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铬铁渣活化制备低温陶瓷胶凝材料

铬铁渣活化制备低温陶瓷胶凝材料

作者：郝旭涛昆明理工大学

学位级别：硕士

铬铁渣是冶炼铬铁合金时所排放的含铬工业废渣,随着对铬铁合金需求量的增加,我国每年排放铬铁渣超过500万吨。铬铁渣导致的环境问题引起了国内外众多学者的关注,并就其无害化治理进行了大量研究,其中利用铬铁渣制备胶凝材料是一种行之... 详细信息

铬铁渣是冶炼铬铁合金时所排放的含铬工业废渣,随着对铬铁合金需求量的增加,我国每年排放铬铁渣超过500万吨。铬铁渣导致的环境问题引起了国内外众多学者的关注,并就其无害化治理进行了大量研究,其中利用铬铁渣制备胶凝材料是一种行之有效的途径。本论文研究了铬铁渣、矿渣等废渣的胶凝性能,通过物理、化学活化制备了性能优良的铬铁渣基低温陶瓷胶凝材料。通过研究铬铁渣、矿渣和粉煤灰的粉磨特性及活性发展,制备高活性的铬铁渣、矿渣和粉煤灰微粉。结果表明：铬铁渣比矿渣和粉煤灰易粉磨,矿渣在粉磨过程中易发生团聚,需要添加少量的助磨剂。铬铁渣最佳粉磨时间为1h,矿渣和粉煤灰为2h,此时铬铁渣、矿渣、粉煤灰28 d活性分别为0.71、0.89、0.79,矿渣和粉煤灰28 d活性高于铬铁渣。粉磨1h的铬铁渣颗粒粒径主要集中在0-10μm和10～33μm。通过单因素考察不同矿物掺合料掺量对铬铁渣基胶凝材料性能的影响,得出胶凝材料制备的最佳基础配方：铬铁渣40%,矿渣20%,矿物激发剂24%,粉煤灰7%,石灰5%和脱硫石膏4%,可以达到普通硅酸盐水泥52.5强度等级。通过XRD、SEM和TG-DSC等手段对材料物相组成及微观结构进行表征,其水化产物主要有C-S-H凝胶、AFt晶体和Ca(OH)2。研究了不同化学外加剂对铬铁渣基胶凝材料性能的影响。采用正交试验方法探讨了四种外加剂的复配效果。通XRD、SEM、TG-DSC对铬铁渣基胶凝材料水化机理和复合外加剂作用机理进行了分析探讨。基于胶凝材料的最佳基础配方制备了复合外加剂,确定了最佳掺量配比：氯化钠0.6%,硫酸钠1.2%,氟化钠0.6%,硫酸铝0.7%。掺复合外加剂后,对铬铁渣基胶凝材料水化过程有明显的改善作用,充分激发了铬铁渣、矿渣和粉煤灰的活性,促进C-S-H凝胶和AFt更多更快的形成是胶凝材料性能提高的原因。通过技术经济分析,铬铁渣基胶凝材料项目具有较强的抗风险能力,预期的社会、经济和环境效益十分显著。铬铁渣基胶凝材料制备的复合材料具有优良的物理性能和耐久性能,可替代水泥基材料广泛用于道路工程,前景广阔。

关键词：铬铁渣胶凝材料活性化学外加剂机理

复合外加剂对铬铁渣基复合材料水化机理的影响

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材料导报 2017年第4期31卷 121-125页

作者：周新涛郝旭涛彭金辉罗中秋昆明理工大学化学工程学院昆明650500 昆明理工大学非常规冶金教育部重点实验室昆明650093 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650093

采用X射线粉末衍射(XRD)、差热-热重同步热分析仪(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)等分析铬铁渣基复合材料的水化产物的物相组成、微观结构和形貌特征,用甲醇法测定了复合材料的孔隙率。研究了复合外加剂对复合材料水化性能的影响及其作... 详细信息

