工业固废制备低碳胶凝材料的研究进展

以工业固废制备水泥熟料、全固废无熟料胶凝材料以及固废基碱激发胶凝材料是当前水泥行业节能减排与碳达峰的主要研究方向，是我国绿色循环发展的大势所趋。本文从固废制备水泥熟料、固废制备全固废胶凝材料以及固废基碱激发胶凝材料3个方面介绍目前的研究进展，具体分析了其制备工艺、原材料的选择以及种类的情况，以期为固废利用和水泥行业的节能减排提供参考。     

固废基胶凝剂稳定材料基层性能试验研究

文章采用由多源固体废弃物如煤矸石、赤泥、粉煤灰和活性激发剂制备的绿色胶凝材料，对比试验黏土、砂土、风化砂、碎石4种常用路基材料掺加不同比例固废基胶凝材料和水泥稳定材料的无侧限抗压强度。试验分析表明，黏土与砂土的胶凝材料最佳掺量为8%～10%、风化砂的胶凝材料最佳掺量为5%～7%、稳定碎石的胶凝材料最佳掺量为5.5%、固废基胶凝剂稳定碎石后期强度增长明显优于水泥稳定碎石。     

分解炉内煤矸石悬浮煅烧的数值模拟

煤矸石制备水泥辅助胶凝材料的应用研究对水泥行业的节能减排与大宗固废的高值利用均具有重要意义。本文以河北某地不同矿区的6种煤矸石为原料，采用XRD，热重等方法分析判断其化学成分和矿物组成，通过静态煅烧实验研究了其煅烧活化条件，并通过胶砂实验测定其胶凝活性。结果表明，煅烧温度和时间会影响产品的胶凝活性，煤矸石经过适当的热处理后，可用作辅助胶凝材料替代部分水泥熟料，在实现煤矸石资源化利用的同时，也为水泥工业碳减排提供了新路径。但煤矸石成分复杂，活化煅烧需要注意煅烧制度。采用CPFD（Computational Particle Fluid Dynamics）数值模拟方法模拟了分解炉内煤矸石传热、传质及化学反应，分析了不同工况下分解炉内气固两相流场。结果表明：入炉空气的温度较低时无法点燃煤矸石中的可燃组分，通过高温烟气点火和分级司料可有效解决这一问题。     

煤基固废制备胶凝材料研究进展及应用

煤矸石、粉煤灰、气化渣作为煤炭开采—化工转化—燃煤发电等过程产生的固体废弃物,年排放量超过15亿t,综合利用率约60%,主要以低端建工建材消纳为主,市场趋于饱和。随着环保政策趋近,煤基固废的资源化利用新途径开发迫在眉睫。基于煤基固废具有铝硅酸盐成分、潜在的火山灰活性和特殊的微观结构等胶凝特性,低成本高性能的低碳胶凝材料成为其规模化高值利用的新途径。综述煤基固废胶凝材料的活性激发技术及应用领域。活性激发方面,阐述了物理激发、碱激发和酸激发等活化方式对胶凝材料矿相变化的影响规律和产品性能调控,总结了现有技术的优势和需要解决的问题。应用领域方面,分析了煤基固废胶凝材料在建筑材料、道路修复、环境修复等领域的应用效果。基于上述现状,对煤基固废胶凝材料激发机理研究、组分配比优化、材料环保性能、工程应用推广等未来发展方向进行展望。研究对煤基固废制备胶凝材料具有重要的借鉴意义,为煤基固废规模化利用提供新途径。     

响应面法优化制备硅铝质低碳胶凝材料

本文以两种硅铝质工业固废为反应前驱体，氢氧化钠和水玻璃作为碱激发剂制备低碳胶凝材料。借助响应面法研究硅铝质材料掺量、氢氧化钠和水玻璃掺量对胶凝材料力学性能的影响规律，并利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对水化产物进行矿物组成分析和微观形貌表征。结果表明：硅铝质前驱体含量、氢氧化钠和水玻璃添加量及硅铝质材料掺量和水玻璃掺量之间的交互作用对胶凝材料强度均有显著影响；优化得出的胶凝材料最佳配伍为硅铝质工业固废1掺量30%，硅铝质工业固废2掺量70%，氢氧化钠掺量6%，液体水玻璃掺量12%，胶凝材料28 d强度可达53.13 MPa；氢氧化钠和水玻璃的加入会增加基体材料的碱性，使得反应前期前驱体内部充分解聚，存在更多溶解态Al₂O₃和SiO₂，反应后期缩聚成为C-A-S-H和C-S-H凝胶体，使胶凝材料具备强度。研究成果可用于制备低碳胶凝材料，减少天然黏土采掘，降低建筑材料领域的碳排放，助推双碳目标顺利实现。     

