矿渣基胶凝材料固化硫砷渣的研究

利用矿渣基低温陶瓷胶凝材料对硫砷渣进行固化,考察砷渣的石灰预处理、养护条件及砷渣的掺量对固化效果的影响.结果表明:m(石灰)/m(硫砷渣)=0.8是固化硫砷渣最佳的预处理配比;固化体在0.7 MPa压力下养护后强度和As浸出率都较常压养护的好;0.7 MPa压力养护下,随着预处理硫砷渣掺量的增加,固化体的砷浸出浓度逐渐升高,但砷浸出率均低于1％,且预处理硫砷渣掺量小于等于20％时,固化体As浸出浓度能达到国家标准.     

碱激发粉煤灰-矿渣-电石渣基地聚物的制备及强度机理

以粉煤灰、矿渣、电石渣为前驱体,采用氢氧化钠-水玻璃混合激发剂,将两者混合制备地聚物。考察前驱体配比和激发剂参数对粉煤灰-矿渣-电石渣基地聚物抗压强度的影响,通过压汞测试(MIP)和扫描电子显微镜(SEM)等对材料微观结构进行研究。结果表明：地聚物抗压强度随电石渣取代粉煤灰量、液固比和激发剂模数的增加先增大后减小,当电石渣取代矿渣量减少或激发剂浓度增加时,抗压强度不断上升;地聚物的总孔隙率和大孔占比总体与抗压强度呈负相关,强度越高的地聚物微观结构越致密。试验得出的地聚物最优配比为粉煤灰、矿渣、电石渣质量比为32∶15∶3,液固比为0.55,激发剂浓度为30%(质量分数),激发剂模数为1.2,对应的28 d抗压强度为77.83 MPa。     

硅钙渣制备碱激发胶凝材料的实验研究

采用正交实验法对硅钙渣制备碱激发胶凝材料的配比进行了研究,探讨了水玻璃模数及其掺量、硅钙渣用量对碱激发胶凝材料强度的影响.正交实验结果表明,水玻璃掺量是影响强度的主要因素,硅钙渣用量和水玻璃模数是影响强度的次要因素;硅钙渣制备碱激发胶凝材料优化配合比为:硅钙渣70％、矿渣微粉30％、水玻璃掺量5％、水玻璃模数2.40;微观形貌分析表明,随着水玻璃模数的逐渐提高,反应产物C-(A)-S-H凝胶的数量逐渐增多,试样密实程度逐渐增高;当模数超过2.40后,随模数的增高,水玻璃溶液的粘度增大,试样制备过程中引入的气泡难以排出,从而导致试样密实程度降低.     

工艺参数对玻璃微粉粉煤灰基地质聚合物强度的影响

利用粉煤灰和废玻璃微粉为主要原料,通过氢氧化钠和水玻璃的混合激发,制备地质聚合物.讨论了水玻璃掺量和模数、液固比和养护温等因素对地质聚合物抗压强度的影响.研究表明:矿物聚合物抗压强度均随着水玻璃掺量及模数、液固比、养护温度的增大而先增大后减小.得出了优化的工艺条件为:水玻璃掺量10％、水玻璃模数1.4、固液比0.45,养护温度40～60℃,抗压强度可达36 MPa以上.     

碱浸铅锌渣地聚物的制备及其力学性能研究

碱浸铅锌渣是铅锌矿渣中提炼锌粉后产生的碱性废渣.经活化及碱激发处理,可制备地聚物材料,这为碱浸铅锌渣的综合利用提供了新的思路.以碱浸铅锌渣和偏高岭土为原料,以硅酸钠溶液和氢氧化钠为激发剂制备出碱浸铅锌渣地聚物并分析其力学性能.通过正交试验方法考察了碱浸铅锌渣掺量、激发剂模数以及激发剂掺量对碱浸铅锌渣地聚物的力学性能的影响,并采用SEM和XRD技术分析其制备机理.试验结果表明:当液固比为0.5的条件下,碱激发剂模数为1.2,碱激发剂掺量为65％,碱浸铅锌渣掺量为45％时,制备出碱浸铅锌渣地聚物的28 d抗压强度能达到49.6 MPa,且碱激发剂掺量为影响其抗压强度的第一要素;分析原料与产物XRD测试结果,碱浸铅锌渣地聚物发生聚合反应,且生成了Na2 Al2 Si3 O10·2H2 O及Na6 Si8 O19等符合地聚物材料结构特征的物质.     

