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。

改性固废基多孔颗粒吸附CO_(2)及其解吸抑制煤自燃特性研究

煤矿采空区遗煤自燃灾害频发,严重危害矿井安全生产。为了防治采空区遗煤自燃,本文研究了一种胺改性固废多孔材料,并研究了胺改性固废多孔材料的CO_(2)吸附性能及抑制煤自燃特性。研究结果表明,有机胺改性剂能够成功负载在固废多孔颗粒上,并且在不同有机胺(乙醇胺(MEA)、二乙烯三胺(DETA)、四乙烯五胺(TEPA)、聚乙烯亚胺(PEI))改性多孔颗粒中,四乙烯五胺(TEPA)改性多孔颗粒CO_(2)吸附性能最好。CO_(2)吸附实验结果表明,随着改性剂负载量的增大,CO_(2)吸附量先升高后降低,25℃、1bar条件下,有机胺负载量为20wt%时,吸附量最大达到119.24mg/g;改性剂负载量相同时,CO_(2)吸附量随着温度的升高先增加后降低,70℃时吸附量最高,为128.97 mg/g。程序升温测试结果显示,相较于添加未吸附CO_(2)的改性颗粒,添加吸附CO_(2)的改性颗粒后,煤样的交叉点温度升高了29.2℃,有效降低了煤自燃危险性,温度升高过程中改性颗粒吸附的CO_(2)能够解吸,降低煤颗粒周围的氧浓度,从而抑制采空区遗煤自燃。本文研究对促进工业固废的高效利用、推动采空区煤自燃灾害高效防控技术的发展具有重要意义。

基层用固废基胶凝材料配合比优化设计

为探究采用固体废弃物全部代替水泥用作公路基层胶凝材料的可能性,对不同配合比三掺料(矿渣粉(SP)、粉煤灰(FA)、脱硫石膏(FGD))与四掺料(SP,FA,FGD和钢渣粉(SS))胶砂试件进行了28 d抗压强度(R_(28))试验,分析胶凝材料水化反应机理,构建R_(28)预测模型并求解最佳配合比,根据最佳配合比制作胶砂试件与净浆试件并进行试验。结果显示:三掺料体系中单因素显著性排序为FA>SP,FA与SP存在交互作用,最佳配合比为w(SP)∶w(FA)∶w(FGD)=35∶55∶10;四掺料体系中单因素显著性排序为SP>SS>FA,交互作用显著性排序为(SP+FA)>(FA+SS)>(SP+SS),最佳配合比为w(SP)∶w(FA)∶w(SS)∶w(FGD)=43.8∶24.1∶22.5∶9.6。根据最佳配合比制作的三掺料胶砂试件R_(28)不满足规范要求,四掺料试件所有指标均满足规范要求并优于P·S·A 32.5级水泥,四掺料胶凝材料可替代水泥用于公路基层。

固废基胶凝材料的粒度分布与其性能的关联度

以矿渣、钢渣、脱硫石膏、粉煤灰为主要原材料制备了固废基胶凝材料,研究了粉磨时间(5、10、15 min)对固废基胶凝材料比表面积、粒度分布、标准稠度用水量和胶砂抗压强度的影响,并通过灰色关联分析方法探究了固废基胶凝材料的粒度分布与标准稠度用水量和抗压强度之间的关联度。结果表明:随着粉磨时间的增加,固废基胶凝材料的细度、比表面积、标准稠度用水量和胶砂抗压强度均增大;固废基胶凝材料的标准稠度用水量和胶砂的抗压强度均与粒度小于20μm的颗粒含量呈正相关,与粒度大于等于20μm的颗粒含量呈负相关;适当减少粒度10~20μm的颗粒含量或增加粒度20~32μm的颗粒含量,均可在一定程度上降低固废基胶凝材料的标准稠度用水量;增加粒度0~3μm、10~20μm的颗粒含量分别有助于提高胶砂的3 d、28 d抗压强度。

低收缩固废基胶凝材料在大霍公路半刚性基层中的规模化推广应用

工业固废材料资源化利用是近年来公路建设绿色发展的热点,甘肃省多个公路建设项目实施了工业固废材料推广应用的试验段,取得了大量研究成果,但在公路工程中规模化推广应用案例较少,究其原因主要是未形成固废材料推广应用的全产业链和质量标准评价体系。G331线大红山至霍勒扎德盖段公路项目建设贯彻国家生态文明战略、践行绿色发展理念,在项目全线100 km沥青路面半刚性基层中应用工业固废材料循环利用技术,创建了低收缩固废基胶凝材料推广应用全产业链,创新拓展了交通建材生产供应多元化体系,达到了固废材料规模化利用与抑制基层早期开裂的双重目标。文章通过对固废胶凝材料在大霍公路推广应用的全产业链应用论述、性能优势对比、效益分析,为固废基胶凝材料在公路工程中的推广应用提供借鉴。

