活化煤废料替代水泥制备混凝土的基本特性

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。为探索煤废料替代水泥进行混凝土制备的可行性,利用活性化处理的煤渣粉和煤矸石粉按照0、10%、20%、30%和40%的比例替代水泥进行混凝土试样的制备并对混凝土试样的坍落度、抗压和抗折强度进行测试,同时耐高温性能实验,结果证明:随着替代比的增加,坍落度、抗压强度和抗折强度均先增后减;煤废料的较优替代比为20%~30%。活化煤渣粉试样的早期强度增长率大;而活化煤矸石粉试样的长期强度增长率较大。当水灰比=0.45时,试样的抗压强度随着温度的升高先增后减,在100℃时达到极大值;当水灰比=0.5时,混凝土试样的抗压强度均随着温度的升高逐渐降低;活性煤渣粉试样界面区域的水合胶结构较最多,对照组次之,活化煤矸石粉试样较少。随着温度升高,试样表面的孔隙和裂缝明显增多且破坏面的破碎程度逐渐加剧。

光电催化矿物材料的制备及应用研究进展

光电催化技术是解决环境污染和能源短缺问题最具应用前景的方法之一。基于半导体矿物的光电化学性质或非半导体矿物的天然物理特性,将矿物与光电催化功能体复合构建的光电催化矿物材料具有成本低、环境相容性好、性能优异等特点,其在矿物利用的新兴领域受到了广泛关注。本文在限定了光电催化矿物材料研究是否属于矿物应用范畴的基础上,介绍了光电催化矿物材料包含的矿物组分及特征,提出了光电催化矿物材料的分类,并对光电催化矿物材料的制备方法及矿物增强光电催化活性的机制进行了讨论。最后,概述了光电催化矿物材料用于水中污染物治理、光电催化水分解产氢、CO_(2)能源化等领域的研究现状;指出应重点关注矿物本征光电属性、有效建立材料复合结构与效能的联系、明确材料矿物学属性影响光电催化的机制等问题,拓展光电催化矿物材料在新能源、化学品合成和矿物/微生物作用等领域的应用研究。

基于“深地-井下-地面”联动的煤矿矿井水处理利用模式初探

煤矿矿井水的高效低耗处理有助于推动煤炭资源的安全、高效开采。现有矿井水井下处理工艺选择受限、处理量小,地面处理占地面积大、运行成本高,矿井水处理后外排至地表又会产生高额的排水费。本文在总结分析煤矿矿井水处理技术现状基础上,提出了“深地-井下-地面”联动的煤矿矿井水处理利用模式:对矿井涌水通过“井下-地面”协同的方式进行高效低耗处理,处理后的矿井水部分用于矿区生产和矿区居民生活,其余部分则进行深地回灌或外排。首先介绍了该模式的基本原理;然后从水质、水量、水文、地质、地下建筑结构和回灌工程可行性对矿井水回灌工程的适用性进行评估和分析;最后介绍了不同水质矿井水处理技术和“井下-地面”协同处理技术体系,尤其针对回灌含水层选择、回灌施工作业、回灌试验、回灌水质模拟、回灌安全性分析等进行总结。

铅锌矿废石产酸潜力及模拟强酸雨环境下重金属淋溶规律分析

这是一篇矿山生态修复领域的论文。矿山开发过程中不可避免产生大量废石,废石中重金属元素在风化、淋溶等作用下释放,将对矿区周边水土环境质量产生影响。为了研究某铅锌矿废石重金属元素淋溶规律,分析了该废石的化学组成和产酸潜力。模拟强酸雨环境下,分析了废石中重金属元素溶出率及淋溶前后废石的矿物组成。结果表明:该废石中重金属Cu、Pb、Zn、Cd、As元素无独立矿物,在废石中分散赋存;废石酸中和能力较高,净产酸量NAG为0 kg H_(2)SO_(4)/t,无产酸潜力。在模拟强酸雨淋溶实验中,淋出液pH值均呈弱碱性,这与废石含较多的碱性矿物有关,废石具有一定的酸缓冲能力;第1轮淋溶过程Cu、Pb、Zn、Cd、As元素随淋溶时间延长累积溶出率逐渐升高;第2轮淋溶2周期后Cu、Pb、Zn、Cd元素累积溶出率趋于稳定,后续基本不溶出;As元素累积溶出率随淋溶时间延长而升高;总体而言,废石中重金属溶出率低。废石淋溶前后矿物成分不变,矿物含量略有变化。本文可为矿山废石堆场管理及其周边重金属污染防治提供依据。

