水泥生料中碳酸盐煅烧热力学特性及其碳排放分析

对熟料生产的料耗、组成和热耗及碳排放量进行计算;在计算碳酸盐热分解温度的同时,由热重(TG)测定石灰石中SiO_(2)不同含量对碳酸钙热分解温度的影响;按照2022年中国碳价、国际碳价计算熟料碳税。结果表明,每吨水泥熟料的生料投料量为1507kg,其中石灰石投料量为1288kg、黏土为198kg、铁粉为21kg,所得水泥熟料含CaO为66.05%、SiO_(2)为21.66%、Al_(2)O_(3)为5.56%、Fe_(2)O_(3)为3.16%、MgO为2.26%和其他为1.31%;熟料率值KH=0.90、SM=2.6、IM=1.6,单位熟料热耗量为3075kJ/kg;碳酸钙热分解初始温度为836.35℃,碳酸镁为394.80℃;当石灰石中SiO_(2)含量分别为0.67%、2.42%和3.84%时,碳酸钙热分解温度分别为850.7℃、843.2℃和837.6℃;每吨熟料排放CO_(2)的量为887.7kg;每吨熟料的碳税为44.86~54.68元,若按国际碳价计算,则约为346.62~567.22元/t。

硝酸钙对超硫酸盐水泥强度的影响

超硫酸盐水泥是一种环境友好的胶凝材料,但存在早期强度低的缺陷。为探索超硫酸盐水泥早期强度的提高途径,研究了硝酸钙掺量对超硫酸盐水泥强度的影响,并通过离子浓度、X射线衍射仪(XRD)、孔结构、扫描电镜(SEM)等分析方法对硝酸钙影响水泥强度的机制进行了探讨。结果表明,硝酸钙掺量从0提高到2.0%,超硫酸盐水泥3 d强度提高尤为明显,且其后期强度仍有较大提高。其中,3 d龄期最佳掺量为1.5%,7 d、28 d和90 d龄期最佳掺量为1.0%。硝酸钙的增强作用主要可归因于其能提高水泥的水化速率,降低水化体系的碱度,促进钙矾石由细针状向短柱状转变,并降低水泥的孔隙率。掺入硝酸钙是提高超硫酸盐水泥强度的有效途径。

机械活化重质碳酸钙制备复合碳酸钙及其对溶液中的Cu^(2+)吸附性能

利用机械活化法对重质碳酸钙进行了纳米化表面改性,以聚丙烯酸钠和纳米碳酸钙为改性原料与重质碳酸钙进行混合研磨,成功制备了纳米碳酸钙包覆重质碳酸钙的复合钙,并考察了复合钙对溶液中的Cu^(2+)的吸附性能。研究结果如下:扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析证实了纳米碳酸钙包覆在重质碳酸钙表面,傅里叶变换红外光谱分析表明复合碳酸钙表面羟基明显增加,比表面积分析表明复合碳酸钙的比表面积为20.5m^(2)/g,具有介孔结构。复合碳酸钙对Cu^(2+)的最大吸附量为65.5mg/g,去除率可达98%。吸附性能研究表明,复合碳酸钙对Cu^(2+)吸附动力学符合伪二阶动力学模型,等温吸附过程符合Langmuir-Freundich模型,证明吸附过程以离子交换反应为主,该过程为吸热反应。

硫酸亚铁和硝酸钙对超硫酸盐水泥强度的影响

采用矿渣制备了超硫酸盐水泥,研究了硫酸亚铁和硝酸钙的掺量和掺加方式对超硫酸盐水泥3 d、7 d、28 d和90 d抗压、抗折强度的影响。结果表明:单掺适量硫酸亚铁时,超硫酸盐水泥各龄期的抗压、抗折强度均有所提高,但掺量过大(>0.5%)时对早期(3 d)抗压、抗折强度不利;单掺硝酸钙时,超硫酸盐水泥各龄期的抗压、抗折强度均有所降低;复掺硫酸亚铁和硝酸钙时,超硫酸盐水泥各龄期的抗压、抗折强度较未掺和单掺时均有明显提高,其中,复掺1.5%硫酸亚铁和2.0%硝酸钙对强度的提高效果最好。

纺锤状磁性碳酸钙复合材料的制备及其表征

为了探索制备磁性碳酸钙复合材料的新途径,以Ca(OH)_(2)和CO_(2)为原料,乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为晶型控制剂,通过在高压反应釜中添加Fe_(3)O_(4)纳米粒子,碳化制备了分散均匀、形貌为中空纺锤状的磁性碳酸钙复合材料CaCO_(3)Fe_(3)O_(4),采用SEM、XRD、VSM、XPS、TEM等表征方法探究了反应温度、EDTA-2Na添加量等对CaCO_(3)Fe_(3)O_(4)形貌和性能的影响。结果表明:纺锤状磁性CaCO_(3)Fe_(3)O_(4)的最佳制备条件为反应温度为120℃、Ca(OH)_(2)的质量分数为2%、EDTA-2Na用量为Ca(OH)_(2)质量的8%、反应时间为2 h、Fe_(3)O_(4)与CaCO 3的物质的量比为1∶10,所制备的CaCO_(3)Fe_(3)O_(4)的平均直径约400 nm,长度约为1μm,饱和磁化强度为9.78 emu/g。