采用X射线粉末衍射(XRD)、差热-热重同步热分析仪(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)等分析铬铁渣基复合材料的水化产物的物相组成、微观结构和形貌特征,用甲醇法测定了复合材料的孔隙率。研究了复合外加剂对复合材料水化性能的影响及其作用机理。研究表明:掺入外加剂能显著提高复合材料的早期强度,水化初期大量的钙矾石(AFt)和水化硅酸钙凝胶(C-SH)是复合材料早期强度的主要来源,水化后期外加剂能促进铬铁渣、矿渣等的二次水化反应,使其水化速度增长较快。C-S-H凝胶的不断形成和增多及其对体系孔隙的填充使复合材料的结构更加致密。

关键词：复合外加剂水化性能钙矾石水化硅酸钙

钙系磷酸盐化学键合材料的制备及其固化重金属研究

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材料导报 2017年第4期31卷 126-130页

作者：刘守庆郝旭涛周新涛贾庆明昆明理工大学环境科学与工程学院昆明650500 西南林业大学理学院昆明650224 昆明理工大学化学工程学院昆明650500

利用富含氧化钙的铬铁渣(FS)和磷酸二氢钾(P)反应制备钙系磷酸盐化学键合材料,并用其作为固化重金属离子(Pb^(2+)、Cd^(2+)、Cu^(2+))基体材料。研究了原料配比、缓凝剂及重金属掺量对胶凝材料初凝时间和抗压强度的影响。结果表明:当P/... 详细信息

利用富含氧化钙的铬铁渣(FS)和磷酸二氢钾(P)反应制备钙系磷酸盐化学键合材料,并用其作为固化重金属离子(Pb^(2+)、Cd^(2+)、Cu^(2+))基体材料。研究了原料配比、缓凝剂及重金属掺量对胶凝材料初凝时间和抗压强度的影响。结果表明:当P/FS(质量比,下同)为1/4及硼砂掺量为2%时,材料性能最好,自然养护28d和常压蒸汽养护24h抗压强度分别可达25.65 MPa和36.86 MPa。随着重金属掺量的增加,材料抗压强度逐渐降低,掺量为3%时,自然养护28d和蒸汽养护24h试块抗压强度均大于10 MPa,满足建筑材料要求。固化体重金属毒性浸出试验表明:磷酸盐化学键合材料对重金属离子(Pb^(2+)、Cd^(2+)、Cu^(2+))均具有很好的固化效果,浸出浓度远低于相应的鉴别标准。通过XRD、SEM和FTIR分析,钙系磷酸盐化学键合材料固化重金属的机理是通过水化产物的化学键合、吸附以及物理包裹作用将Pb^(2+)、Cd^(2+)、Cu^(2+)固化在材料中。

关键词：铬铁渣磷酸盐化学键合材料固化重金属毒性浸出

基于FLUENT的板翅式换热器平直翅片数值模拟

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化学工程 2018年第4期46卷 62-67页

作者：李新禹陈林郝旭涛孟林天津工业大学机械工程学院天津300387

为了对比板翅式换热器不同平直翅片的换热性能,采用CFD软件FLUENT数值模拟计算方法,研究了空气在三角形和矩形不同结构参数翅片中的表面传热与流动阻力特性。揭示了2种形状不同结构参数翅片中流体的速度对翅片表面换热因子和翅片表面摩... 详细信息

为了对比板翅式换热器不同平直翅片的换热性能,采用CFD软件FLUENT数值模拟计算方法,研究了空气在三角形和矩形不同结构参数翅片中的表面传热与流动阻力特性。揭示了2种形状不同结构参数翅片中流体的速度对翅片表面换热因子和翅片表面摩擦因子的影响规律;并用CFD-Post分析了各参数在翅片中的分布情况。结果表明:在所有翅片中,翅片表面换热因子和翅片表面摩擦因子都随着流体速度的增大而减小;在三角形翅片中,翅片表面摩擦因子由翅顶部位对称向翅底两端均匀递减,在翅底两端最边缘附近分布最小;在矩形翅片中,翅片表面摩擦因子在翅片中部分布比较均匀,在翅片两端最边缘附近突然变小。