非氰浸金剂的研究进展与展望

随着国家对企业绿色生产要求的提高,传统氰化法浸金工艺的劣势愈加明显,无法满足当前的环保要求。在浸金领域,亟需寻找一种能替代氰化物的非氰浸金剂。本文对非氰浸金剂进行了分类总结,更新了传统浸金剂(含硫浸金剂、卤化物浸金剂、微生物、氨基酸等)的研究与应用进展;综述了目前热度较高的新型环保合成浸金剂的合成方法与研究现状;除单一成分的浸金剂外,本文还对多种不同浸金剂组成的共强化体系进行了系统总结,为非氰浸金剂领域的学者提供了重要的参考。

大宗煤基固废膏体充填材料少水化配比优化研究

为解决西部采煤区固废多、处理难的问题,以宁东矿区的脱硫石膏、粉煤灰、水泥为主要原料,对原料的微观形态及少水配比的煤基固废膏体充填材料的成分进行分析,以初期流动性、脱模后7 d和28 d的抗压强度为指标进行充填材料配比优化。设计了3因素3水平17组配比方案,建立响应面回归模型,分析单因素及多因素交互作用对少水充填材料强度和流动性的影响。研究结果表明,粉煤灰与水泥质量比是影响少水充填材料强度的重要因素,料浆质量分数是影响少水充填材料流动性的重要因素。少水配比的煤基固废膏体充填材料的最优配合比:脱硫石膏质量分数53%,粉煤灰与水泥质量比2∶1,料浆质量分数74%。波速与强度的响应关系表明,可以利用充填体的波速来预测其强度。

基于CiteSpace软件的国内外矿业遗产的研究进展与展望

本文运用知识图谱理论,借助CiteSpace软件对国内外近十年以“矿业遗产(mining heritage)”为关键词所检索到的相关研究文献进行数据和信息的可视化分析,绘制研究关键词共现图谱、关键词突现图谱,进一步通过文献总结把握研究热点、预测演化趋势,从而推进矿业遗产研究的理论进步与实践优化。通过分析可知,矿业遗产的研究聚焦在其生态修复、价值评价、地下空间综合利用和旅游开发模式等方面。本文认为矿业遗产未来应从以下几个方面展开深入研究:加强矿业遗产生态环境测评、预警、监管的机制设计和实施管理研究;加强矿业遗产价值评估的标准化研究,推动建立“国家矿业遗产名录”;研究矿业遗产旅游开发与既有文化旅游事业的融合机制和融合模式;体系化地研究矿业遗产的旅游开发策略;加强与矿业遗产有关的跨区域、跨产业类型的遗产认知,如煤炭+运输工业遗产廊道等。

过断层压气储能巷道围岩变形特征与支护优化

目的为解决断层附近储气巷道围岩变形不协调、在储气循环荷载作用下易发生损伤失稳的问题。方法采用FLAC3D建立数值模型,基于淮南潘一矿第一水平西翼轨道石门实际地质条件和原有支护方案,分别开展单一内压荷载作用和循环荷载作用下,储气巷道穿越Fe3正断层附近区域围岩变形破坏特征与支护方案优化模拟分析,针对该区域提出注浆加固方案,并通过数值模拟方法对注浆效果进行考察。结果随着内部储气上限压力的增大,储气库围岩变形加剧。尤其穿越破碎带区域,在循环荷载作用下,围岩累积损伤导致储气巷道极限承载能力大幅度降低,位移增加显著,成为潜在破坏区。注浆后巷道围岩顶底板及两帮位移量明显降低,对储气巷道围岩稳定性具有良好的控制作用。结论研究结果可指导破碎区域注浆加固提高储气巷道内压上限,为同类高压储气巷道的稳定性和安全性提供参考。

磷石膏煅烧-酸浸除杂增白实验

这是一篇冶金工程领域的论文。磷石膏产量及堆存量大,已成为制约磷化工行业绿色、健康发展的重要因素。磷石膏除杂增白是其高消纳综合利用的必经途径。对浮选除杂脱硅磷石膏进行分析发现其中仍存在少量的黑色有机物质,影响其白度。本文采用煅烧-酸浸法对其进行处理,在煅烧温度600℃、煅烧时间70 min、酸浸时间2 h、硫酸浓度1.5 mol/L、酸浸液固比5:1和酸浸温度90℃条件下,增白磷石膏的白度由51.5%增加到了92.7%,增白效果显著。增白磷石膏主要是CaSO_(4),并含有少量的CaSO_(4)·2H_(2)O和CaSO_(4)·0.5H_(2)O,颗粒呈15~20μm的不规则形状,且表面光滑。本研究对磷石膏规模化综合利用具有重要指导意义。

