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煤气化渣胶凝活性激发及机理研究进展

材料导报 2024年

作者：吴平川刘治兵黄天勇郑永超张凯帆王长龙康旺付兴帅白云翼翟玉新刘枫北京建筑材料科学研究总院有限公司固废资源化利用与节能建材国家重点实验室河北工程大学土木工程学院河北省建筑工程低碳建造与韧性提升重点实验室江西理工大学资源与环境工程学院武汉科技大学国家环境保护矿冶资源利用与污染控制重点实验室中铁建设集团有限公司中铁建设集团建筑发展有限公司

煤气化渣是煤气化过程中产出的固体废弃物，其堆存量大，碳含量高，胶凝活性弱，并赋存多种有害微量元素，因此迫切需要成熟的消纳技术实现其大规模无害化综合利用。建材化利用是大规模消纳煤气化渣的主要途径之一，但目前由于煤气化渣... 详细信息

煤气化渣是煤气化过程中产出的固体废弃物，其堆存量大，碳含量高，胶凝活性弱，并赋存多种有害微量元素，因此迫切需要成熟的消纳技术实现其大规模无害化综合利用。建材化利用是大规模消纳煤气化渣的主要途径之一，但目前由于煤气化渣活性低，导致大掺量应用难、目标建材产品性能稳定性差，因此提升煤气化渣胶凝活性是实现其建材产品化中掺量高、性能稳定的关键。通过调研煤气化渣的矿物学特性，总结了国内外煤气化渣的活性激发方式。物理活化主要通过机械力破坏物料的晶体结构，增加颗粒表面活性位点，增大比表面积提升高活性；化学活化主要通过酸、碱、盐、有机化学溶剂，解聚铝硅酸盐玻璃体网络结构，释放活性Al3+、Si4+、Ca2+离子提升活性；热活化主要通过高温消除煤气化渣中的残碳和重构煤气化渣中的晶相提升活性。通过对煤气化渣胶凝活性的综述，提出从煤气化渣矿物学特性出发，选择适用的单一或多种耦合激发方式提升煤气化渣的活性，采用“以废治废”的方式，有利于扩大煤气化渣的利用途径，提高煤气化渣建材化利用率。

关键词：煤气化渣矿物学特性激发方式胶凝活性提升

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钢渣胶凝活性与体积稳定性优化研究现状

材料导报 2023年第11期37卷 115-123页

作者：王剑锋常磊王艳刘辉岳德钰崔素萍兰明章北京工业大学材料与制造学部新型功能材料教育部重点实验室北京100124

随着粗钢产量的逐年递增,我国钢渣累积存放量也不断上升,将钢渣用作辅助胶凝材料是提高钢渣综合利用率、降低水泥混凝土行业碳排放的有效措施。然而,钢渣存在的胶凝组分含量少且活性低、膨胀组分含量较高等问题限制了其在水泥和混凝土... 详细信息

随着粗钢产量的逐年递增,我国钢渣累积存放量也不断上升,将钢渣用作辅助胶凝材料是提高钢渣综合利用率、降低水泥混凝土行业碳排放的有效措施。然而,钢渣存在的胶凝组分含量少且活性低、膨胀组分含量较高等问题限制了其在水泥和混凝土中的应用。目前,用于改善钢渣胶凝活性与体积稳定性的方法主要有机械粉磨、高温活化、碱活化、酸活化、有机物活化及碳化活化等。机械粉磨主要通过物理方式破坏钢渣晶体结构、减小颗粒粒径,但其能耗较高且仅对早期强度有利。高温活化主要包括高温养护和高温调质/重构:高温养护通过改变钢渣水化所处的外界环境促进水化,但较高温度会使钙矾石分解并引入孔洞;高温调质/重构工艺直接改变了钢渣的矿物组成,但存在能耗高和匀质性差的问题。碱活化可以促进离子溶出并消耗氢氧化钙,但存在碱骨料反应和泛碱等问题。酸活化也可以促进离子溶出,增大钢渣比表面积,但过量酸会消耗钢渣中活性组分。有机物活化中,醇胺可以通过络合作用促进离子溶出,但不同分子结构的醇胺作用机理仍不明确。碳化活化通过钙镁矿物与CO_(2)反应形成碳酸盐填充孔隙,但CO_(2)向试块内部的扩散阻力使内外碳化程度不均匀。通过钢渣的来源和组成,分析钢渣活性低和体积稳定性差的原因,归纳目前常见的改善钢渣胶凝活性和体积稳定性的方法,指出各方法目前面临的困境并作出展望,以期为钢渣性能的进一步优化和在水泥混凝土工业中的进一步应用提供参考。

