固废基陶瓷微珠透水砖的制备方法

利用大宗固体废弃物制备透水建材可以为城市雨洪管理提供绿色高性能产品,是解决“无废城市”和“海绵城市”问题的新举措。文章以典型难处理工业固废为研究对象,针对建材制造业囿于环境污染隐患、固废消耗能力低的行业难题以及传统制砖工艺能耗大、碳排放高的技术难题,发明了重金属吸附-烧结玻化-水泥固化协同制备陶瓷微珠透水砖的方法,通过清洁生产提升工业废弃物的利用价值,以期在绿色建材领域引领一波创新浪潮,助推环境友好型城市基础设施的构建。

碳中和背景下我国固废资源化利用产业发展研究

固废资源化利用可以节约大量的资源和能源,具有循环利用、节能减碳的优势,对于推动加快形成绿色低碳生产方式和生活方式、实现“双碳”战略目标、促进美丽中国建设具有重要意义。本文结合典型案例分析,梳理了国内外固废资源化利用产业的发展现状,分析了我国固废资源化利用产业在产业化进程、资金投入、技术创新等方面存在的主要问题。在此基础上,提出了我国固废资源化利用产业的发展建议,推动产业化进程,促进“产业链、创新链、人才链、资金链”融合赋能;加大激励支持力度,夯实金融保障基础;打造科创资源高地,强化项目示范引领;集聚人才优势,搭建高水平合作平台,全面推进固废资源化利用产业的高质量发展。

煤电化基地大宗固废“三化”协同利用基础与技术

我国14个大型煤炭基地及89个大宗固体废弃物综合利用示范基地建设,标志着矿区大宗固废利用已被纳入全国战略发展布局。长期以来煤炭资源高强度的开发与利用,造成矿区浅埋煤层资源临近枯竭,煤电化基地大规模固废堆积及地表沉陷,已成为制约矿区绿色低碳、高质量发展的难题。大宗煤基固废协同利用与绿色充填是解放“三下一上”压煤,延长矿井服务年限,实现固废无害化、资源化、规模化“三化”利用的有效途径。基于产煤大省山西省、“华东能源粮仓”安徽两淮基地及宁东能源化工基地的煤基固废种类和产量,详细阐述了以煤矸石、粉煤灰、炉底渣、气化渣和脱硫石膏等为主要材料的煤基固废通过重金属吸附解吸和络合钝化技术实现无害化处置,列举煤基固废分类应用于低热值煤基固废发电、制备建筑材料如水泥、砖瓦等资源化利用途径,对比分析煤基固废采煤沉陷区复垦回填及井下充填规模化利用途径,突出煤基固废井下充填的优越性。基于煤电化基地深部煤炭资源,提出绿色充填开采理论与关键技术,包括深部煤矸石源头减量与采选充协同技术、充填材料高效制备与深部井下输送技术及煤基固废充填材料深部多场耦合机理,探究多源煤基固废从源头、过程到终端的深部充填开采全过程的技术原理与方法,以解决矿区深部井下充填的技术难题。根据宁东基地任家庄煤矿、山西省霍尔辛赫煤矿及淮北矿区地质条件和充填目的,分别提出超前钻孔注充低位充填方案、关键层非典型特征条件下多离层梯级注浆方案和煤基固废协同利用关键技术,综合矿山固废处置与利用、深部煤炭资源开发利用、地表沉陷控制、生态环境保护等优势,形成煤电化基地大宗固废协同利用与绿色开采模式,为煤炭开采高质量化和环境低损伤化提供参考。

城市多源固废精细化管理及处置策略研究

随着城市化进程的加快,城市固废数量急剧增加,成为影响城市环境质量和居民生活质量的重要因素。基于此,本文聚焦于城市多源固废精细化管理及处置策略,分析城市固废的主要来源,如生活垃圾、建筑垃圾和工业废弃物,探讨了固废的处置现状,指出当前我国固废资源化率有待提升,总结减量化、资源化和无害化等精细化管理原则,提出建立完善的城市固废管理体系,持续提高工业固废处置能力,加强固废排放源监管,加强多部门联合监管以及增强公众固废处理意识等策略,旨在促进固废的有效管理,改善城市环境,提高居民生活质量。

工业固废基材料用于污染治理领域的研究进展

工业固废富含硅铝等有价值组分,且具有潜在胶凝性能,通过预处理、水热合成、碱融、碱激发、烧结等方式可将其制成吸附过滤材料。本文综述了近年来工业固废基材料用于重金属污水、印染废水、含油废水治理等领域的研究进展,总结了工业固废基沸石分子筛、地聚合物及陶瓷膜的制备/改性方法以及对污染物的吸附过滤机理及应用效果,并提出了工业固废基材料在未来应用中面临的问题,对其未来发展方向进行了展望。

