粉煤灰-脱硫石膏充填材料性能及微观结构研究

为了有效处理电厂两大工业废渣粉煤灰和脱硫石膏,实现火电厂固废资源化利用。将粉煤灰和脱硫石膏与生石灰、水泥以适当比例混合,通过开展泌水率、流动度、单轴抗压试验、X射线衍射、扫描电镜等实验,综合考虑流动性能和力学性能,得到适宜煤矿充填的粉煤灰-脱硫石膏充填材料配比方案。结果表明：粉煤灰、脱硫石膏、生石灰、水泥以3:1:1:1配比时,该矿物掺和料料浆流动度可达300mm以上、泌水率为4.71%。充填体7d抗压强度大于3MPa,28d抗压强度高于4MPa;随着粉煤灰与脱硫石膏比例的增加,7d强度逐渐增大,28d强度呈现先增大后减小的规律。粉煤灰-脱硫石膏充填材料水化产物主要包括钙矾石、水化硅酸钙、水合碳酸铝钙、石膏。水化产物会填充充填体内部的孔隙结构,宏观表现为提高了充填体强度。     

矿井污泥一步固化法制轻质建材的技术研究

一步固化及加气发泡法是矿井污泥无害化、资源化处理最有效的方法。选取水泥、粉煤灰(煤渣)、河砂、石灰(石膏)、发气物料作为固化加气发泡处理剂,运用正交试验研究了矿井污泥实验条件;并通过抗压强度来评价污泥固化块(轻质建材块)的力学性质;采用XRD和SEM分析污泥固化块(轻质建材块)的组成和微观结构。结果表明,水泥、粉煤灰(煤渣)、河砂、石灰(石膏)的掺比量一定时对污泥固化块(轻质建材块)的抗压强度具有有利影响。该配比的污泥固化块(轻质建材块)对矿井污泥有很好的固化效果。     

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。     

基于超细粒级尾砂的水泥基充填复合材料性能研究

为提高超细粒级尾砂消纳量，降低充填成本，以尾砂替代部分水泥，研究尾砂取代率、粉煤灰掺量和偏高岭土掺量对复合充填材料流动性能、抗压强度、抗氯离子渗透能力、抗硫酸盐侵蚀性能及抗冻融性能的影响。研究结果表明：料浆流动度和抗压强度与尾砂取代率呈负相关，粉煤灰能够改善料浆流动性能，对充填体早期强度具有削弱作用，对后期强度的发展具有改善效果，当粉煤灰掺量为12%时，28 d和90 d抗压强度分别达最大值，为8.03 MPa和8.92 MPa;偏高岭土能够吸附自由水，加速水化反应进程，对料浆具有明显的增稠作用，促进C-S-H凝胶成核，改善充填体内部孔细结构，阻断氯离子传输通道，提高充填体力学性能和抗氯离子渗透性能；在硫酸盐和温度协同侵蚀作用下，充填体试块质量和抗压强度均呈先升高后降低的趋势，钙矾石和石膏的生成，增加了试块质量和抗压强度，但过量的钙矾石导致结构挤压膨胀，充填体出现损伤劣化；随着冻融循环次数的增多，充填体质量损失率和强度损失率逐渐增大，低温降低了水化反应速率，冰晶的膨胀作用，导致水化产物对骨料颗粒的黏结包裹作用减弱。     

水泥增强粉煤灰浆液性能的实验研究

为了满足井下充填堵漏对灌浆防灭火材料的强度要求,在水泥-粉煤灰灌浆防灭火材料的浆液固化实验基础上,结合X射线衍射分析手段,研究了水泥掺量对粉煤灰浆液的初凝时间及抗压强度的影响,并探讨了水泥增强粉煤灰浆液的强度形成机理。结果表明:当灰水比为14∶10,粉煤灰与水泥的添加比例为3∶1,井下胶凝固化剂的添加量为3%~5%时,粉煤灰水泥固化浆液快速初凝,3 d抗压强度为2.91 MPa,14 d抗压强度为7.50 MPa,28 d抗压强度为7.95MPa,完全可以满足井下充填堵漏的需要。水泥水化与粉煤灰水化过程协同相互作用,形成致密界面结构是水泥增强粉煤灰浆液的主要原因。     