固废基胶凝材料混凝土增强剂的试验研究

针对固废基胶凝材料水化慢,导致混凝土凝结时间长、早期强度低影响施工的问题,研制了固废基胶凝材料混凝土增强剂ZS-10Z,并与市售的早强剂进行了混凝土性能对比试验。结果表明:掺入占胶凝材料质量1.0%的ZS-10Z能显著提高混凝土的3、7、28 d抗压强度,改善混凝土的施工性能,缩短混凝土的凝结时间,同时混凝土的抗碳化性能、抗水渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能明显提高;电通量测试和SEM分析表明,混凝土中掺入ZS-10Z能有效促进固废基胶凝材料的水化进程,生成更多的水化产物,进而提高混凝土结构的密实性。

固废基陶粒对含磷废水的处理研究

在前期研究固废基陶粒的制备及性能表征的基础上,该文采用静态和动态试验方法,开展固废基陶粒处理模拟含磷废水研究。结果表明:在初始浓度为17 mg/L和反应温度为293 K时,固废基陶粒对水中磷的平衡吸附量可达1.013 mg/g,Freundlich吸附等温模型和准一级动力学方程都能较好地描述该吸附过程(R^(2)>0.95),且是一个自发的放热的物理吸附过程。在反应温度为293 K时,随着初始浓度由5 mg/L增至17 mg/L,基于固废基陶粒的固定床反应装置去除水中磷的穿透曲线变得越来越陡峭,穿透时间和饱和时间分别由34 h和60 h缩短至18 h和32 h,此外Yoon-Nelson固定床反应动力学方程能比较精确地描述动态除磷过程(R^(2)>0.95)。

固废基土壤固化剂对固化土延迟力学性能的影响

以矿渣、脱硫石膏、粉煤灰和水泥为原料,制备了固废基土壤固化剂。通过正交试验和控制变量试验优化了固废基土壤固化剂的配合比,并研究了延迟时间对固化土力学性能的影响规律。结果表明:水泥掺量对固化土无侧限抗压强度影响最大,其次是矿渣∶脱硫石膏,而矿渣∶粉煤灰对固化土无侧限抗压强度影响最小;固废基土壤固化剂的最优配合比为水泥掺量0.3%,矿渣∶脱硫石膏4∶1,矿渣∶粉煤灰3∶1;不同固废基土壤固化剂配合比和掺量下,固化土的无侧限抗压强度均随着延迟时间的延长而降低。最后,通过实际工程验证了该固废基土壤固化剂在施工延迟条件下的可行性。

固废基胶凝材料在干旱地区公路基层中的路用性能研究

针对水泥稳定材料引起的基层开裂及缓凝时间短的问题,采用粉煤灰、矿渣粉、脱硫石膏、电石渣为主要原料,配制道路水稳层路用胶凝材料,代替缓凝硅酸盐水泥。结果表明,固废基胶凝材料凝结时间相较水泥延迟了2h,其7d和28d抗折、抗压强度均满足规范要求;固废基稳定混合料14d及28d无侧限抗压强度与水泥稳定混合料7d及28d基本相等,同时28d冻融循环残留强度与30次抗硫酸盐耐腐蚀系数均大于85%,高于水泥稳定材料;固废基稳定混合料90d时试验段贯通裂缝数量4~5条,小于水泥稳定混合料数量的1/7。

固废基泡沫轻质路基填料施工工艺

车站扩建时对邻近已有建筑物有变形影响,高铁车站扩建会面临更复杂的环境和更不易控制的施工风险。为解决该问题,潍烟铁路项目根据烟台地区尾矿的成分特性,研发固废基绿色胶凝材料,采用预发泡法,利用开发的绿色胶凝体系,制备大流动度的固废基泡沫轻质路基填料并开发其施工工艺,降低路基沉降,同时也消耗大量的尾矿,实现大宗固弃物的规模化利用,有利于节约资源、保护环境,符合可持续发展的要求。