碱激发镁渣胶凝材料的研究

通过改变碱掺量,碱激发剂种类,水玻璃的模数,研究了碱激发剂对镁渣复合胶凝材料性能的影响。表明加入一定的激发剂能显著提高了镁渣的活性,也提高了镁渣胶凝材料的性能;凝结时间随着碱掺量增加而变短,水玻璃的激发效果要优于KOH,NaOH;模数为1.2水玻璃在掺量为10%的激发作用最好,胶凝材料力学性能也最强。     

水泥固化铬污染土强度及浸出试验研究

为了解决重金属铬污染带来的土壤及地下水污染问题,以沈阳铬渣堆场污染土为研究对象,进行水泥固化重金属铬污染土中Cr(VI)和Cr(Ⅲ)试验研究,测定了水泥掺量、养护龄期、铬不同含量及价态对固化土体的无侧限抗压强度及淋滤特性影响.结果表明,水泥是Cr(VI)和Cr(Ⅲ)污染土的有效固化剂,水泥掺量以20%为宜;Cr(VI)和Cr(Ⅲ)对固化土强度都具有弱化效应,Cr(Ⅲ)弱化效应更明显;SEM图从微观上解释了水泥固化铬污染土强度的变化,该变化与无侧限抗压强度试验结果一致.     

钢渣微粉-粉煤灰基地质聚合物性能研究及微观结构分析

采用钢渣微粉和粉煤灰为主要原材料制备地质聚合物,以抗压强度为指标优化制备条件,探讨影响地质聚合物强度的因素,利用SEM、XRD和TG-DSC等手段对产物的微观形貌、物相组成和热稳定性进行分析表征。研究表明,地质聚合物的抗压强度随着钢渣微粉掺量和激发剂掺量增加先增加后减小,随温度增加而增加,其中养护温度影响最显著,水玻璃模数影响最小。最佳工艺条件为:水玻璃模数1.0、激发剂掺量20%(质量分数)、钢渣微粉掺量20%(质量分数)、液固比0.3、养护温度60 ℃。其3 d和7 d抗压强度高达40.11 MPa和43.03 MPa,固化Pb²⁺后对其强度影响较小,固化率在99.99%以上。地质聚合物表面致密度高,无明显裂纹,未观察到明显的钢渣颗粒轮廓,晶相结构主要为石英和莫来石,热稳定好。     

氢氧化钾-钠水玻璃激发剂对碱激发矿渣胶凝材料性能的影响

采用氢氧化钾调节钠水玻璃模数制备复合碱激发剂,以钠水玻璃模数、碱掺量为变量,分析氢氧化钾对钠水玻璃激发矿渣胶凝材料性能的影响,研究氢氧化钾-钠水玻璃激发矿渣胶凝材料在流动度、凝结时间及抗压强度等方面的变化规律。结果表明,氢氧化钾-钠水玻璃复合激发剂的激发效果优于单一钠水玻璃激发剂。当钠水玻璃模数为1.2、碱掺量为8%(质量分数)时,氢氧化钾-钠水玻璃激发矿渣胶凝材料流动度可达240 mm,7 d、28 d抗压强度可达98.88 MPa和104.59 MPa,比同等条件下的钠水玻璃激发矿渣胶凝材料7 d、28 d抗压强度分别提高了16.7%和22.9%。     

碱热活化EMR基地聚合物对Cd2+和Pb2+的固化

研究利用电解锰渣(EMR)、粉煤灰(FA)、偏高岭土(MK)作为原材料制备了EMR基地聚合物.以NaOH和水玻璃为碱激发剂,探究不同活化温度(400～800℃)对EMR的活化效果及地聚合物对不同掺量Cd2+和Pb2+的固化效果,为EMR的资源化利用和重金属污染处理提供了一种新的思路.结果显示,碱热活化处理后的地聚合物抗压强度明显提升,600℃效果最佳.重金属的最佳掺入量为0.5wt％,其28 d试样抗压强度达到最高的18.4 MPa.毒性浸出试验表明EMR基地聚合物对Cd2+和Pb2+具有良好的固化效果,Cd2+和Pb2+浸出浓度均远低于国家标准中规定的限值.XRD和SEM-EDS分析证明了碱热活化效果良好,地聚合物反应充分并产生了可以增强体系力学性能的水合硅酸钙,地聚合物对Cd2+和Pb2+的固化效果优良.     