中温烟气蒸发脱硫废水干燥过程及产物特性分析

为研究中温烟气旁路蒸发实现脱硫废水"零排放"处理的干燥过程与产物特性,通过建立中试试验装置,在真实烟气环境下研究了中温烟气蒸发脱硫废水过程中的温度变化、产物成分、表观形貌及颗粒团聚特性,结果表明,与低温烟气相比,中温烟气蒸发脱硫废水能够灵活控制干燥塔出口烟温,干燥过程温度变化更为平缓,干燥更加迅速与可靠;脱硫废水干燥产物主要是MgSO_4·H_2O,CaSO_4·0.5H_2O,NaCl,其颗粒为表面粗糙多孔或不完整的空心球体,且颗粒平均粒径远大于粉煤灰平均粒径;粉煤灰中掺入脱硫废水干燥产物后,其比电阻随温度的升高先减少后略有增大,但在120℃后与原粉煤灰的比电阻差别不大;干燥过程中废水雾滴与粉煤灰颗粒碰撞团聚后形成链状、球状或者不规则簇状团聚物,使得颗粒粒径进一步增大,有利于静电除尘的高效收集。蒸发过程中少量HCl析出对烟气系统的影响以及干燥产物对粉煤灰综合利用的影响可分别通过脱硫废水调质与增加单独收尘设备进行解决。     

氯离子对水泥坍落度和抗压强度的影响

探讨了氯离子对水泥浆体坍落度和抗压强度影响。试验表明氯离子在水泥颗粒及水化产物表面的吸附作用是其影响水泥坍落度损失的主要原因，氯离子能提高水泥浆体各龄期强度。     

基于响应面法的煤矸石胶结充填体抗压强度试验研究

煤矸石胶结充填可有效控制煤矿开采造成的地表沉陷,减少环境破坏。为研究细矸率、水泥掺量和料浆质量浓度对充填体抗压强度的影响规律,优化充填材料配比,在单因素试验基础上采用响应面法设计3因素17组配比试验,构建响应面回归模型并计算优化配比,为工程上获得合理充填材料配比提供科学方法。研究表明:单因素对充填体抗压强度的影响大小依次为料浆质量浓度、水泥掺量、细矸率;细矸率和料浆质量浓度交互作用对充填体早期抗压强度影响较小,水泥掺量和料浆质量浓度交互作用对充填体中后期抗压强度影响最大;为满足充填强度要求（一般≥5.0 MPa）,经模型优化确定充填料浆最佳配比为m（煤矸石）︰m（粉煤灰）︰m（水泥）︰m（水）=50%︰22%︰8%︰20%,细矸率为52%时,充填体28 d抗压强度为5.07 MPa,验证试验误差范围在2%左右,模型精准可靠;水泥水化生成Ca(OH)₂激发粉煤灰和煤矸石活性物质生成钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,随着龄期不断增长对胶凝体系起到了良好的连接作用,网状结构更加稳定,能有效提高充填体抗压强度。      

粉煤灰少熟料水泥的制备和水化机理研究

以粉煤灰为原料,添加少量水泥熟料,并以电厂脱硫石膏和NaOH为激发剂研制出一种少熟料水泥,物理性能实验和XRD分析表明,粉煤灰在硫酸盐和强碱叠加等多重激发手段下活性大大提高,充分参与了水化反应,其主要水化产物为无定形三维网状聚合铝硅酸盐凝胶、钙矾石以及水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,该水泥中粉煤灰掺量为65％,28 d抗压强度可达到53.9 MPa,凝结时间和安定性均符合通用硅酸盐水泥现行规范,为粉煤灰的高效利用找到了新途径.     