关键词：钢渣组成胶凝活性体积稳定性有机活化

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垃圾焚烧飞灰胶凝活性初探

同济大学学报（自然科学版） 2003年第12期31卷 1444-1448页

作者：袁玲施惠生岳鹏同济大学混凝土材料研究国家重点实验室

飞灰是生活垃圾焚烧后烟气除尘器收下的物质 ,其主要成分属CaO—SiO2 —Al2 O3 —Fe2 O3 体系 ,与目前常用的高炉矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料非常接近 .通过实验 ,研究了飞灰的物理性质以及其掺入水泥后对硬化水泥浆体力学性能和水化... 详细信息

飞灰是生活垃圾焚烧后烟气除尘器收下的物质 ,其主要成分属CaO—SiO2 —Al2 O3 —Fe2 O3 体系 ,与目前常用的高炉矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料非常接近 .通过实验 ,研究了飞灰的物理性质以及其掺入水泥后对硬化水泥浆体力学性能和水化机理等的影响 ,初步探讨了飞灰作为辅助性胶凝材料利用的可行性 .研究表明 ,飞灰的水化反应活性较低 ,飞灰的掺入在一定程度上延缓了水泥的水化过程 ,但其水化可以形成适量钙矾石。

关键词：城市垃圾焚烧城市垃圾焚烧飞灰辅助性胶凝材料胶凝活性

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水淬渣的胶凝活性及其形成机理

过程工程学报 2007年第1期7卷 79-84页

作者：李宇孙恒虎赵永宏王楠清华大学材料科学与工程系国土资源中心北京100084 中国矿业大学(北京校区)资源与安全工程学院北京100083 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

采用重新熔融水淬的方法制备不同水淬矿渣样品,综合进行净浆强度实验和碱溶出实验研究,借助XRD,DTA,TEM,SEM和EDX等分析手段,研究了矿渣形成过程、形成结构和胶凝性能之间的关系,并在此基础上探讨了矿渣潜在胶凝活性的形成机理.研究表明... 详细信息

采用重新熔融水淬的方法制备不同水淬矿渣样品,综合进行净浆强度实验和碱溶出实验研究,借助XRD,DTA,TEM,SEM和EDX等分析手段,研究了矿渣形成过程、形成结构和胶凝性能之间的关系,并在此基础上探讨了矿渣潜在胶凝活性的形成机理.研究表明,在合适的排渣温度和冷却速度条件下,水淬渣能够形成分相结构,对水淬渣胶凝活性产生重要影响.分相矿渣具有富钙相和富硅相,富钙相的迅速溶解和富硅相的缓慢溶解是水淬渣水化过程中产生足够早期强度和发挥稳定后期强度的主要原因.由于玻璃分相的影响,排渣过程存在最佳工艺条件,即最佳的排渣过程能使水淬渣形成玻璃分相结构,从而具有最好的活性.

关键词：排渣过程水淬温度分相胶凝活性

垃圾焚烧飞灰胶凝活性和水泥对其固化效果的研究

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硅酸盐学报 2003年第11期31卷 1021-1025页

作者：施惠生袁玲同济大学混凝土材料研究国家重点实验室上海200092

垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧后烟气除尘器收下的物质,其主要成分属CaO-SiO_2-Al_2O_3-Fe_2O体系,与目前常用的高炉矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料非常接近,因其中含有能被水浸出的重金属物质而被认为是危险废物,必须对之进行稳定及固化... 详细信息

垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧后烟气除尘器收下的物质,其主要成分属CaO-SiO_2-Al_2O_3-Fe_2O体系,与目前常用的高炉矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料非常接近,因其中含有能被水浸出的重金属物质而被认为是危险废物,必须对之进行稳定及固化处理。通过试验研究了掺入垃圾焚烧飞灰的硬化水泥浆体的力学性能和水化机理,考察了水泥固化垃圾焚烧飞灰的效果,探讨了垃圾焚烧飞灰作为辅助性胶凝材料利用的可行性。研究表明:垃圾焚烧飞灰的水化反应活性较低,它的掺入在一定程度上延缓了水泥的水化过程,虽然其水化过程可以形成适量的钙矾石,对强度发展有利,但掺量较大时会显著降低水泥强度;采用水泥稳定及固化垃圾焚烧飞灰的效果良好,垃圾焚烧飞灰中重金属可以通过包容、替代或吸收等形式固化进水化产物结构中。

关键词：水泥城市垃圾焚烧炉垃圾焚烧飞灰胶凝活性重金属浸出毒性稳定化/固化

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交流阻抗谱表征磨细矿渣胶凝活性的研究

建筑材料学报 2005年第5期8卷 583-585页

作者：张震雷史美伦同济大学材料科学与工程学院上海200092

矿物掺合料的胶凝活性可以用交流阻抗谱来表征.以磨细矿渣为例,可以通过对其CaO的电导、C-S-H凝胶的电容以及频率相角的测定来了解其胶凝活性.