关键词：板翅式换热器平直翅片换热性能 FLUENT 数值模拟

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含砷废渣水泥固化/稳定化技术研究进展

材料导报 2016年第9期30卷 132-136,143页

作者：陶志超周新涛罗中秋陈小凤郝旭涛陈卓昆明理工大学化学工程学院昆明650500

含砷废渣作为一种持久性污染物被广泛关注,固化/稳定化技术是治理含砷废渣的一种行之有效的途径。对硅酸盐水泥基胶凝材料固砷效果以及其固化机理等方面的研究进行了综述,水泥水化过程中产生的大量Ca(OH)_2与可溶性砷酸盐反应生成较为... 详细信息

含砷废渣作为一种持久性污染物被广泛关注,固化/稳定化技术是治理含砷废渣的一种行之有效的途径。对硅酸盐水泥基胶凝材料固砷效果以及其固化机理等方面的研究进行了综述,水泥水化过程中产生的大量Ca(OH)_2与可溶性砷酸盐反应生成较为稳定的砷酸钙盐,降低砷的浸出浓度,从而实现砷的有效固化,但其存在污染物包容量小、耐久性差等缺点。本课题组提出了利用地聚物水泥(地聚物材料)固化含砷废渣,通过在地聚物材料水化聚合过程中,以同晶取代的方式实现AsO43-与SiO_4^(4-)、AlO_4^(5-)之间的化学键合,并辅以地聚物材料的高强、耐久性好的优良特性,利用地聚物材料固化含砷废渣实现砷的大容量、持久性地安全稳定固封。

关键词：含砷废渣固化/稳定化地聚物材料

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复合型外加剂对铬铁渣基复合材料性能的影响

功能材料 2015年第13期46卷 13029-13034页

作者：郝旭涛周新涛罗中秋陶志超陈小凤昆明理工大学化学工程学院昆明650500

研究了不同种类早强剂、减水剂等功能外加剂对铬铁渣基复合材料性能的影响。通过单因素实验考察了不同掺量的Na Cl(NC)、Na2SO4(NS)、Na F(NF)和Al2(SO4)3(AS)等4种无机早强剂对铬铁渣基复合材料性能的影响,利用正交试验考察4种早强剂... 详细信息

研究了不同种类早强剂、减水剂等功能外加剂对铬铁渣基复合材料性能的影响。通过单因素实验考察了不同掺量的Na Cl(NC)、Na2SO4(NS)、Na F(NF)和Al2(SO4)3(AS)等4种无机早强剂对铬铁渣基复合材料性能的影响,利用正交试验考察4种早强剂与木钙(CL)减水剂的复配对复合材料性能及结构的影响,得出复合型外加剂的最佳方案及组成,即NC为0.6%,NF为0.6%,NS为1.2%,AS为0.7%,CL为0.25%。采用XRD和SEM等测试方法分析复合材料水化产物物相组成和微观形貌。研究表明,复合型外加剂加速并促进了铬铁渣基复合材料水化进程,降低孔隙率,提高复合材料的密实度。复合型外加剂具有减水和早强叠加效应,改善流动性的同时提高复合材料的强度,其3,28 d抗压强度可达37.44和66.29 MPa,分别提高了46.6%和18.4%。将无机早强剂与减水剂进行复合设计,既能发挥无机早强剂的良好早强效果,又能弥补早强剂后期强度的不足。

关键词：外加剂铬铁渣早强剂减水剂复合设计

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纺织厂空压机排气末端换热器的设计

天津工业大学学报 2017年第4期36卷 79-83,88页

作者：李新禹孟林郝旭涛陈林天津工业大学机械工程学院天津300387

为了节能减排,采用有机朗肯循环(ORC)回收纺织厂空压机压缩后的高温热废气并发电,设计新型排气换热器内部流体流道结构,建立流道内流体流速、压力、湍动能以及湍流耗散率等流体数学模型.利用CFD软件进行数值模拟,分析内部流体的流动及... 详细信息

为了节能减排,采用有机朗肯循环(ORC)回收纺织厂空压机压缩后的高温热废气并发电,设计新型排气换热器内部流体流道结构,建立流道内流体流速、压力、湍动能以及湍流耗散率等流体数学模型.利用CFD软件进行数值模拟,分析内部流体的流动及换热情况.分析结果表明:内部流体流动湍流性能增强,换热效果明显;提高热空气流速和降低工质流速时传热性能更好;较大的翅片尺寸换热系数较小,换热效率低;排气换热器的换热效率最高可达95.3%.