固废基聚合物砂浆型隧道盖板配比与性能研究

针对现有隧道盖板强度低、耐盐冻性能差等问题,提出一种固废基聚合物砂浆,用于制备隧道盖板。该固废基砂浆以钢渣微粉、铁尾矿废砂、环氧树脂胶黏剂等为主要原材料,研究了固废基聚合物砂浆体系中,以钢渣对水泥的取代量为核心参数,考察该参数对隧道盖板力学性能及耐盐冻性能的影响。结果表明:随着钢渣取代量从0%提高至100%,盖板的抗折强度逐渐从29 MPa增长至36 MPa;钢渣取代量对盖板抗压强度和耐盐冻性能的影响是一致的,即钢渣用量为40%达到最佳值。钢渣基聚合物砂浆耐盐冻性能优于现有的水泥基聚合物砂浆与C40混凝土。对不同钢渣取代量下的盖板断面进行SEM扫描,断面出现不同程度的“沟壑状”也对前述的力学特性提出了有效的佐证。

固废基胶凝剂稳定材料基层性能试验研究

文章采用由多源固体废弃物如煤矸石、赤泥、粉煤灰和活性激发剂制备的绿色胶凝材料,对比试验黏土、砂土、风化砂、碎石4种常用路基材料掺加不同比例固废基胶凝材料和水泥稳定材料的无侧限抗压强度。试验分析表明,黏土与砂土的胶凝材料最佳掺量为8%~10%、风化砂的胶凝材料最佳掺量为5%~7%、稳定碎石的胶凝材料最佳掺量为5.5%、固废基胶凝剂稳定碎石后期强度增长明显优于水泥稳定碎石。

固废基免烧保温砖的制备及性能研究

以超细尾矿粉为主要原材料,改性EPS和秸秆为填充料,水泥为胶凝材料,经活性激发剂的作用,制备出力学性能和耐久性好且保温性能优异的固废基免烧保温砖。研究了改性EPS和秸秆用量对材料主要性能的影响,并对配比进行优化设计。结果表明,改性EPS用量为超细尾矿粉质量的4.5%,秸秆用量为超细尾矿粉质量的4%~6%时,保温砖的7 d抗压强度≥17.5 MPa、抗折强度≥3.5 MPa、28 d抗压强度≥23.0 MPa、抗折强度≥5.5 MPa,冻融循环50次后的抗压强度损失率≤2.5%,质量损失率≤1.5%,导热系数≤0.055 W/(m·K)。

固废基硫铝酸盐水泥固化低液限粉土的试验研究

为探究固废基硫铝酸盐水泥对低液限粉土的固化规律和效果,开展无侧限抗压强度、劈裂强度、CBR、XRD、TGA和SEM等试验,研究复掺不同比例硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的固化剂对固化土力学性能的影响及其微观机理。研究结果表明:相对于普通硅酸盐水泥,固废基硫铝酸盐水泥水化产物中钙矾石含量较高,水化硅酸钙含量较少。单掺掺量为6%的固废基硫铝酸盐水泥固化土,其无侧限抗压强度前期增长较快,后期增长相对缓慢,28 d强度可以达到0.83 MPa;确定胶凝材料掺量为6%,将固废基硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥进行复掺时,随普通硅酸盐水泥占胶凝材料比例的增加,固化土抗压强度和劈裂强度逐渐提高,膨胀量逐渐降低。当普通硅酸盐水泥比例由60%上升到70%时,固化土强度提高最为显著,两种水泥的互补性发挥得最好,CBR可达235%,28 d强度可达2.25 MPa。

固废基胶凝材料专用聚羧酸减水剂的制备及性能研究

针对固废基胶凝材料需水量高、包裹性差导致固废基混凝土坍落度损失大的问题,采用功能型大单体乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚(EPEG)与丙烯酸(AA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)在常温(10~25℃)下聚合反应,制得固废基胶凝材料专用聚羧酸减水剂PCA-Ⅱ,并对其分子结构和分子质量进行了红外光谱和凝胶色谱分析。试验结果表明,其最佳工艺参数为:酸醚比2.2、酯醚比2.6、次磷酸钠与大单体的摩尔比为0.4。经固废基混凝土试配验证表明,掺该减水剂混凝土的和易性与保坍性良好,浆体饱满,同时对固废基混凝土的水化产物进行SEM测试,分析了PCA-Ⅱ对固废混凝土的作用原理。