超硫酸盐水泥早期强度影响因素及提高途径

超硫酸盐水泥是一种环境友好的材料,具有水化热低、抗蚀性能好、后期强度高等诸多优点,但存在早期强度低等缺陷。本文综述了超硫酸盐水泥早期强度影响因素及提高途径的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望。矿渣活性、硫酸盐浓度,尤其是碱度,是影响该水泥早期强度的关键因素。通过选用活性较高的矿渣和溶解特性合适的石膏,使用具有控制碱度和促进矿渣溶解作用的添加剂等途径,可以有效提高该水泥早期强度。如何控制合适的碱度,进而控制水化产物的形成速率、形态和比例,是值得以后侧重研究的方向。

铝矾土尾矿的热活化效果

铝矾土尾矿的热活化效果直接影响其在水泥混凝土中的利用率,而活化效果与铝矾土尾矿的组成、结构变化和它对水泥水化性能的影响有关。本研究将铝矾土尾矿于600~800℃煅烧2h后,实验观察和分析了铝矾土尾矿煅烧前后组成的变化,并研究了尾矿掺量在10%~30%时水泥胶砂强度活性指数和硬化浆体的水化。研究结果显示在该温度段内温度变化对铝矾土尾矿活性影响较小,即铝矾土尾矿有较宽的热活化温度范围;当掺入30%活化铝矾土尾矿后,仅略微降低了水泥胶砂强度,而这些效果与煅烧尾矿中偏高岭石形成以及硬化浆体致密性提高有关。总体而言,经合理热活化的铝矾土尾矿具有和粉煤灰相似的作用。

利用电解锰渣制备活性粉末混凝土的研究

研究了电解锰渣取代石英粉或矿渣微粉对活性粉末混凝土(RPC)强度、收缩率和重金属浸出毒性的影响。结果表明:电解锰渣部分取代石英粉或矿渣微粉,RPC的抗压强度总体上有所提高,而抗折强度稍有下降;干缩率与湿胀率均降低;重金属浸出浓度均低于Ⅴ类地表水限值。

利用电解锰渣消解水泥中水溶性Cr(Ⅵ)的研究

针对软锰矿还原煅烧工艺产生的电解锰渣,为探明其对水泥水溶性Cr(Ⅵ)的消解作用,以不同比例的锰渣取代粉煤灰配制水泥,在通风条件和20~120℃温度范围贮存1 h至28 d,测定各水泥的水溶性Cr(Ⅵ)含量,另外,还测定了常温下各水泥的物理性能和重金属浸出毒性。结果表明:随着电解锰渣掺量增加,水泥中水溶性Cr(Ⅵ)含量明显下降;贮存温度升高和时间延长,Cr(Ⅵ)含量有一定的反弹,但降铬效果依然十分明显;电解锰渣对水泥物理性能影响不大;水泥重金属浸出浓度均低于GB 3838—2002中Ⅴ类地表水限值。以电解锰渣作水泥降铬材料有可行性,值得进一步研究。

乳酸钠对超硫酸盐水泥强度的影响及作用机理

超硫酸盐水泥是一种资源节约和环境友好型胶凝材料,但由于存在早期强度低等缺陷,限制了其推广应用。为提高超硫酸盐水泥早期强度,研究了乳酸钠掺量对超硫酸盐水泥强度的影响,通过ICP-OES、MIP、XRD、SEM等测试,分析了离子浓度、水化产物及微结构,并对相关机制进行了探讨。结果表明,超硫酸盐水泥中掺入少量乳酸钠能提高水泥强度,尤其是早期强度,但是掺量过高时其作用效果降低,甚至对强度不利。综合考虑早期强度和后期强度提高效果,乳酸钠掺量以0.25%(质量分数)左右为宜。乳酸钠提高超硫酸盐水泥强度的主要原因在于其能促进矿渣溶解,加快钙矾石和C-S-H等水化产物生成,从而改善水泥石微结构。