碱激发矿渣粉煤灰地质聚合物力学性能改性及其混凝土性能

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。碱激发矿渣粉煤灰地质聚合物(ASFG)具有早期强度高、耐酸碱等优异性能,但脆性大、韧性差等缺陷影响其推广应用。为改善ASFG的性能且拓宽可应用于ASFG改性的矿物掺合料种类,以偏高岭土、沸石粉、膨润土、硅灰石粉、轻质碳酸钙和硅灰六种矿物掺合料作为改性材料,研究了其对ASFG力学性能的改性效果,并确定了硅灰为较佳改性材料。为深入探索硅灰对ASFG力学性能的改善作用,研究了硅灰掺量对ASFG力学性能的影响,并确定了硅灰的较佳掺量。最后,制备了碱激发矿渣-粉煤灰-硅灰地质聚合物混凝土(ASFSGC),并研究了其工作性、准静态力学性能和抗渗性。结果表明:膨润土、硅灰石粉、轻质碳酸钙、硅灰四种矿物掺合料对ASFG的抗折强度具有明显增强效果。硅灰石粉、硅灰两种矿物掺合料对ASFG的抗压强度具有明显增强效果。对ASFG而言,硅灰是一种优质矿物掺合料。随着硅灰掺量的增大,ASFG的力学性能先增大后减小,硅灰的较佳掺量为4%。ASFSGC具有良好的工作性、优异的抗渗性能,且ASFSGC的延性较普通硅酸盐水泥混凝土提高了14.1%。

铁尾矿混凝土力学性质及耐久性

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。为了研究铁尾矿混凝土在受硫酸钠溶液干湿循环作用后的力学特性和耐久性,开展了受硫酸钠溶液侵蚀混凝土的抗压实验、抗氯离子侵蚀实验、抗冻实验和水化特性实验,分析不同铁尾矿掺量、干湿循环次数、溶液浓度对混凝土力学性质和耐久性的影响。结果表明:在铁尾矿掺量为30%、干湿循环次数为60次和硫酸钠浓度为5%时,混凝土的质量损失率较小而抗压强度耐腐蚀系数较大。随着铁尾矿掺量的不断增大,混凝土的抗氯离子侵蚀性能、抗冻性能越好,水化反应放热量不断减小。

熔盐辅助合成硼化铪工艺研究

这是一篇冶金工程领域的论文。以氧化铪和碳化硼为原料,采用氯化钠为熔盐介质,通过硼/碳热还原法合成了纯度较高的硼化铪粉体。研究了反应温度、保温时间等合成工艺参数以及原料配比对材料晶相组成和显微结构的影响。结果表明,以氯化钠为熔盐介质时,氧化铪在1300℃的合成温度下开始转化为硼化铪,其温度远低于传统的硼化铪合成所需温度。在硼过量20%,反应温度和保温时间分别为1400℃和2 h所制备的硼化铪粉体纯度较高,X射线衍射中可以明显观察到硼化铪结晶峰,且在扫描电镜中可以观察到紧密团聚形貌的硼化铪。

二氧化铅电极改性及电催化降解焦化废水中蒽

为了研究电催化对焦化废水中污染物的降解效果,采用电沉积法制备了Ti/PbO_(2)、Ti/PANI/PbO_(2)和Ti/PANI/PbO_(2)-Ce三种电极,对电极进行扫描电镜和X射线衍射表征、电化学性能测试、产羟基自由基(·OH)能力测试和加速寿命测试。结果表明,经聚苯胺(PANI)和铈(Ce)改性的Ti/PANI/PbO_(2)-Ce电极具有更好的表面形貌和更高的催化活性,能产生更多的·OH,析氧电位为1.83 V,加速寿命时间为720 min。采用Ti/PANI/PbO_(2)-Ce电极降解焦化废水中的蒽,考察了主要因素对降解效果的影响,得到蒽的最佳降解条件为电压14 V,板间距1.0 cm,电解质浓度0.35 mol/L,反应时间120 min,pH值10。Ti/PANI/PbO_(2)-Ce电极显示了良好的电催化性能。