水泥-固废基轻质混凝土在屋面找坡中的应用

建筑物屋面找坡有建筑找坡(又叫材料找坡)和结构找坡两种途径。建筑找坡的优点是坡度准确、表面平整及可获得平整的室内空间,但缺点是增加造价和增加屋面荷载;结构找坡的优点是可一次成形和节约造价,但缺点是坡度不准确及表面不平整。建筑找坡中基于炉渣等传统材料找坡会增加屋面荷载,且施工周期和人工消耗较多。针对上述两种工艺的优缺点,项目中采用水泥-固废基聚合物EPS轻质自密实混凝土进行建筑找坡,其轻质性克服了建筑找坡增加屋面荷载的缺点,且良好的保温性也提高了屋面保温性能,同时因其具有自密实性而无需振捣,提高了施工速度和降低了劳动强度,具有较为显著的综合效益。

铅基固废协同熔炼过程在线智能优化控制

铅基固废是生产端和消费端产生的常见固体废物,具有很强的污染性,其绿色处理技术是实现含铅废物污染防治的关键环节。双底吹炼铅工艺协同处理铅基固废是一种经济合理的铅基固废处理方式,相对于传统矿铅冶炼生产操作更为复杂,为确保生产状况处于稳定、经济的状态,对工艺控制系统有了更高要求。中国恩菲工程技术有限公司研发了一套铅基固废协同熔炼过程在线智能优化控制系统,整个系统由在线优化控制系统、智能预警与高效监控系统和系统数据库集成,主要实现以下功能:(1)针对铅基固废协同熔炼过程自动化水平不高的问题,基于冶炼过程机理与生产运行大数据,应用计算机建模和神经网络方法建立了冶炼过程关键参数预测模型,开发了一套铅基固废协同熔炼在线优化控制系统;(2)以车间实景模型为载体,建立了铅基固废协同熔炼智能预警与高效监控系统,实现了工业信号、场景及流程的数字化与可视化;(3)控制系统集成了现场相关软硬件,详细展示各模块间的数据交互与协同运行情况,形成了智能、高效、安全的协同熔炼车间。

我国铅基固废现状、趋势及建议

有色金属是国民经济发展的重要物质基础,其生产过程产生的铅基固废既是资源又是污染物,处置得当可为经济发展提供资源,反之则会对环境造成一定污染。本文分析了铅基固废的来源、资源及环境属性、产量、区域分布及未来产量变化等,结果表明:2022年我国有色金属冶炼的铅基固废产量为1152万t,预计2024年铅基固废产量达峰值1216万t,2030年降至1110万t,铅基固废主要分布在河南、安徽、云南、湖南和广西(五省区合计占比近60%)。结合铅基固废的技术特点对铅基固废处置和产业布局提出了完善政策法规、提高技术研发水平、协同处置等建议。

复杂铅基多金属固废协同熔炼高效监控与智能预警

复杂铅基多金属固废协同熔炼对实现铅基固废的绿色处理和高效回收,避免环境污染,促进“双碳”目标有着重要意义。高效监控与智能预警系统采用数字机理建模与数字仿真建模相融合的技术,不仅构建了入料分解、元素分配和产物凝合的复杂机理模型,而且搭建了铅基固废双底吹连续熔炼过程的三维生产场景,直观、真实地展示了熔炼车间建筑结构、生产设备属性信息和动态生产过程,实现了整个熔炼过程的数字化、可视化,并且通过生产数据监控与机理模型的耦合分析、设备关键参数预警分析和现场人员安全预警分析,使工艺人员能够实时了解任意生产细节,作出更加科学高效的决策,保证生产过程的安全稳定运行。

不同固废基载体材料固定化菌剂的制备及其对复合污染土壤的修复效果比较

为了更加高效绿色地修复重金属多环芳烃复合污染土壤,将3种PAHs高效降解菌毛霉、黑曲霉和分枝杆菌复配后,选择不同的固废基材料作为载体制备固定化菌剂,考察了不同固定化菌剂对土壤中重金属和多环芳烃的修复效果。结果表明:小麦秸秆在马弗炉700℃无氧煅烧2 h制得的生物炭作为载体的固定化菌剂,对土壤中镉和多环芳烃的修复解效果最好;当投加的固定化菌剂的质量分数为1%时,复合污染土壤中phe(菲)的降解效率高达86.78%以上,pyr(芘)的降解率高达60.77%;污染土壤中Cd的钝化率达到23.99%。