建筑物下特厚煤层镁渣基全固废连采连充开采技术与实践

我国建筑物下压煤量巨大,同时煤矸石、粉煤灰等煤基工业固体废弃物排放量日益增加,严重制约地方经济社会发展。以榆林麻黄梁煤矿为试验矿井,针对其特厚煤层、建筑物下压煤、充填成本高等问题,提出了特厚煤层全固废连采连充开采技术。采用四阶段工序并将特厚煤层分为上、下2部分二次回采压覆煤炭,最大程度控制地面沉降。为降低充填原材料成本,采用化学优化剂对镁渣进行源头改性,抑制镁渣冷却粉化,稳定水化活性,协同粉煤灰、脱硫石膏等煤基固废,研发了改性镁−煤渣基胶凝材料。采用改性镁−煤渣基胶凝材料胶结煤矸石、粉煤灰制备了全固废充填材料。针对麻黄梁煤矿四阶段强、弱充填强度要求,设计不同配比的改性镁渣基充填材料试验,优选配比并应用于井下充填。论述了膏体充填系统与充填接顶方法。麻黄梁煤矿全固废胶结充填工艺试验显示,井下28 d龄期充填体钻芯平均单轴抗压强度超设计强度27%,钻芯浸出毒性满足相关国家标准要求,成功回收了建筑物下压覆煤炭资源,社会经济效益显著。麻黄梁煤矿特厚煤层全固废胶结充填开采实践为国内类似矿井提供了有益借鉴,同时为我国大型煤炭基地的“煤−电−化−冶”固废大规模资源化利用提供了新的思路。

玻璃纤维改性煤基固废胶结充填材料性能研究

基于煤矸石、粉煤灰等煤基固废再生资源利用和胶结充填材料性能优化问题,研究了玻璃纤维掺量、长度和养护龄期对煤基固废胶结材料输送性能和力学性能的影响规律,探讨了玻璃纤维增强机理。实验结果表明:玻璃纤维改性煤基固废胶结材料坍落度随纤维长度和掺量的增大而减小,但均大于200 mm,满足输送性能要求;抗压强度和抗拉强度随纤维长度的增大呈先增高后降低,随纤维掺量的增加而增高的变化规律;当玻璃纤维长度为6 mm、掺量为0.3%时,质量分数为79%的煤基固废胶结材料的综合性能最佳;玻璃纤维改性煤基固废胶结材料水化反应后,生成的针状和团状产物填充了材料细小裂隙且附着于纤维表面,能够有效提高材料的力学性能。

煤矸石-建筑固废砖填充材料正交试验及性能研究

利用正交试验设计(4因素4水平)对煤矸石-建筑固废砖填充材料(以下称膏体填充材料)的流动性与强度进行了测试。研究了粉煤灰掺量、废砖骨料取代率、质量浓度、减水剂掺量对膏体填充材料的坍落度、扩展度和早、中、后期抗压强度以及劈裂抗拉性能的影响,确定膏体填充材料的最优配合比,并对试验结果进行系统性分析。结果表明:各个因素对膏体填充材料流动性的影响显著,可总结为流动性随粉煤灰掺量、废砖骨料取代率、质量浓度的增加而下降,随减水剂掺量的增加而上升;各个因素对膏体填充材料早期抗压强度无明显影响;废砖取代率与减水剂掺量对膏体填充材料中、后期强度有一定的影响,当废砖骨料替代率为50%~75%、减水剂掺量为0.6%时,膏体填充材料抗压强度更高;粉煤灰掺量17%、废砖骨料取代率75%、质量浓度81%、减水剂掺量0.6%为最优组合。对选定方案的填充材料进行了微观形貌测试,说明该组合下配制出来的煤矸石膏体填充材料能保证强度,综合性能最佳。

三种固废改性生土材料配方设计及力学性能研究

为改善生土材料的力学性能,本研究以铁尾矿、煤矸石、电石渣、油泥与水泥等材料作为掺和料对生土进行改性。基于单形格子法设计配方,对3种配方、180个改性生土试件进行抗压强度试验,研究不同因素对试件破坏形态、抗压强度和试验数据离散性的影响;利用频数分析法,研究了固废改性生土材料的最优配方;通过CT扫描,从细观层面分析受荷后材料内部的分形和孔隙。结果表明:改性生土试件抗压破坏形态基本相同,极限位移受掺料影响显著。以煤矸石与电石渣、铁尾矿与水泥、油泥与水泥作为掺和料均可大幅提高改性生土试件的力学性能,掺和料种类、掺量对改性生土试件强度及数据离散性影响显著。经过频数寻优,3种配方的理想强度掺和料配比分别为1)铁尾矿12.1%~19.5%(质量分数,下同)、水泥13.9%~19.1%、生土65.5%~69.9%;2)电石渣6.7%~14.1%、煤矸石8.9%~11.8%、生土76.7%~81.8%;3)油泥11.4%~14.4%、水泥17.4%~19.4%、生土67.1%~70.5%。材料内部的分形和孔隙特征稳定,表现出较小的波动性和良好的密实性。

