电石渣和煤矸石对型煤固硫性能的影响及作用机制研究

研制高效低成本的耐高温固硫剂和添加剂有助于解决型煤高温燃烧环境下钙基固硫产物的分解问题。电石渣和煤矸石属于典型的工业固体废弃物,利用固废作为添加剂制备固硫型煤有助于降低固硫型煤成本和挖掘固废资源价值,发挥这两种固废中矿物组分协同作用可改善高温条件下型煤固硫效果。开展了电石渣和煤矸石分别作为固硫剂和添加剂制备环保型煤的研究,考察了固硫剂种类(碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙和电石渣)、钙硫物质的量比(1.5~4.0)、燃烧温度(900℃~1300℃)、煤矸石用量(2%~7%)对型煤固硫效果的影响。通过型煤燃烧评价实验发现,仅用电石渣作为固硫剂,在钙硫物质的量比为3.0时制得的型煤在燃烧温度低于1000℃时固硫率能达到80%以上,燃烧温度提高到1300℃时型煤固硫率下降40%,结合分析表征数据发现主要原因是固硫产物硫酸钙的高温分解。添加的煤矸石在高温条件下被电石渣组分活化后起到辅助固硫作用,当添加的煤矸石的质量分数达到5%时型煤的固硫率能维持在60%以上,在此基础上增加煤矸石用量并不能明显提升型煤固硫率。通过固硫产物热稳定性研究并结合分析表征数据发现,高铝煤矸石灰渣活性组分发生高温反应生成硫铝酸钙、钙黄长石、硅酸三钙等耐高温稳定物相,在一定程度上抑制了CaSO_(4)的分解,从而提高了型煤的高温固硫率。

利用电石渣替代水泥开发固碳胶凝材料

本研究利用电石渣替代部分水泥,制备新型固碳胶凝材料,研究了不同电石渣含量的胶凝材料对600 kg/m3等级泡沫混凝土的基础性能及固碳性能的影响。研究表明:电石渣的掺入导致泡沫混凝土气孔变大,28 d抗压强度先升高后降低,保温性能提高;当电石渣取代10%水泥,制备出的泡沫混凝土干密度为595 kg/m3,28 d抗压强度比未掺加电石渣的提高4.2%,达5.0 MPa;当电石渣取代50%水泥,制备出的泡沫混凝土导热系数比未掺加电石渣的降低17.1%,为1.131 W·m-1·K-1。电石渣掺加有利于改善泡沫混凝土收缩,当电石渣掺量增加,泡沫混凝土先呈现收缩减小后出现膨胀。碳化养护不仅能够固化封存CO_(2),还能提高泡沫混凝土的力学性能与保温性能。电石渣掺量越高,泡沫混凝土固碳能力越强,电石渣掺量为50%时,CO_(2)的捕获量达到46.02 wt%。

氯化铵浸取电石渣中钙离子的研究

电石渣是工业生产乙炔气过程中电石水解后产生的废渣,主要成分是Ca(OH)_(2)。文章以氯化铵为浸取剂,提取电石渣中的钙离子,以达到提纯钙和资源化利用的目的。实验探究了不同用水量、氯化铵用量、反应温度及反应时间下Ca^(2+)浸取率,探讨了氯化铵浸取机理,同时对浸取液和滤渣的成分进行了详细分析。结果表明,当浸取温度25℃,浸取时间40min,电石渣∶氯化铵∶用水量=5∶6∶35时,电石渣中的Ca^(2+)浸取率最高,为76.58%。经氯化铵浸取,电石渣中的Mg、Al、Fe、C等杂质被去除,Ca^(2+)纯度达到98%,滤渣中的主要成分为炭黑、碳酸钙、水铝钙石、钙矾石。

柠檬酸钠对电石渣中钙离子的浸取研究

电石渣是以氢氧化钙为主要成分的工业废渣,若不采取合理的治理措施,不仅占用土地资源,还会污染环境。文章以柠檬酸钠为浸取剂浸取电石渣中钙离子,探索其资源化利用。实验探究了用水量、柠檬酸钠用量、反应时间、反应温度等浸取条件对钙离子浸取率的影响,并通过浸取液和滤渣的成分分析,分析柠檬酸钠浸取除杂效果。结果表明,当电石渣用量15 g,用水量1500 mL,柠檬酸钠用量70 g,反应时间40 min,反应温度25℃时,浸取率达到最佳,为81.62%。以柠檬酸钠为浸取剂,浸取液较高的pH值和柠檬酸根的络合作用,可能导致Al、Fe、Mg不能除尽,滤渣中的主要成分为炭黑、碳酸钙、水铝钙石。