利用粉煤灰和高炉渣制备发泡陶瓷材料

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。以粉煤灰和高炉渣为主要原料,外加碳化硅(SiC)为高温发泡剂,硼酸钠(Na_(2)B_(2)O_(7))为助熔剂,采用高温烧结法制备发泡陶瓷材料。主要研究了原料配比、SiC添加量及Na_(2)B_(2)O_(7)添加量对发泡陶瓷的气泡结构、体积密度、吸水率、抗压强度及导热系数的影响。实验结果表明:当粉煤灰含量为70%,高炉渣含量为30%,并额外添加0.3%SiC粉末和5%Na_(2)B_(2)O_(7),在烧成温度1100℃下保温40 min时,发泡陶瓷具有较佳的综合性能,其体积密度为0.516 g/cm^(3),吸水率为3.82%,抗压强度为3.62 MPa,导热系数为0.094 W/(m·K)。且该条件下样品的主要物相包括石英相(SiO_(2))、钙长石(CaAl_(2)Si_(2)O_(8))和辉石相(Ca(Mg,Al,Fe)Si_(2)O_(6)),大量晶体的析出促进了材料强度的提升。本研究为粉煤灰和高炉渣等工业固体废弃物转成高附加值的建筑保温材料提供一种新方法。

矿井岩溶热储三维地质建模及地热资源潜力评价

传统热储体积法适用于大尺度区域的地热资源量评价,用于矿井地热资源量评价时误差较大。在分析平顶山矿区“源、通、储、盖、流体”地热系统特征的基础上,建立了矿区地热成因概念模型。以平煤十矿井田为主要研究区,基于区内地热地质条件和地面、井下钻孔资料,采用地下水模型系统(Groundwater Modeling System,GMS)软件建立了研究区内地层的三维地质模型,呈现了寒武系碳酸盐岩地层及覆岩的展布情况,并对寒武系碳酸盐岩地层空间进行了数字化。提出了用于矿井地热资源评价的积分式热储体积法,采用该方法对研究区内寒武系岩溶热储静态资源量进行了估算,并评价了热储的动态资源量,得出了热储层地热资源量与地热水位标高的关系曲线。对研究区内寒武系岩溶地热水进行了水质全分析,评价了地热水的腐蚀性和结垢性。结果显示,研究区内寒武系碳酸盐岩(灰岩)层为岩溶热储层,热量主要来自寒武系朱砂洞组以深的高温岩体;地表大气降水经寒武系灰岩露头和矿区周缘深大断裂进入深部岩体,沿途被加热后储存于寒武系灰岩地层中,并持续接受深部基岩热量传输,形成水热型岩溶热储;寒武系岩溶热水静态资源量为76.8亿m3,蕴含热量1.19×10^(18) J;岩石中蕴含热量为3.25×10^(18) J;地热资源总量为4.44×10^(18) J;地热可采资源量为6.66×10^(17) J,折合标煤22.7 Mt;寒武系岩溶热水具有轻微腐蚀性,结垢性为轻微—中等,流经金属管道和容器需要做防腐和防垢处理。

大西沟某尾矿库尾矿有价组分综合回收试验研究

对陕西大西沟某铁品位15.70%的选铁尾矿开展了有价组分综合回收试验研究,采用浮选铜硫、强磁选提铁、焙烧选铁、摇床重选-浮选提取重晶石和云母工艺,获得了TFe品位60.17%(S含量0.11%)、TFe回收率66.74%的铁精矿,S品位47.86%、回收率66.58%的硫精矿,Cu品位19.79%、回收率31.24%的铜精矿,BaSO_(4)品位86.96%、回收率9.15%的重晶石粗精矿和K_(2)O品位6.66%、回收率6.63%的云母精矿,实现了尾矿分质综合利用。

锂渣物化特性及其碱激发制备人造集料实验

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。伴随着我国锂矿冶炼规模增长,锂渣产量逐年增加,其资源化利用的必要性日趋凸显。为探明锂渣的物化性能及其作为胶凝材料制备人造集料的潜力,首先通过实验表征了宜春市锂云母锂渣和澳大利亚锂辉石锂渣的组成和性能,并分析其对碱激发性能的影响。其次,以氢氧化钠为碱激发剂,采用圆盘冷造粒法制备了两种锂渣人造集料,并测试了其抗压强度。最后,通过玻璃电极法、电感耦合等离子体质谱法、离子色谱法和分光光度法等实验论证了人造集料的环境风险。结果表明:锂云母锂渣的物化性质较锂辉石锂渣更适合用于碱激发制备人造集料,所制得的人造集料强度更高,液体浸出物也不具有环境危害性。