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。     

胶结剂对全尾砂固结材料孔隙结构的影响

通过掺入一定比例粉煤灰和矿渣代替水泥,用AutoPoreⅣ9500型全自动压汞测孔仪测量不同胶结剂、不同龄期的全尾砂固结材料孔结构,表征胶结剂的胶结性能。结果表明,15%掺量的矿渣的孔结构参数比15%掺量的粉煤灰的孔结构参数更优。水泥、矿渣、粉煤灰三者水化活性活依次降低。随着养护龄期的增加,三种全尾砂试块的孔隙率、平均孔径、孔隙量均减小,分形维数、孔总面积均增大,抗压强度增加。工业试验验证,掺入一定量矿渣与粉煤灰的胶凝剂对水泥的可替代性,且具有成本优势。     

改性生土砌块配合比试验研究

通过单因素试验对改性生土的工程特性进行试验研究,从而确定草筋、粉煤灰、水泥、生石灰的合理取值区间。利用正交试验方法考察各因素对改性生土抗压强度、抗折强度的影响,并对试验结果进行了极差、方差和因素指标分析。结果表明,各因素对改性生土砌块28 d抗压强度的影响顺序为:水泥C草筋A粉煤灰B生石灰D。各因素对改性生土砌块28 d抗折强度的影响顺序为:草筋A水泥C生石灰D粉煤灰B。综合分析各因素对改性生土砌块抗压强度、抗折强度的影响,最终确定改性生土砌块的最优配合比。     

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。     

粉煤灰对水泥土力学性能的影响

以粉煤灰掺量、比表面积、养护方式及硫酸盐质量分数为影响因素,研究掺入粉煤灰后水泥土抗压强度和抗硫酸侵蚀性的变化规律,利用扫描电镜观察粉煤灰水泥土的微观结构.结果表明,在水泥掺量20％的条件下,随粉煤灰掺量增加,水泥土各龄期抗压强度增大,但增大幅度逐渐减小.龄期7 d时,粉煤灰比表面积增大对水泥土抗压强度有显著影响,龄期...     

复合激发剂对大掺量粉煤灰水泥强度的影响

为解决粉煤灰大宗利用的问题, 研究了复合激发剂对大掺量粉煤灰水泥强度的影响及其水化的机理。结果表明:NaOH、Ca(OH)₂、Na₂SO₄三种激发剂协同激发效果显著, 3 d及28 d抗压、抗折强度均超过42.5水泥强度指标; 最终得到粉煤灰胶凝材料的质量配比为:粉煤灰75%、熟料20%、石膏5%、激发剂3%;对制备的粉煤灰胶凝材料进行凝结时间、胶砂流动度、安定性等物理性能进行测试, 结果均达到粉煤灰水泥的国标要求。研究表明:采用复合激发剂可以提高粉煤灰的胶凝活性, 所制备大掺量粉煤灰水泥可以进行工程实用。      

矿渣-脱硫灰基固结剂的尾砂固结效果

为开发利用矿渣和脱硫渣,以矿渣和脱硫灰为主要原料,掺入少量石灰石和活性激发剂后,粉磨制得矿渣脱硫渣基固结剂（矿渣、脱硫灰、石灰石、激发剂的配合比为81∶13∶2.5∶3.5）,并以该固结剂为胶凝材料,以2种不同性质的尾矿为固结对象,对比了固结剂料浆和32.5#水泥料浆的流动度、保水性以及不同养护龄期固结体的无侧限抗压强度。结果表明：固结剂的基本性能指标达到,甚至优于32.5#水泥;固结剂料浆的流动度、保水性均略高于相同条件下的32.5#水泥料浆;提高固结剂的掺量、延长养护时间,其固结体的无侧限抗压强度越高;相同条件下,固结剂固结尾矿的能力明显优于水泥,固结剂掺量为5%时固结体的无侧限抗压强度和水泥掺量为10%的固结体的强度相当。因此,矿渣-脱硫渣基固结剂可以替代32.5#水泥用于尾矿的固结。微观分析表明,随着养护龄期的延长,胶凝材料的水化反应越来越充分,凝胶逐渐充填尾矿颗粒间隙,固结体越来越密实,抗压强度越来越高。