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。

多源煤基固废胶结充填体力学及变形破坏特征试验研究

【目的】为研究多源煤基固废胶结充填体的力学特性及变形破坏规律,选择5种典型煤基固废,开展了煤基固废胶结充填体(Coal-Based Solid Waste Cemented Backfill,CBSWCB)的单轴压缩、声发射响应及微观结构测试试验。【方法】分析了CBSWCB单轴抗压强度的影响因素和交互作用,建立了基于交互作用的抗压强度影响因素四维空间可视化模型,结合CBSWCB的声发射及微观结构特征,阐明了单轴压缩条件下的力学演化特征及宏观变形破坏规律,从微观角度进一步论证了CBSWCB承载过程中水化反应机理及宏细观联系。【结果和结论】试验结果表明:(1)单轴抗压强度的主要影响因素是质量分数,而炉底渣掺量的影响程度最小。(2)单轴压缩下CBSWCB的宏观变形破坏由塑性、弱劈裂破坏逐渐向脆性、剪切破坏转化。(3) CBSWCB试件声发射参数演化可以分为上升期、平静期、活跃期、稳定期,声发射累计振铃计数曲线呈现明显的“阶梯状”增长,累计振铃计数在上升期和平稳期内缓慢增加,在活跃期急剧增加,在稳定期逐渐趋于平缓。(4)水泥掺量偏低以及多源煤基固废充填材料属性差异导致水化反应程度有限,水化产物数量较少是CBSWCB单轴抗压强度普遍偏低的主要原因。研究结果可为多源煤基固废用于充填开采提供一定参考依据。

新型不锈钢管固废混凝土构件受弯性能研究

进行了6个不锈钢管混凝土试件的纯弯试验研究,分析了在弯曲荷载作用下,混凝土类型和截面形状对新型S35657奥氏体不锈钢管混凝土构件的破坏模态、荷载-变形关系、抗弯刚度与承载力的影响规律。试验结果表明:固废混凝土对新型不锈钢管混凝土纯弯构件的整体破坏模态影响不大,但固废混凝土有利于提高构件的抗弯承载力与刚度。随后建立了不锈钢管固废混凝土纯弯构件有限元模型并验证了既有材料模型的适用性,最后分析了各规范抗弯承载力计算方法的适用性和预测精度。

铁尾矿基多固废混凝土抗压性能及微观结构分析

针对铁尾矿堆存困难、综合利用率低和活性低的问题,以铁尾矿钢渣脱硫灰为复合掺合料制备多固废混凝土。通过抗压性能测试,研究复合掺合料掺量、铁尾矿细度对混凝土抗压强度的影响,并利用压汞法(MIP)和背散射电子成像技术(BSE)探究混凝土的微观结构。结果表明:复合掺合料的掺入对混凝土早期抗压强度影响较大,掺量小于20%的混凝土28 d抗压强度与无掺合料组抗压强度基本持平,30%掺量的混凝土抗压强度随铁尾矿比表面积的增大而先增大后减小;掺入复合掺合料和减小铁尾矿细度能够改善混凝土孔结构和提高界面过渡区的密实度。

“无废城市”背景下《固体废弃物处理》课程教学改革——以含铊固废资源化为例

2018年我国提出了“无废城市”理念,而固体废弃物资源化是实现“无废城市”目标的关键途径之一。本文阐述了“无废城市”,明确指出固体废弃物的“减量化”、“资源化”、“无害化”原则均体现了“无废城市”理念,且资源化以无害化为前提,这是《固体废弃物处理》课程教学大纲修订的要求。另外,随着新能源电池的发展,锂行业发展迅猛,导致与锂行业有关的含铊固废堆积如山,目前含铊固废的有效处理处置将是整个锂行业的关键瓶颈。本文以含铊固废为例,从稀散金属铊的特性、含铊固废的来源、含铊固废中铊的富集方法(包括火法/湿法富集铊、烟尘中富集铊精矿、离子交换法富集铊)、富集铊后的固废建材化等方面阐述含铊固废资源化利用。探讨《固体废弃物处理》课程教学大纲和教学内容的修订和改革,为我国“无废城市”目标的达成和生态文明建设提供人才保障。