Evaluation of locally available amorphous waste materials as a source for alternative alkali activators

The production of alkali-activated materials with excellent mechanical performance requires the use of water glass, which has a significant carbon footprint. Such materials can have a lower carbon footprint if we replace water glass with alternative activators sourced from waste. In this study, we assessed the suitability of locally available amorphous waste materials (stone wool, glass wool, bottle glass and cathode-ray tube glass) as a source for the preparation of alternative alkali activators. We quantified the amount of silicon and aluminium dissolved in the activator solutions via inductively coupled plasma-optical emission spectrometry. The alternative activators were then used to produce alkali-activated fly ash and slag. The compressive strength values of alkali-activated fly ash specimens upon the addition of NaOH, water glass and the most promising alternative activator were 38.98 MPa, 31.34 MPa and 40.37 MPa, respectively. The compressive strength of slag specimens activated with alternative activators with the highest concentration of dissolved silicon (21 g/L) was, however, 70% higher than the compressive strength of slag specimens activated with only 10 M sodium hydroxide. The compressive strength of slag specimens with the addition of the most promising alternative activator was significantly lower (3.5 MPa) than the compressive strength of those that had been activated by commercial water glass (34.3 MPa).     

原状磷石膏基固化材料固化粉质土性能评价

针对原状磷石膏耐水性差、体积稳定性差和利用率低等问题,以原状磷石膏为主要原料,富硅铝材料、增强材料和耐水材料作为辅助材料制备固化材料,选择原状磷石膏基固化材料（40%原状磷石膏+30%富硅铝材料+30%增强材料）和掺耐水材料的原状磷石膏基固化材料（40%原状磷石膏+30%富硅铝材料+30%增强材料+外掺5%耐水材料）对粉质土进行固化试验,评价固化土的力学性能、水稳性及长期耐水性、体积稳定性和环境毒性。结果表明：固化材料掺量为12%,其中耐水材料掺量占固化材料的5%时,7 d和28 d的无侧限抗压强度分别为4.1 MPa和4.7 MPa,较未掺耐水材料试样分别提高了37%和12%;掺耐水材料试样标养28 d后浸水60 d,强度可达3 MPa,高于未掺耐水材料的2.7 MPa;体积膨胀率在浸水720 h后达到稳定值0.07%,浸出液检测结果表明没有环境危险。原状磷石膏基固化材料较传统的二灰土力学性能、水稳性及长期耐水性、体积稳定性都得到明显改善。     

高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化铅离子及防辐射性能研究

研究利用高炉矿渣（BFS）、粉煤灰（FA）作为原材料制备地质聚合物。以氢氧化钠与水玻璃作为碱激发剂,在碱激发条件下制备地质聚合物固化二价铅离子（Pb²⁺）。研究Pb²⁺的掺量对固化体强度的影响,并通过浸出毒性实验、X射线衍射分析（XRD）、红外光谱分析（FT-IR）、扫描电镜（SEM）等表征分析、防辐射实验测试,探究其固化效果与固化机理。结果表明,高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物与Pb²⁺具有良好的相容性,且固化体在28 d最高抗压强度可以达到43 MPa,Pb²⁺的添加质量分数为1%时能提高其固化体的强度。浸出实验表明,固化体对质量分数为1% Pb²⁺的固化效率在97%以上。微观分析认为大部分重金属是以羟基配合离子的形式被物理封装在地质聚合物内部。防辐射实验测试表明,Pb²⁺的掺量与高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物的γ射线屏蔽效果成正相关,实验中Pb²⁺最优掺入质量分数为3%,线性吸收系数和半衰减层厚度最优值分别为0.222 0 cm^-1和2.309 5 cm。     

现场固化废弃油井淤泥试验的研究

固化技术是处理废弃油井淤泥的一种重要工艺方法。试验基于室内强度试验与浸出毒性试验肯定了固化材料的固化效果。借助现代机械设备对120 m3现场取得的废弃油井淤泥进行固化,结果表明:抗压强度较高,可达1.94 MPa;各项重金属离子含量均符合环保要求;经济分析结果表明该试验具有显著的经济效益。     