电石渣的资源化利用现状

阐述了电石渣综合利用的研究状况。传统资源化方式包括制备建筑材料和改善环境,如以电石渣制造水泥、地聚物以及其他建筑材料等;电石渣呈强碱性,可以处理酸性废水、废气,达到以废治废、保护环境的目的。总结了电石渣资源化在化学、冶金和碳捕集方面的新机遇。电石渣不仅是良好的钙基资源,也拥有良好的经济性,电石渣的资源化利用具有重要意义。

铅锌尾矿/电石渣基加气混凝土的组成及结构

为了综合利用固体废弃物,以铅锌尾矿和电石渣为原料制备加气混凝土(AAC)。综合应用宏观与微观的分析方法,研究了铅锌尾矿的细度和掺量对加气混凝土性能的影响,以及不同养护阶段加气混凝土的物相组成、微观结构和蒸压反应机理。结果表明:随着铅锌尾矿细度减小,料浆的流动性提高,水化反应速度加快。但细度过小,易导致料浆过稠,影响加气混凝土良好气孔结构形成和性能;铅锌尾矿掺量过大,体系内未反应的铅锌尾矿残余颗粒堆积增多,颗粒间缝隙减小,影响了水化产物的生长和结晶,导致加气混凝土制品性能下降;当铅锌尾矿比表面积为420 m^(2)/kg、掺量为63%(质量分数)时,加气混凝土的绝干密度和抗压强度分别为590 kg/m^(3)、4.98 MPa,达到了《蒸压加气混凝土砌块》(GB/T 11968-2020)规定的A3.5、B06级加气混凝土合格品的要求。静停养护前加气混凝土坯体内水化产物为C-S-H凝胶和钙矾石(AFt),经静停和蒸压养护后AFt分解,主要水化产物为C-S-H凝胶和托贝莫来石。

基于高斯过程回归模型的电石渣激发煤矸石地聚合物强度响应预测与分析

地聚合物的抗压强度是评估其能否代替水泥作为新型建筑材料的关键因素之一,但仅依靠大量试验测试强度,既浪费资源又增加成本。为了解决这一问题,通过早期试验收集的电石渣激发煤矸石地聚合物的强度数据,将不同配合比、水胶比、龄期作为输入参数,抗压强度作为输出结果,基于机器学习方法构建强度响应预测模型——高斯过程回归(GPR)模型,并利用模型对不同配合比及龄期的地聚合物强度进行预测,进而建立各组分掺量、水胶比、龄期对强度的影响曲线并探究原因。结果表明:GPR模型经过对样本数据的拟合,可以较好地预测地聚合物的强度,且误差为(-0.001 93~+0.001 83);利用受过训练的模型对未知抗压强度的地聚合物进行强度预测,通过预测结果分析各输入参数(电石渣掺量、煤矸石掺量、水胶比和养护龄期)对强度的影响,发现强度与上述变量均有密切关系,其中电石渣掺量、煤矸石掺量和养护龄期对强度的影响更显著。

电石渣浮选脱硅制备高品质活性氧化钙工艺

电石渣循环回用制备高品质活性氧化钙,是实现其高效利用的有效途径之一,但电石渣复杂的组成和较高的硅含量制约了其制备活性氧化钙的产品品质。基于电石渣中硅类杂质分布规律和赋存形态,系统考察了浮选药剂对电石渣中硅的脱除效果,得出了适宜电石渣体系的脱硅药剂制度,研究了浮选前后电石渣中的元素组成变化和焙烧后氧化钙产品的性能变化,提出了电石渣浮选脱硅焙烧制备活性氧化钙的工艺路线。结果表明:电石渣中主要成分为氢氧化钙,含有部分二氧化硅和铝硅酸盐等硅类杂质,且颗粒分布较均匀,主要集中在低粒级分布。通过400 g/t六偏磷酸钠和125 g/t十二胺结合的一次反浮选脱硅试验,电石渣中硅类杂质得到有效分离,浮选后的电石渣精矿中硅质量分数由3.14%降至2.85%,且钙回收率达87.9%;浮选分离硅类杂质后的电石渣经900℃焙烧后可完全转化为氧化钙,制备的氧化钙产品中氧化钙质量分数为94.46%,抗压强度由3.17 MPa提升至3.87 MPa,冶金活性由341.6 mL提升至385.5 mL,产品性能有所提升。上述研究可为电石渣循环回用提供参考。