钼尾矿粉作为水泥基材料掺合料的适用性研究

为了解决钼尾矿资源化利用的问题,以黑龙江伊春鹿鸣矿业的钼尾矿为原材料制备了磨细钼尾矿粉。通过标准稠度用水量、凝结时间、流动性、强度、活性指数、微观结构及水化产物等性能指标,研究了钼尾矿粉作为掺合料对水泥基材料工作性能、力学强度和微观结构的影响。研究结果表明:钼尾矿粉的掺入使水泥的标准稠度用水量增大了3.2%,初凝时间和终凝时间分别延长了75%和93%;且钼尾矿粉的掺入降低了砂浆流动度,增大了砂浆需水量比,降低了砂浆60 min流动度经时变化;随着钼尾矿粉取代率增加,砂浆的抗折强度、抗压强度、活性指数均逐渐降低,但砂浆7 d、28 d活性指数均大于60%;当钼尾矿粉取代率为30%时,净浆微观结构存在较少孔隙,但内部结构较为致密,且净浆中除钙矾石、氢氧化钙等水化产物,还含有SiO_(2)、长石、云母等钼尾矿粉中矿物。实验结果可为钼尾矿作为水泥基材料掺合料提供基础性实验数据。

脱磷渣中有价元素在不同有机酸溶液中的浸出行为

脱磷渣中含有大量CaO、SiO_(2)、FeO、P_(2)O_(5)等有价组元,具有作为土壤改良剂和肥料的潜力。为了推动脱磷渣在农业中的应用,有必要了解其在有机酸溶液中的浸出行为。考察了pH和有机酸类型对脱磷渣中各有价元素浸出率的影响规律。结果表明:脱磷渣中的主要矿物相为富铁相(RO相)、CaFeSiO_(4)基体相和C_(2)S-C_(3)P固溶体;渣中Ca、Si元素主要分布在含磷固溶体和基体相中,P元素富集在C_(2)S-C_(3)P相中,Fe元素主要分布在RO相中;pH降低可明显促进脱磷渣溶解,大部分脱磷渣能在枸橼酸溶液中溶解;在pH=5时,Ca、Si、Mg元素浸出率约为90%,P浸出率达68.84%,实现了有价元素的浸出。

煤气化细渣基吸附剂的CO_(2)吸附性能

吸附法是碳捕集的主要途径之一。氨基功能化多孔材料作为重要的CO_(2)吸附剂,通常以价格高昂的介孔分子筛为载体,这极大地限制了吸附法的规模化应用。因此,降低载体成本对于碳捕集有着重要的现实意义。使用盐酸处理煤气化细渣(FS)制得酸浸渣材料(AFS),进一步嫁接3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)制备氨基功能化CO_(2)吸附材料(AFS-A-x)。利用热重分析(TG-DTG)、傅立叶变换红外光谱分析(FTIR)和低温N2吸脱附等方法对样品进行表征,利用高压气体吸脱附仪(PCTPro)考察FS,AFS和AFS-A-x的CO_(2)吸附性能,建立等温吸附模型,并计算等量吸附热。结果表明:相较于FS,AFS的硅羟基含量更高,孔隙结构更丰富,更适合做嫁接原材料。在60℃,0.1 MPa的吸附条件下,AFS-A-3材料的CO_(2)吸附量较AFS材料的CO_(2)吸附量提高了19.6%,达到0.61 mmol/g,在30℃~70℃的温度范围内,AFS-A-3的吸附性能随温度上升而下降;相同条件下,在低压段(0 MPa~0.015 MPa)AFS-A-3的吸附能力明显高于AFS的吸附能力,说明AFS-A-3在低CO_(2)分压条件下有更高的应用潜力;经过十次吸脱附循环后,AFS-A-3在60℃,0.1 MPa条件下对CO_(2)的吸附量下降了5%;AFS和AFS-A-3的等温吸附曲线可用Langmuir模型较好描述。相比于AFS,嫁接改性的AFS-A-3对CO_(2)的等量吸附热明显增加,据此推断吸附类型由物理吸附主导转变为物理吸附与化学吸附共同作用。