存在于粗渣和飞灰中的氯元素分别为34.93%,15.42%;氯元素主要在煤热解过程中释放出来,释放量与最终废水中的氯元素所占比例基本相当;气化温度和进料形态（水煤浆或煤粉）能显著影响产物中氯元素的存在形式,HCl气体的比例随气化温度的升高而降低,水煤浆气化比煤粉气化产物中含有更多的HCl气体;采用安徽煤的Shell煤粉气化装置,Na,K,Cl元素在飞灰中相对富集,这使得最终排放的废水中氯元素的量减少。     

矿粉/偏高岭土对天然水硬性石灰早期性能的影响

天然水硬性石灰(NHL) 在古建筑修缮工程中的应用效果是水泥和传统气硬性石灰所无法比拟的,但早期性能发展偏慢的特性使其应用受限。本文研究了矿粉/偏高岭土改性NHL早期硬化过程中物理力学性能、水化放热特性、物相组成和转变以及微观结构演变过程,系统地评估了矿粉/偏高岭土对NHL基材料早期性能发展的影响。结果表明:矿粉可以改善NHL基砂浆的流动性;矿粉/偏高岭土通过火山灰反应生成水化铝酸钙(C₃AH₆)、水化碳铝酸钙(C₄A?H₁₁) 以及水化硅酸钙(C—S—H),可促进NHL基材料凝结硬化、显著提高其抗压及抗折强度。本研究为推动火山灰质材料复合NHL在古建筑修复工程中的应用提供参考。     

掺高镁镍渣的硅酸盐水泥力学性能和微观结构研究

为探究高镁镍渣掺量对水泥浆体凝结时间及硬化体力学性能、微观结构的影响,研究了不同配合比条件下高镁镍渣/水泥浆体凝结时间及力学性能,通过XRD、SEM分析了高镁镍渣掺量对硬化体的物相组成 、微观形貌的影响,利用比表面积分析仪分析了高镁镍渣掺量与硬化体孔结构发展的关系。结果表明：①高镁镍渣的掺入,延缓了浆体的凝结时间;在30%高镁镍渣的掺入情况下,高镁镍渣/水泥硬化体的初凝和终凝 时间分别为103 min、314 min,相比未添加高镁镍渣时分别延长了66.13%、69.73%。②随着高镁镍渣的掺入,各龄期硬化体抗压强度先增大后减小;当高镁镍渣掺量为20%时,硬化体7 d、28 d抗压强度分别为39.4 MPa、52.8 MPa,比空白组分别高出17.61%、16.82%。随着高镁镍渣的掺入,各龄期硬化体抗折强度先增大后减小;当高镁镍渣掺量为20%时,硬化体7 d、28 d抗折强度分别达到6.5 MPa、8.2 MPa,与空白组相比,分 别提高了16.07%、7.89%。③X射线衍射分析表明,高镁镍渣的掺入促进了二次水化的发生;扫描电子显微照片反映了高镁镍渣对硬化体微观结构密实化的优化作用;孔结构分析证明了高镁镍渣微颗粒的填充作用,细 化了孔隙。研究结果可为高镁镍渣在水泥中的应用提供技术支撑。     

Carbonation of composite cements with high mineral admixture content used for radioactive waste encapsulation

Carbonation of ordinary Portland cement occurs naturally. This process is, however, not sufficient for the application of CO₂ sequestration due to the very slow kinetics of the diffusion-controlled process. The present study shows that the carbonation can be enhanced in the hardened cement systems blended with blast furnace slag or pulverised fuel ash under the condition tested. Both blended systems, with a very high replacement level of Portland cement with slag or fly ash, indicated nearly two times of CO₂ intake compared to the pure Portland cement system in the particle form, and the system with blast furnace slag gained significantly more CO₂ than other samples in the powdered form. The carbonation of the slag containing particles appeared to result in a significant release of H₂O, which may have caused the coarse pore structure due to the shrinkage of C–S–H. This seems to be a very attractive system to capture CO₂ as the sufficient level of porosity and free water could be maintained in the system. The lower Ca²⁺ concentration in the system appeared to favour the formation of vaterite as the carbonation product.     

煤制天然气气化工艺及型煤气化经济性的研究

为了对煤制天然气项目气化工艺的选择和型煤气化可行性与经济性进行研究,通过对GSP干粉煤气化、Shell干粉煤气化、BGL固定床液态排渣加压气化和Lurgi碎煤固定床干法排渣加压气化进行对比分析研究,并以新疆某年产20亿m3煤制天然气项目为基础,对型煤气化工艺进行可行性与经济性分析。     

基于混料试验设计优化煤气化复配助熔剂

为降低安徽淮南煤气化过程中煤灰熔融温度,解决高灰熔融温度煤在液态排渣气化炉的应用问题,利用混料试验设计对1号(钙基助熔剂)、2号(镁基助熔剂)和3号(铁基助熔剂)3种煤气化复配助熔剂进行优化,并以煤灰流动温度为评价指标,优选出所选助熔剂的最佳复配条件,并建立数学回归模型。结果表明:回归模型得出的煤灰流动温度预测值与试验实测值相差在20℃以内;通过混料试验设计,3种助熔剂的质量分数分别为0、0.47和0.53时,对所选煤样的助熔效果最佳,且数学回归模型预测结果与验证试验结果一致。