钢渣粉在水泥基材料中应用研究综述

目前,钢渣废弃物堆存造成了严重的环境污染和资源浪费,钢渣资源化利用迫在眉睫。将钢渣粉应用于水泥基材料中,不仅可以提高固废资源利用率,还可以减少天然资源的消耗,替代水泥降低CO₂的排放。本文介绍了钢渣的物理化学特性、胶凝性能和活性激发方式,综述了钢渣粉在混凝土复合胶凝材料、全固废胶凝材料、充填胶结材料、干混砂浆四个领域的资源化利用现状。从凝结时间、和易性、力学性能、耐久性和体积稳定性等方面分析了钢渣粉对水泥基材料性能的影响。掺入适量的钢渣粉,可有效改善水泥基材料的性能,特别是在调控拌合物和易性与提升耐久性方面有显著优势。最后,提出了将钢渣粉应用在水泥基材料中存在的问题和未来的研究发展方向。     

粉煤灰和偏高岭土的溶解动力学研究进展

碱激发材料和矿物掺合料是2种重要的替代硅酸盐水泥的胶凝材料。由于这2种胶凝材料的原材料前驱体一般来自于工业固废，因此被认为是低碳环保的新型绿色胶凝材料。这2种胶凝材料的性能往往取决于其前驱体的溶解活性。本文首先从基础的矿物溶解动力学基本理论出发，综述了硅铝酸盐溶解的理论。其中，反应级数和活化能是表征材料溶解性能最重要的2个参数。此外，还综述了温度、碱度和机械研磨对粉煤灰和偏高岭土的溶解动力学的研究进展。     

KR脱硫渣碱激发矿渣的配比优化及水化特性

KR脱硫渣是铁水脱硫工序产生的废渣,多种固废协同制备胶凝材料是脱硫渣资源化的有效途径。本文利用KR脱硫渣、矿渣和脱硫石膏制备固废基胶凝材料,研究KR脱硫渣和矿渣掺量对胶凝材料力学性能的影响,优化原材料配比。通过XRD、TG-DSC、IR、SEM-EDS和水化热测试方法研究了固废基胶凝材料的水化产物及水化特性。结果表明,固废基胶凝材料优化配比为KR脱硫渣25%(质量分数,下同),矿渣60%,脱硫石膏15%,胶凝材料3 d、28 d、90 d抗压强度分别达到30.01 MPa、49.47 MPa和55.73 MPa。固废基胶凝材料的早期水化放热速率低,3 d累积放热量仅为普通硅酸盐水泥(OPC)的37.9%,其水化产物主要是针棒状钙矾石(AFt)和无定形水化硅酸钙(C-S-H)凝胶。KR脱硫渣中大量的Ca(OH)₂在水化早期可以碱激发矿渣,使玻璃相硅酸盐解体,同时与脱硫石膏反应促进AFt的生成。KR脱硫渣、矿渣和脱硫石膏协同反应使水化后期的水化产物持续增加,相互胶结形成致密结构,有利于强度的持续增长。     

煤矸石制备水泥辅助胶凝材料的应用研究

煤矸石制备水泥辅助胶凝材料的应用研究对水泥行业的节能减排与大宗固废的高值利用均具有重要意义。本文以河北某地不同矿区的6种煤矸石为原料,采用XRD,热重等方法分析判断其化学成分和矿物组成,通过静态煅烧实验研究了其煅烧活化条件,并通过胶砂实验测定其胶凝活性。结果表明,煅烧温度和时间会影响产品的胶凝活性,不同矿物组成的样品需要的煅烧条件不同,所测样品其3 d早期强度相较于基准水泥有所下降,但28 d活性指数增长明显,除#4矿区外均达到了制备辅助胶凝材料的要求。     

典型硫酸盐固废复合胶凝材料制备与微观特性研究

硫酸盐类工业固废造成的环境污染和资源浪费问题引起了国内外学者的广泛关注,当前中国两种典型的硫酸盐类固废(电解锰渣和磷石膏)堆存量巨大,造成严重的环境污染,其无害化与资源化利用刻不容缓。依据电解锰渣、磷石膏两种固体废弃物的特性,利用电解锰渣和磷石膏结合矿渣制备复合胶凝材料,探究了磷石膏和水泥不同掺量对复合胶凝材料硬化体力学性能的影响。通过XRD、SEM和EDS分析了硬化体的物相组成和微观形貌变化特征,同时对硬化体进行毒性浸出测试。结果表明：硬化体各龄期强度随着水泥掺量增加而增大,硬化体各龄期强度随着磷石膏掺量增加而减小。复合胶凝材料较优配合比(质量分数)为电解锰渣为50%、磷石膏为20%、矿渣为30%,水泥外掺12%的硬化体28 d抗压强度为27.1 MPa,硫酸盐固废复合胶凝材料的水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)。养护至28 d的硬化体浸出液中可溶性Mn²⁺、NH₄⁺-N、PO₄^3-和重金属离子浓度稳定后满足GB 8978—1996《污水综合排放标准...     