关键词：纺织厂空压机排气有机朗肯循环换热器 CFD 湍流换热效率

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化学沉淀法固化/稳定化除砷研究进展

硅酸盐通报 2015年第12期34卷 3510-3516页

作者：陈小凤周新涛罗中秋陶志超郝旭涛陈卓昆明理工大学化学工程学院昆明650500 昆明理工大学环境科学与工程学院昆明650500

化学沉淀法利用（亚）砷酸根（AsO3^3-/AsO4^3-）与多种金属阳离子形成难溶化合物,进而实现砷的固化/稳定化,在含砷废水除砷及含砷废弃物固化方面被广泛应用。本文简要介绍了国内外在化学沉淀法固化/稳定化除砷技术方面的研究现状,对不... 详细信息

化学沉淀法利用（亚）砷酸根（AsO3^3-/AsO4^3-）与多种金属阳离子形成难溶化合物,进而实现砷的固化/稳定化,在含砷废水除砷及含砷废弃物固化方面被广泛应用。本文简要介绍了国内外在化学沉淀法固化/稳定化除砷技术方面的研究现状,对不同低溶解度砷酸盐,包括砷酸钙（Ca-As盐）、臭葱石（FeAsO_4·2H_2O）、砷铝石（AlAsO_4·2H_2O）,及含砷明矾石族矿物（砷黄钾铁矾（KFe_3（SO_4）_（2-x）（AsO_4）_x（OH）_6）、砷钠明矾石（NaAl3（SO4）2-x（AsO_4）_x（OH）_6）的砷毒性浸出特性进行了对比分析。研究表明：低溶解度的砷酸盐（砷酸钙、臭葱石、砷铝石）的砷浸出浓度均较高,超过5mg/L,不利于长期堆存。而砷黄钾铁矾和砷钠明矾石固溶体具有溶解度低,固砷效率高等优点,其中砷钠明矾石固溶体具有更好的中长期稳定性,在pH为5~8时,其砷浸出浓度为0.01~0.1mg/L。由此可见,利用砷钠明矾石固溶体固砷有望成为处理含砷废水和含砷废渣的一种潜在手段。

关键词：化学沉淀法砷酸盐固溶体固化/稳定化毒性浸出

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铬铁渣基低温陶瓷胶凝材料的性能研究

硅酸盐通报 2015年第7期34卷 2013-2018页

作者：郝旭涛周新涛蔡发万陈卓昆明理工大学化学工程学院昆明650500

本文介绍了一种铬铁渣的综合利用方法,用铬铁渣基胶凝材料制备低温陶瓷复合材料。通过单因素实验考察了铬铁渣、矿渣、粉煤灰、石灰、脱硫石膏等对胶凝材料性能的影响,得出了胶凝材料各组分的最佳配比,即:铬铁渣/矿渣/粉煤灰/矿物激发剂... 详细信息

本文介绍了一种铬铁渣的综合利用方法,用铬铁渣基胶凝材料制备低温陶瓷复合材料。通过单因素实验考察了铬铁渣、矿渣、粉煤灰、石灰、脱硫石膏等对胶凝材料性能的影响,得出了胶凝材料各组分的最佳配比,即:铬铁渣/矿渣/粉煤灰/矿物激发剂/脱硫石膏/石灰=40/20/7/24/4/5,其常温、常压7 d和28 d抗压强度分别可达32.57 MPa和56.00 MPa。通过对胶凝材料净浆XRD、SEM微观分析,水化产物主要为水化硅酸钙和氢氧化钙等,水化产物相互叠加、交织成不规则的网状结构,28 d的水化结构已十分致密,使复合材料具有良好的物理力学性能。固化体试块7 d和28 d Cr的毒性浸出浓度分别为0.0082 mg/L和0 mg/L,远低于国家Cr毒性浸出鉴别标准值(5.0mg/L),在综合利用了铬铁渣的同时,更好地稳定化其中的毒性元素Cr,具有一定的环境效益和经济益。

关键词：铬铁渣胶凝材料抗压强度毒性浸出