基于堆积密实度的固废活性粉末混凝土配合比设计方法

采用固废掺合料(粉煤灰、矿渣和玻璃粉)进行了活性粉末混凝土(RPC)制备及性能研究,研究了固废种类、掺量和掺入方式对RPC堆积密实度、工作性能、力学性能和微观结构的影响,提出了固废RPC强度模型。结果表明:粉煤灰、矿渣和玻璃粉的替代水泥量分别为15%、10%~15%和20%时,RPC强度更具有优势,工作性能和微观性能更好;固废合理的掺入可使立方体抗压强度最高提高25.8%,而且随着堆积密实度的增大,固废RPC立方体抗压强度先提高后稍有降低;结合鲍罗米公式和密度堆积模型,考虑影响RPC性能的主要因素,提出了固废掺合料RPC配合比的设计方法,为RPC的工程应用提供依据。

团聚体级配对固废改良膨胀土耐久性的影响

通过工业固废改良膨胀土团聚体的搅拌破碎试验以及破碎土的耐久性试验,揭示了团聚体尺寸效应对改良效果的影响,并分析了其影响机理.结果表明:掺入铁尾矿砂和电石渣能加速土团聚体在搅拌过程中的破碎;大粒径团聚体内部膨胀土的改良效果较差,容易产生裂隙;粒径大于15 mm的团聚体含量越高,试样的耐久性越差;相对于电石渣改良土,复合改良土的耐久性更好;对于应用于底基层的电石渣改良土和复合改良土,建议控制粒径大于15 mm土团聚体的含量分别小于2.5%和21.8%.

有机固废多功能堆肥一体装置设计与分析

针对目前秸秆等有机固废处理存在的问题和传统堆肥技术的局限性,研发了一款集多功能于一体的堆肥装置。该装置将有机固废储存、粉碎、高温发酵、通气搅拌和废气废液收集等多种功能集于一体,应用物联网技术,可以在云端对有机固废堆肥最佳条件进行设置,实现了堆肥全过程在线实时监控。本装置的研发不仅缩短堆肥时间,提高出肥率,其便捷的可移动性可以应用于各种场地。本装置的研发对于加强农村秸秆等大宗有机农业废弃物资源化利用,助力乡村振兴和美丽乡村建设有着重要意义。

分析污水处理和固废处理行业中的臭气治理技术要点

随着城市化进程的不断推进,污水处理和固废处理行业的发展也日益受到关注。然而,这些领域在处理过程中产生的臭气问题却是一项严峻的挑战。臭气不仅对周围环境造成污染,还可能对人体健康产生负面影响。因此,臭气治理技术的研究和应用成为这两个行业不可忽视的课题之一。本论文旨在深入分析污水处理和固废处理行业中的臭气治理技术要点,并探讨其在实际应用中的效果和挑战。

黑水虻利用有机固废开发新型饲料蛋白与碳减排研发现状和展望

黑水虻作为一种重要的资源昆虫,可以处理多种有机固废,收获虫体生物质。黑水虻虫体富含蛋白质、脂肪等营养物质,在畜禽与水产的饲料中可有效替代鱼粉和豆粕而作为新型饲料蛋白资源。黑水虻幼虫处理有机固废还可以有效减少处理过程中的碳排放,将更多的碳元素以有机物的形式固定在虫体生物质上。文章从以下几个方面进行了综述:黑水虻转化不同有机固废,及其不同废弃物搭配对黑水虻转化及黑水虻营养的影响;微生物对黑水虻转化有机固废获得黑水虻生物质、蛋白的影响;黑水虻转化有机固废的无害化;黑水虻替代鱼粉和豆粕,是极具潜力的新型“开源”饲料蛋白;黑水虻中功能性蛋白(肽)的开发利用-用于饲料蛋白“节流”;黑水虻在固碳减排方面的作用;同时对黑水虻未来研究与开发方向进行了展望,以期为黑水虻资源的开发利用提供参考。

有色冶炼含砷固废的综合处置技术研究进展

有色金属冶炼过程产生的大量含砷固废会给生态环境和人类健康造成严重的潜在威胁。为了推动有色冶炼含砷固废综合处置技术的普及与发展,首先,结合冶炼工艺介绍了含砷固废的来源及走向,并详细分析了不同类型含砷固废的性质;然后,针对含砷固废的特点,介绍了几种常见含砷固废处置工艺,包括火法处理工艺、湿法处理工艺以及联合处理工艺等,以及它们各自的应用场景及瓶颈问题;最后,聚焦含砷碱浸液的高效处置难题,介绍了化学沉淀处理技术、蒸发结晶处理技术在碱性含砷废水处理方面的研究情况,并提出了可能存在的解决方案。研究内容对于认识有色冶炼含砷固废污染问题,了解含砷固废处置技术现状,推动有色冶炼行业绿色可持续发展具有一定的借鉴意义。