煤矸石集料煤基固废混凝土性能研究

煤基固废资源化利用是当前研究热点，以煤基固废制作混凝土是解决煤基固废大量积存的重要方向，并且可以有效缓解混凝土天然原材料的大量消耗。研究使用破碎的连续级配煤矸石替换同体积天然碎石，并采用大量粉煤灰作为胶凝材料制备煤基固废混凝土。优化了实际施工过程中煤基固废混凝土的制作方法，探究了材料在标准养护和自然养护条件下的性能，使用SEM进行了分析。结果表明：随着煤矸石替代量的增加，材料自然养护28 d,强度减小明显，浆体坍落度减小明显；标准养护条件下，煤矸石体积率约为35%时，材料强度损失大幅增加；材料自然养护条件下，强度增长率迅速，0～3 d材料强度增长率最高为6.93 MPa/d,为同龄期标准养护条件下的1.8倍。28 d自然养护强度最高为45.5 MPa,为同龄期标准养护条件下的1.6倍。SEM分析发现，自然养护条件下，28 d水化产物较标准养护明显增多，且发现大量二次水化产物。     

利用大宗固废工业化生产地质聚合物材料简述

地质聚合物是绿色新型的铝硅酸盐胶凝材料，资源化综合利用大宗固废生产地质聚合物材料可以显著提升资源环境和经济效益。本文简单介绍了国内部分厂家利用大宗固废工业化生产新型墙材、陶粒、土壤固化剂、水泥混凝土、注浆料、无机聚合涂料及无机地坪等地聚物材料，提出所面临的问题，并对前景进行展望。     

固碳胶凝材料研究进展

固碳胶凝材料是指能与CO₂反应并将其他物料胶结为整体且具有一定机械强度的新型胶凝材料，利用固碳胶凝材料制备碳化制品是CO₂资源化利用的重要途径，也是当前的研究热点。本文在明晰了固碳胶凝材料的定义与矿相组成的基础上，综合分析了固碳胶凝材料主要矿相的碳化反应活性、微结构演变与力学性能以及多介质传输反应机理，介绍了国内外固碳胶凝材料的3种主要体系与应用现状，展望了固碳胶凝材料未来的研究方向与应用前景，为我国水泥工业烟气中CO₂的高效建材化利用提供研究思路。     

复合胶凝体系对砂浆性能的影响

选用3种低钙类辅助胶凝材料粉煤灰、活化煤矸石和烧粘土分别与高钙类辅助胶凝材料矿渣复合掺入到水泥砂浆中,形成水泥-低钙类-矿渣复合胶凝体系。研究结果表明:利用复合胶凝材料优化配伍可以改善砂浆的工作性能,但大部分砂浆试样的保水率仍达不到国家标准要求。就砂浆力学强度而言,在水泥-粉煤灰-矿渣胶凝体系中,粉煤灰占辅助胶凝材料总量40%~60%较为适宜;辅助胶凝材料以粉煤灰为主时,辅助胶凝材料替代水泥量宜控制在40%以下;在水泥-活化煤矸石-矿渣胶凝体系中,活化煤矸石占辅助胶凝材料总量20%~40%较为适宜;辅助胶凝材料以活化煤矸石为主时,辅助胶凝材料替代水泥量宜控制在40%以下;在水泥-烧粘土-矿渣胶凝体系中,辅助胶凝材料以烧粘土为主时,辅助胶凝材料替代水泥量宜控制在20%以下。     

活化赤泥基胶凝材料的抗冻融性能研究

赤泥资源化利用对氧化铝行业可持续发展和环境保护具有重要意义。本文以赤泥和热活化赤泥为主要原料与钢渣等多种固废协同制备赤泥基胶凝材料,并对其抗冻融性能进行了研究。分别对养护14和28 d的胶凝材料试样进行冻融试验,用万能试验机、XRD、SEM、工业CT等检测方法对试样冻融前后的强度、物相、显微结构、孔隙率等进行表征,并对冻融损伤机理进行了探究。结果表明,赤泥基胶凝材料冻融前后的质量损失、强度损失、显微结构差异显著。其中,赤泥-普通硅酸盐水泥胶凝材料较其他赤泥基胶凝材料的抗冻性能优异,其养护14 d试件冻融前后的质量损失和强度损失分别为23.68%和50.75%;用热活化赤泥制备的赤泥-钢渣胶凝材料冻融后的质量损失率较冻融前降低了16.30%。     