碱渣-电石渣激发混凝土的基本力学性能与应力-应变关系

碱渣、电石渣等碱性工业固废的大面积堆置引发了严重的环境污染问题,亟需拓展资源化利用渠道。本工作以先前开发的碱渣-电石渣协同激发矿渣-粉煤灰胶凝材料替代水泥制备了新型混凝土,研究了其抗压、抗拉、抗折等基本力学性能与单轴受压应力-应变关系。结果表明:新型混凝土的早期抗压强度相比水泥混凝土发展缓慢,可通过适宜的热养护(60~75℃@12 h)进行改善,且对后期强度不会产生不利影响。新型混凝土拉压比和折压比分别为0.102±0.006、0.137±0.007,均高于同等级的水泥混凝土。新型混凝土在单轴受压下具有比水泥混凝土更短的弹性上升段,更长的塑性上升段,峰值应力后延性略差。通过统计回归分别建立了标准抗压、轴心抗压、劈裂抗拉、抗折强度的预测模型以及单轴受压应力-应变关系,均与试验值吻合性较好,为这类新型混凝土的配合比设计、强度预测及工程应用奠定了理论基础。

电石渣改性制备高效CO_(2)复合吸收剂

电石渣是典型的高钙工业固体废弃物,具有优异的CO_(2)吸收性能,但是在钙循环中纯电石渣的反应活性和CO_(2)吸收性能会随着循环次数的增加而降低。本文以电石渣为钙源,以MgO和ZnO为掺杂剂合成高效稳定的钙镁锌复合吸收剂,在固定床反应器中探究了合成工艺条件及掺杂量对复合吸收剂CO_(2)吸收性能的影响,以及循环吸收过程中吸收剂内部结构的变化。结果表明,利用干物理混合法合成的吸收剂比湿混合法具有更丰富的孔隙结构,Mg和Zn元素在电石渣表面分散均匀,有效改善了电石渣的抗烧结性能和反应活性,改性后的复合吸收剂在循环过程中具有更高的CO_(2)吸收性能,且20次循环后,干物理混合法合成的复合吸收剂CO_(2)吸收量仍可达0.42 g/g。

电石渣/碳酸镁体系的热分解行为与机制研究

采用机械混合法制备电石渣/碳酸镁体系,分别从成分配比、升温速率、气氛3方面对其高温下的热分解行为与机制进行研究。结果表明,不同配比的电石渣/Mg CO_(3)体系热分解分成3个阶段,且趋势相同。随样品中Mg含量的增大,第一阶段分解温度由387℃下降到361℃,质量损失率由16.0%增加到18.0%。第二阶段分解温度基本不变,质量损失率由13.2%增加到17.1%,第三阶段分解温度和质量损失率基本不变,形成稳定的金属氧化物。随着升温速率的增大,电石渣/Mg CO_(3)体系的热失重曲线逐渐向高温方向移动,其表观活化能随Mg含量的增大而增加。在CO_(2)气氛下电石渣/Mg CO_(3)体系的质量先上升后下降,Mg CO_(3)分解逸出的CO_(2)会被同一反应温度区间内的Ca(OH)2吸收。制备得到的电石渣/碳酸镁体系具有更发达的孔隙结构,吸附剂表面Ca和Mg分散均匀,有效提高了电石渣/Mg CO_(3)体系的抗烧结特性。该研究揭示了电石渣/Mg CO_(3)热分解过程中的反应机理,为制备具有较强CO_(2)捕获能力和较强循环稳定性的电石渣吸附剂提供理论支持。

二水磷石膏-电石渣-镍铁渣三元胶凝体系的性能与微观结构

以二水磷石膏-电石渣-镍铁渣三元胶凝体系制备全固废胶凝材料,研究电石渣与二水磷石膏掺量对三元胶凝体系性能的影响,并采用XRD、扫描电镜分析了体系的水化产物、微观形貌和元素组成。结果表明:二水磷石膏和电石渣均会降低三元胶凝体系的流动度;受二水磷石膏中磷、氟等缓凝成分的影响,三元胶凝体系的凝结时间被大大延长,3 d抗压强度也随之下降,但二水磷石膏的掺入有利于后期强度的增长;电石渣的掺入缩短了三元胶凝体系的凝结时间,但降低了体系的抗压强度;三元胶凝体系的水化产物主要为C-A-S-H凝胶与钙矾石;三元胶凝体系表现出较高的膨胀率,但在2 d后体积变化趋于稳定;界面过渡区中氢氧化钙的富集与膨胀裂缝造成了高电石渣掺量情况下集料与凝胶间的黏结力下降,使抗压强度下降。