有机磁性膨润土对环丙沙星和四环素的吸附性能

为了提高磁性膨润土(magnetic bentonite,MB)的磁分离性能,达到高效去除抗生素的目的,本文采用羧甲基纤维素(sodium carboxymethyl cellulose,CMC)和壳聚糖(chitosan,CS)相互作用所生成的有机共聚膜(chitosan/sodium carboxymethyl cellulose copolymer film,CC)对MB进行联合修饰,制得双有机修饰的有机磁性膨润土(magnetic bentonite/carboxymethyl cellulose-chitosen composite,MB-CC),同时进行了MB-CC对环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)和四环素(tetracyclines,TC)的吸附性能研究。表征结果表明,磁性Fe_(3)O_(4)纳米粒子和有机共聚膜CC成功地固定在MB上;经过CC改性,提高了Fe_(3)O_(4)的稳定性和对CIP及TC的去除性能。吸附结果表明,在pH为5、温度为25℃的条件下,MB-CC对CIP和TC的吸附容量(182mg/g和189mg/g)高于MB对CIP和TC的吸附容量(147mg/g和136mg/g)。经过5次循环,MB-CC对CIP和TC的去除率仍然保持在90%以上。与Freundlich模型相比较而言,CIP和TC在MB和MB-CC上的吸附行为更加符合Langmuir模型;吸附过程可由准二级动力学模型描述,说明吸附速率主要由化学吸附控制。MB-CC对CIP和TC的吸附机理主要包括孔扩散、阳离子交换和静电吸引作用。综上所述,MB-CC具有合成简单、高效等优点,是一种很有前途的抗生素废水去除方法。

双有机改性磁性膨润土对Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附

为了提高膨润土对Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附性能,采用羧甲基纤维素钠(SCMC)和壳聚糖(CS)通过席夫碱反应形成的复合物(SCMC/CS)对磁性膨润土(MB)进行改性,制备SCMC/CS修饰的磁性膨润土(SC/MB),研究改性膨润土吸附Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的性能并分析吸附机理。结果表明,SC/MB对Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附符合Langmuir模型,吸附容量分别为483和123mg·g^(−1);吸附过程符合准二级动力学模型和孔扩散模型。SCMC/CS中的─COOH、─NH_(2)和─OH提高了材料的磁稳定性和吸附性能,吸附机理包括络合、离子交换、微孔固定和静电吸引作用。总之,SC/MB是一种经济有效的废水重金属吸附材料。

煅烧凹凸棒土对水泥砂浆力学及抗氯离子渗透性能的影响

目前将凹凸棒土作为矿物掺合料替代部分水泥的研究比较缺乏。本文将煅烧凹凸棒土掺入水泥砂浆中,研究煅烧凹凸棒土对水泥砂浆力学及抗氯离子渗透性能的影响。力学性能试验结果表明,煅烧凹凸棒土掺入砂浆能够提高砂浆的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度,当掺量为7.5 wt%时,力学性能提高效果最为显著。通过电通量法、快速氯离子迁移系数法评价煅烧凹凸棒土水泥砂浆的抗氯离子渗透性能试验表明,煅烧凹凸棒土掺入砂浆能够降低砂浆的非稳态氯离子迁移系数,提高抗氯离子渗透性能,且7.5wt%为最佳掺量,NTB 492法和RCM法的评价拟合程度确定系数R^(2)为0.9871,说明两者相关度较高。孔结构分析表明,掺入煅烧凹凸棒土可以降低砂浆孔隙率,提高孔结构分形维数,增加孔结构复杂度。由于煅烧凹凸棒土具有较高的火山灰活性,能够促进二次水化、改善孔结构,提高密实度,从而提高水泥砂浆的力学及抗氯离子渗透性能。

氮掺杂中空碳球氧化物模拟酶性能研究

纳米酶由于其独特、高效、稳定的催化性质而在生化反应中备受关注。本研究以碳酸钙微球为绿色模板剂,多巴胺为氮源与碳源,合成了氮掺杂中空碳球(N-HCSs)。以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)为底物,采用紫外分光光度法探究了N-HCSs的类氧化物酶的催化活性,并研究其催化机理。结果表明,N-HCSs具有氧化物模拟酶催化活性,KOH活化后氮掺杂中空碳球的催化活性提高了3倍;N-HCSs氧化物模拟酶催化反应符合Michaelis-Menten方程,活化前后的米氏常数K_(m)分别为0.105和0.083,对底物具有良好的亲和能力;N-HCSs氧化物模拟酶催化反应中起主要作用的活性氧基团是超氧阴离子(O2^(·–))。本研究为高活性无机非金属类氧化物模拟酶的设计和制备提供了理论依据。

金矿渣和激发剂在少水泥熟料体系中的作用效果

为了促进金矿尾矿渣(简称金矿渣)在建材和少水泥熟料体系中的应用,在少水泥熟料体系中用金矿渣替代粉煤灰,并加入激发剂钾水玻璃、氢氧化钾和氢氧化钠,研究了硬化浆体组成和强度变化。结果表明:金矿渣取代粉煤灰量会影响激发剂的效果,取代量低时钾水玻璃的激发效果较显著,而取代量高时效果相反,这种差异性与激发剂对体系初始碱度和硅酸根基团贡献有关。