固废基路用胶凝材料配制及性能研究

以粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、钢渣、矿渣等工业固体废弃物为主要原料,配制道路水稳层路用胶凝材料,全部或部分替代路用水泥,开展原料预处理加工和配比优化实验,考察原料细度和原料配方对胶凝试块强度的影响。结果表明：通过粉磨机械力活化,可明显增强固废的胶凝活性,其中,适宜的粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、矿渣粉的中位径D50范围为8～12μm,而适宜的钢渣微粉中位径D50为5～8μm之间;通过固废超微粉原料间配方优化,可获得7 d和28 d强度分别为29.3 MPa和37.5 MPa的70%固废掺加量的无机胶凝粉体材料,该固废优化配比为粉煤灰：电石渣：脱硫石膏：钢渣：矿渣=31.8∶13.6∶9.1∶27.3∶18.2,按比例加入30%P·S42.5水泥,在此配方体系下,胶砂试块强度可以达到或超过纯路用32.5水泥强度指标。     

优化煅烧煤矸石胶凝性能的研究

本研究探讨了煤矸石胶凝性能的影响因素，比较了本研究制备得到的煤矸石与矿渣的胶凝性能，并以两种不同的工艺开展了煤矸石制备性能调节型辅助胶凝组分的半工业性试验。研究结果表明，掺有活性组分的煅烧煤矸石的胶凝性能有显著提高；实验室制备的煤矸石与硅酸盐水泥复合后的早期强度要高于矿渣与硅酸盐水泥复合样品的，但是28天强度却低于后者；运用水泥工业中试用回转窑制备的煤矸石与硅酸盐水泥复合后。获得了较好的胶凝性能。     

铁尾矿在电磁吸波建筑材料中的研究进展

铁尾矿是我国大宗工业固废的主要组成部分，库存量大，若不加以处理，将会造成环境污染风险和二次资源浪费，如何高效资源化利用铁尾矿是安全消纳大宗工业固废的重要保障。本文基于铁尾矿的基本性质和利用途径，以及电磁吸波原理，主要介绍了铁尾矿及其改性电磁吸波材料研究，以及铁尾矿在水泥基吸波混凝土和地质聚合物吸波胶凝材料中的研究，着重阐述了铁尾矿在水泥基混凝土中的吸波性能和机理研究进展，探讨了通过地质聚合反应制备铁尾矿基地质聚合物吸波混凝土的可行性及其性能，可为铁尾矿基地质聚合物在多功能建筑材料方面的应用提供借鉴，为提高铁尾矿固废资源的综合利用率，解决尾矿堆积、环境污染等问题提供解决思路。本文旨在总结铁尾矿在吸波建筑材料的研究进展并进一步推动地质聚合物吸波建筑材料的发展。     

煤矸石胶凝材料的试验研究

采用煤矸石活化料、矿渣和熟料作为主要原料,外掺复合激发剂来制备煤矸石胶凝材料。研究了煤矸石活化料掺量、石膏掺量以及激发剂对煤矸石胶凝材料性能的影响;并借助XRD和SEM分析了其水化机理。试验结果表明:煤矸石活化料掺量为60%时,煤矸石充填胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到了15.2 MPa、22.8 MPa和35.5 MPa;石膏掺量为4%时,煤矸石充填胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到了15.7 MPa、24.4 MPa和37.8 MPa;复合激发剂最佳掺量为5%,煤矸石充填胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到了27.5 MPa、35.4 MPa和55.4 MPa。     

水泥工业低碳经济技术的现状与发展方向

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式。水泥工业作为高CO2排放行业,如何适应低碳经济的要求是其面临的重大问题,也是其技术创新发展的源动力。本文概括了优化烧成系统、替代燃料、混合材等当前水泥工业的低碳经济技术,比较了这些技术在国内外水泥工业中的应用与发展状况,展望了其在我国水泥工业中的未来发展趋势。详述了未来水泥工业低碳发展的技术方案,分析了实施这些技术的可行性,提出了短流程工艺、富氧燃烧、节能粉磨、水泥高性能化、绿色新型胶凝材料等涵盖水泥生产到应用的低碳经济技术发展方向。