淤泥和电石渣基新型轻质陶砖的制备

为了实现淤泥和电石渣的高效资源化利用,采用淤泥和电石渣为主要原料,以抗压强度为主要指标探明制备轻质陶砖的最优工艺。通过单因素实验探讨了原料配比、焙烧温度、保温时间对轻质陶砖抗压强度的影响,并得出了最佳实验条件。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)等分析手段,研究了制备轻质陶砖的反应过程及反应机理。结果表明:当淤泥含量为90%(质量分数)、电石渣含量为10%(质量分数)、焙烧温度为1 100℃、保温时间为40 min、升温速度为4℃/min时,制备的轻质陶砖性能最优,抗压强度可达25.94 MPa,同时兼顾轻质陶砖的低密度特性;埃洛石在升温过程中转化成石英,石英在高温条件下可以促进原料变成液相,这是产品得以致密化的原因。本研究为两种大宗固废的综合利用提供了新的思路,有利于减少固废堆存对环境的危害以及传统陶砖制备过程中对自然资源的依赖。

电石渣循环利用碳减排潜力及其生命周期评价研究进展

将电石渣循环利用于建筑材料、环境治理和化工产品等领域,可实现工业废渣利用和二氧化碳减排。在双碳背景下,对电石渣固碳量及其循环利用途径的碳减排潜力分析尤为重要。详细统计了代表产区电石渣粒径分布和化学组成,依据各电石渣中氧化钙含量计算理论固碳量,系统分析电石渣各类循环利用途径的碳减排效果及其在生命周期评价中具体实施步骤,介绍了生命周期评价在电石渣领域的应用案例。计算发现电石渣理论固碳量与氧化钙质量分数呈正相关。新疆和河北地区电石渣中氧化钙质量分数均约90%,山东地区电石渣氧化钙质量分数低,约61%,来自山东和新疆等6个产地电石渣的理论固碳量在0.48~0.72 t/t(以电石渣计)。电石渣循环利用领域,电石渣不论是替代石灰石原料生产水泥、砌砖、氯化钙和碳酸钙等建筑和化工产品,或针对其呈碱性特点用于烟气脱硫和工业废水处理,依各自产业规模差异均能不同程度减少二氧化碳排放,达到碳减排目的。其中,电石渣在建筑材料领域应用成熟,生产规模大,故碳减排总量大,代表企业平均每年减少万吨级二氧化碳排放。用生命周期评价计算电石渣循环利用碳排放量4个案例分析显示,电石渣制取1 t水泥熟料排放CO_(2)669 kg;电石渣在NH_(4)Cl与(NH_(4))_(2)SO4浸取体系中制1 t轻质碳酸钙的CO_(2)排放量相当,分别为308.21和300.7 kg,电石渣制1 t胶结制品碳排放量最低,约151.11 kg。推测由于电石渣生产水泥干燥预处理需消耗大量能源,导致其CO_(2)排放量高;用电石渣制备碳酸钙与胶结制品相比,前者需投加NH_(4)Cl或(NH_(4))_(2)SO_(4)等化学试剂,增加原辅材料带来的间接排放使前者碳排放量更大。电石渣-胶结制品CO_(2)净排放量为-301.47 kg/t(以胶结制品计),电石渣在NH_(4)Cl和(NH_(4))_(2)SO_(4)浸取体系中制1 t轻质碳酸钙的CO_(2)净排放量分别为-157.5和-139.3 kg。可见电石渣循环利用于胶结制品领域的碳减排效果最好。可从电石渣的干燥处理工序和原辅材料添加工序等优化入手,研究电石渣-水泥/碳酸钙领域碳减排,制定有针对性的碳减排方案。

基于响应面法的粉煤灰-电石渣基地聚物的砂浆配比优化

【目的】为改善粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆室温养护下的力学性能,实现工业固废粉煤灰和电石渣的资源再利用。【方法】利用单因素试验确定电石渣的最优掺量,初步确定粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆的最优取值范围,然后以NaOH溶液浓度、液固比、水玻璃与NaOH溶液质量比为自变量因素,以砂浆28 d的抗压强度和抗折强度为响应值,进行响应面法实验,对粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆配合比进行优化,并进行微观机制解释。【结果】响应面法能较为准确地优化粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆配合比,当粉煤灰和电石渣的质量比为7∶3、NaOH溶液浓度为10 mol/L、液固比(质量比)为0.62、水玻璃与NaOH溶液质量比为2.3时,粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆综合性能最优。【结论】在最优配比时,粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆的水化产物以水合硅酸钙凝胶、水化硅铝酸钙凝胶为主,并随着固化时间的延长,粉煤灰-电石渣基地聚物体系的微观结构中凝胶含量增加,表现出更高的致密性以及更好的宏观力学性能,粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆的综合力学性能及施工性能得以提高。