关键词：交流阻抗谱矿物掺合料胶凝活性

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基于化学激发的钢渣胶凝活性

过程工程学报 2017年第4期17卷 810-813页

作者：张浩龙红明杨刚刘在春刘秀玉安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学) 安徽马鞍山243002 安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243032 钢铁冶金新技术国家重点实验室(北京科技大学) 北京100083 中冶宝钢技术服务有限公司上海200941

以钢渣为研究对象,分别用硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠、硫酸和醋酸激发钢渣的胶凝活性,依据相关标准测定了7 d和28 d时的活性指数.结果表明,水玻璃、碳酸钠和醋酸可较好地激发钢渣的胶凝活性,水玻璃掺量为1.6%(?)、碳酸钠掺量为2.4%(?)和醋... 详细信息

以钢渣为研究对象,分别用硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠、硫酸和醋酸激发钢渣的胶凝活性,依据相关标准测定了7 d和28 d时的活性指数.结果表明,水玻璃、碳酸钠和醋酸可较好地激发钢渣的胶凝活性,水玻璃掺量为1.6%(?)、碳酸钠掺量为2.4%(?)和醋酸浓度为0.10 mol/L时,激发的钢渣胶凝活性最佳.硫酸钠和硫酸对钢渣具有良好的活性激发作用,尤其早期对钢渣活性激发效果更好,硫酸钠掺量为3.2%(?)和硫酸浓度为0.10 mol/L时,激发的钢渣胶凝活性最佳.

关键词：钢渣激发剂胶凝活性化学激发胶凝材料

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提高硅钙渣胶凝活性的热活化实验

环境工程学报 2015年第9期9卷 4526-4530页

作者：杨志杰孙俊民张战军苗瑞平大唐国际高铝煤炭资源开发利用研发中心呼和浩特010050

硅钙渣作为高铝粉煤灰碱-石灰烧结法提取氧化铝后产生的二次固废,为了使其能够大量地应用于建材领域,研究了热活化温度对硅钙渣水化胶凝性活性的影响,并采用TG-DSC和XRD对机理进行了分析。结果表明,硅钙渣中方解石的分解是硅钙渣活性得... 详细信息

硅钙渣作为高铝粉煤灰碱-石灰烧结法提取氧化铝后产生的二次固废,为了使其能够大量地应用于建材领域,研究了热活化温度对硅钙渣水化胶凝性活性的影响,并采用TG-DSC和XRD对机理进行了分析。结果表明,硅钙渣中方解石的分解是硅钙渣活性得以提高的主要因素,在煅烧温度在600-700℃时,其胶凝活性最佳。

关键词：硅钙渣胶凝活性温度

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基于物理激发的钢渣胶凝活性及机理

钢铁 2018年第3期53卷 82-86页

作者：王凯祥龙红明孟庆民魏汝飞张浩安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学) 安徽马鞍山243002 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

钢渣是冶金工业中产生的主要固体废弃物。为了提高其胶凝活性,实现钢渣的资源化利用,以钢渣尾渣作为研究对象,采用机械研磨的方式激发钢渣尾渣的胶凝活性。依据相关标准,测试其3 d的活性指数和28 d的活性指数。结果表明,机械研磨有利于... 详细信息

钢渣是冶金工业中产生的主要固体废弃物。为了提高其胶凝活性,实现钢渣的资源化利用,以钢渣尾渣作为研究对象,采用机械研磨的方式激发钢渣尾渣的胶凝活性。依据相关标准,测试其3 d的活性指数和28 d的活性指数。结果表明,机械研磨有利于钢渣尾渣微粉的粒径减小与均匀性改善,但是研磨时间过长,会造成钢渣尾渣微粉的团聚,影响钢渣水泥胶凝材料的力学性能与胶凝性。当研磨时间为80 min时,钢渣尾渣微粉能较好地充填于水泥胶砂体系中,其含有的活性物质3Ca O·Si O2、2Ca O·Si O2水化后生成大量的C-S-H凝胶,其钢渣尾渣胶凝活性最高,即3 d胶凝活性指数为66.24%,28 d胶凝活性指数为73.56%。

关键词：钢渣尾渣胶凝活性物理激发胶凝材料