地聚物材料固化含砷废渣抗冻融性能研究

为了处理有色金属冶炼厂产生的含砷废渣,利用磷渣-粉煤灰基地聚物材料对其进行固化处理,对固化体抗冻融性能进行研究,考察不同冻融方式、冻融循环次数等条件下固化体的相对质量变化、抗压强度、砷浸出率特性,并采用XRD、SEM等表征手段分析冻融前后固化体的物相组成及形貌变化.结果表明:采用不同的冻融方式,随着冻融循环次数的增加,固化体的相对质量变化不大;抗压强度有所下降,经15次冻融循环,强度仍可高于15 MPa,固化体砷浸出率呈上升趋势,砷浸出率仅为0.27％.XRD及SEM分析表明,冻融前后固化体中矿物相基本未发生变化以及固化体未发生崩裂现象,说明固化体具有较强的抗冻融性能.     

Immobilization of solidified ceramic forms with magnesium phosphate cement

Ceramic solidification offers higher waste loading and a more stable state than can be provided by the glass solidification method because of the stable crystalline structure of its forms, but the process of fabricating large bulk solidified ceramic forms is complicated and therefore limited in application. In this paper, particulate ceramic solidification forms were first prepared by using high-temperature sintering; particulate ceramic solidification forms were then added into a paste of magnesium phosphate cement (MPC), which form composite solidified forms after curing. The mechanical and durability properties of the samples were investigated, and the phases, microstructure, high-temperature stability, and leaching properties of samples were measured by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, and inductively coupled plasma mass spectrometry. The results show that the solidified forms prepared have excellent mechanical properties, high-temperature stability, soaking resistance, and freeze–thaw resistance. The compressive strength of samples decreased with increasing ceramic content, with the strength reaching 27.8 MPa with a 50 wt% load content of ceramic. With adsorption of the simulated nuclides by the hydration products of cement and the retardation effect of MPC, the leaching rate of the simulated nucleus was found to be 1.86 × 10⁻⁷ cm/day, which is less than that of the ceramic solidified form. A protective layer on the surface of the solidified ceramic form with MPC can further improve the performance of the solidified form.     

碱激发矿渣/粉煤灰净浆/砂浆力学性能研究

开展碱激发材料力学性能的研究有利于促进其在实际工程中的应用。本文研究了矿渣掺量及细骨料掺量对碱激发净浆/砂浆抗压强度、弹性模量及应力-应变曲线的影响。结果表明:矿渣的掺入能够显著提高碱激发净浆/砂浆的抗压强度和弹性模量;细骨料掺量增多会降低抗压强度,但会提高弹性模量。净浆28 d弹性模量在12.83~19.53 GPa,砂浆28 d弹性模量在18.72~23.10 GPa。细骨料掺量为40%(质量分数)时,砂浆峰值应力和峰值应变出现明显下降,弹性模量变大。采用分段式方程对碱激发矿渣/粉煤灰净浆/砂浆的应力-应变曲线进行拟合,拟合曲线与实测曲线吻合良好。拟合结果表明碱激发净浆/砂浆应力-应变下降段曲线随矿渣掺量与龄期增加而变陡,反映材料脆性增强,与上升段曲线规律一致。     

室温碱激发低钙粉煤灰地质聚合物配比试验研究

为得到室温下粉煤灰与碱激发剂质量比、水玻璃与氢氧化钠溶液质量比和氢氧化钠溶液摩尔浓度对粉煤灰地质聚合物力学性能的影响,以低钙粉煤灰为原料,制备了地质聚合物胶凝材料。采用正交试验方法,分析粉煤灰地质聚合物抗压强度,探讨碱激发剂配比对粉煤灰地质聚合物力学性能的影响,结合SEM、XRD和FTIR对试样进行表征,并对该材料的应力-应变曲线进行了研究。结果表明:粉煤灰地质聚合物的抗压强度随着激发剂掺量的减少而增大,水玻璃在激发剂中的比值与粉煤灰地质聚合物的抗压强度呈现正相关,其中粉煤灰与碱激发剂质量比为1.8,水玻璃与氢氧化钠溶液质量比为2.5且氢氧化钠溶液的浓度为10 mol/L时,120 d龄期的抗压强度可达51.98 MPa。对应力-应变曲线分析得出,在一定程度上,激发剂的掺入量对粉煤灰地质聚合物的破坏应变和弹性模量有较大影响。SEM、XRD和FTIR分析表明随着养护时间增长,胶凝材料体系内结构更致密,生成了更多的硅铝酸盐凝胶。