利用二氧化碳与电石渣制备球形碳酸钙的研究

电石渣是用来生产乙炔后留下的固废,其主要成分为85%的碱性的氢氧化钙。由于其没有后续的固废利用,大多数的工厂会选择露天堆放从而对土地与环境造成严重污染。通过控制反应过程中的温度、晶型控制剂和样品分散剂种类、含量及钙初始浓度等参数,调控碳酸钙产品的形貌及粒径大小。分别考察了分散剂种类及含量的不同、钙初始浓度的不同对碳酸钙产品形貌及粒度的影响。结果表明,在16~20℃、12%的钙初始浓度、150mL/min的CO_(2)流量、0.002mol的Zn(NO_(3))_(2)·6H_(2)O、1%PEG添加剂的实验条件下,能够制备出平均粒径5μm的球形碳酸钙。将电石渣与二氧化碳进行综合利用来制备碳酸钙能实现“以废治废”的目的,具有高价值的经济效益和环保效应。本文中碳酸钙产品主要晶型为热力学最为稳定的方解石结构,该研究为焦化行业二氧化碳减排与利用及聚烯烃产业固废利用提供了思路。

电石渣替代石灰石用于火电厂脱硫的优势分析

电石渣是富含Ca(OH)_(2)的工业固体废弃物,替代石灰石进行火电厂脱硫具有经济、环境、社会、生态多重效益。从脱硫原理、影响因素等方面对比电石渣炉内脱硫技术和炉外烟气脱硫技术,并指出电石渣与石灰石相比所具备的优势,同时分析电石渣用于电厂脱硫存在的问题以及解决的方案,为电石渣合理替代石灰石用于火电厂脱硫提出参考性建议和未来发展的方向。

电石渣与老卤制备镁质胶凝材料级氧化镁的研究

利用老卤和电石渣反应合成氢氧化镁,再经煅烧形成氧化镁,达到将盐湖化工生产废弃物循环利用、减少盐湖废弃物直接排放的目的。根据试验室规模工艺研究结果,完成了年产500 t氧化镁装置设计及中试。

电石渣基碱激发剂对粉煤灰同步注浆材料影响研究

为促进工业固废电石渣资源化利用,减少相关污染与同步注浆成本问题。以电石渣作为粉煤灰基同步注浆材料主要碱激发剂,并针对电石渣和粉煤灰制备胶凝材料存在早期强度差的问题,添加硫酸钠与水玻璃制备了碱激发粉煤灰同步注浆材料。开展了以电石渣、硫酸钠和水玻璃为不同因素的正交试验,分析上述因素对浆液各试验参数影响敏感程度与规律,并进行多元线性回归分析预测与Gauss消去法求解优化制备模型,研究结果表明:随着电石渣掺量的提高,降低了浆液早期工作性能,但是可以提升结石体后期强度,水玻璃的掺入使试样早期性能得到提升,最终确定电石渣掺量为18.6%,硫酸钠掺量为2.8%,水玻璃掺量为0.6%的最优材料配比,28 d抗压强度可达10.39 MPa;XRD和SEM分析显示,同步注浆材料水化时随着养护龄期的增加产生大量水化产物,使注浆结石体具备较高后期抗压强度。

密闭机械活化浸出电石渣制备高纯钙溶液

电石渣是工业生产过程产生的碱性危废,利用于CO_(2)固化,将有助于“碳达峰、碳中和”目标早日实现。在碱性环境中,用氯化铵浸出剂可选择性浸出Ca,使电石渣中的Ca与其他杂质分离开来,从而制备高纯度含钙溶液,之后将所得富钙液与CO_(2)反应制备高纯碳酸钙,从而实现固废资源化。以氯化铵为浸出剂,球磨机为浸出反应设备,采用密闭机械活化手段进行处理,探究了浸出剂用量、机械搅拌转速、反应时间和液固比等工艺参数对电石渣中Ca浸出率的影响。结果表明,在氯化铵用量为理论用量的1.1倍、球磨机转速500 r/min、反应时间10 min和液固比4∶1最佳反应条件下,Ca浸出率可达到89.76%,滤液Ca浓度高达79.4 g/L。相较于常规浸出,采用密闭机械活化手段可提高Ca浸出率3个百分点,且可大幅度降低氨气挥发,保证良好操作环境。