Self-catalyzed Effect and Cracking Risk in Mass Concrete Containing Micro-slag

The main results obtained from the experimental and engineering investigation on the heat evolution and cracking risk of a furnace concrete block were presented. The heat evolution of experimental mortars containing micro-slag under different environmental temperatures was instrumented in order to investigate the self-catalyzed effect, which was discovered in engineering. More-over,the thermal stress of the furnace concrete due to heat temperature rise was calculated to evaluate the cracking risk of mass concrete containing micro-slag due to self-catalyzed effect. The experimental results illustrate that with the development of hydration and initial temperature of mixture, the hydra-tion can be also accelerated and temperature of concrete will be continued to rise, which was the self-catalyzed effect. And the thermal stress due to self-catalyzed effect could not result in the cracking of furnace concrete.

早强型钢渣基胶凝材料的制备及其水化机理研究

钢渣是炼钢过程中产生的主要废弃物,具有用途单一、产生量大、污染环境等特点。本文使用钢渣微粉、42.5普通硅酸盐水泥分别与增强剂Ⅰ、增强剂Ⅱ混合制备早强型钢渣基胶凝材料,通过测定原料化学成分、矿物组成,测试胶凝材料的力学性能,分析其热稳定性、微观形貌来揭示胶凝材料的水化机理。研究结果表明:胶凝材料的早期抗压强度大幅提高,后期抗压强度良好;这是因为增强剂能促进Ca(OH)2消耗并提高水化反应速率,Ca(OH)2水解出的OH-能促进钢渣微粉中玻璃体溶出硅酸盐,与Ca^(2+)生成C-S-H凝胶;增强剂含有的硫酸盐能与胶凝材料生成钙矾石AFt,并填充于凝胶孔隙中,增强了材料的密实度。早强型钢渣基胶凝材料的最优配比为钢渣微粉125 g、增强剂Ⅱ用量10 g。研究成果为早强型钢渣基胶凝材料的制备提供了新思路,也可为钢渣综合利用研究提供借鉴。

高碳铬铁渣微表处混合料路用性能研究

针对道路养护工程优质石料资源匮乏,高碳铬铁渣大多采用堆存处理且利用率低等问题,将高碳铬铁渣分别以0%、20%、30%、40%、50%、60%的掺量替换常规微表处混合料,通过湿轮磨耗试验、车辙试验、黏聚力试验和构造深度试验研究不同高碳铬铁渣掺量下的微表处混合料的路用性能。试验结果表明:高碳铬铁渣掺量为20%时,混合料的耐磨耗性能和水稳定性与常规微表处混合料相近,抗车辙性能略有下降,早期强度和抗滑性能均优于常规微表处混合料。

矿渣微粉改良红层填料的力学特性及其机理分析

为研究矿渣微粉改良红层填料的力学特性及其作用机理,通过无侧限抗压强度、直剪等试验,对不同矿渣微粉掺量下的红层填料进行了强度特性分析,并采用X衍射、热重分析、红外光谱、激光粒度、核磁共振和扫描电镜等微观分析方法,围绕矿渣微粉改良土体的作用机理进行了研究。试验结果表明,矿渣微粉对红层填料的力学强度和水稳定性具有较好的改良作用,改良填料的无侧限抗压强度由0.76 MPa逐渐增大至3.10 MPa;黏聚力与内摩擦角也得到了显著提高。通过红外光谱、激光粒度和核磁共振分析发现,改良填料颗粒间Al^(3+)阳离子配位的振动峰增强,降低了黏土矿物的双电层厚度,土颗粒团聚性显著增强,孔隙分布得到优化;通过X射线衍射和热重分析证明了水化产物的生成过程;扫描电镜观测到改良填料的具体作用机理:主要为填充效应和胶凝效应,其胶凝效应包括水化作用和离子交换作用。对微观扫描图的定量化分析进一步表明土体结构复杂程度增大,颗粒粗糙程度及骨架性增强。

钢渣资源化的微表处养护技术环境影响量化分析

文中基于全生命周期评价(LCA)方法建立了微表处养护的环境影响量化框架,利用原子吸收光谱仪(ICP)评估钢渣集料和两种天然集料的重金属排放特性,基于LCA分析框架量化对比了钢渣集料和玄武岩的微表处养护的能耗和碳排放量.结果表明:钢渣集料重金属排放高于玄武岩和石灰岩,但陈化处理后其重金属浓度符合我国地表水第III类水要求.同时,在功能单位内玄武岩微表处养护能耗为47.25 GJ,伴随产生2749.52 kg当量CO 2,而钢渣微表处消耗47.15 GJ,产生2848.72 kg当量CO 2原材料生产阶段的显著差异导致玄武岩比钢渣集料微表处养护产生更多的能耗,但排放了更少的当量的CO 2.

水淬锰渣-炉渣-石灰石复合微粉的活性试验

研究了经过物理激发的水淬锰渣微粉和炉渣微粉活性指数,进而确定水淬锰渣、炉渣适宜的比表面积;采用石膏、生石灰、水玻璃3种激发剂对水淬锰渣、炉渣、石灰石复合微粉进行了化学激发试验;探讨单一激发和复合激发对复合微粉的影响。结果表明:物理激发微粉时,水淬锰渣的适宜比表面积为470 m^(2)/kg,炉渣的适宜比表面积为410 m^(2)/kg;化学激发复合微粉时,使用4%的石膏和1%生石灰作为复合激发剂对复合微粉激发效果最佳,7、28 d活性指数达到最高,此时复合微粉7 d活性指数为55.7%,28 d活性指数为78.3%,均满足《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T 18046—2017)中S75等级标准。

磷石膏矿山充填材料研发与性能试验研究

为了研究固废磷石膏制备矿山充填材料的可行性,以磷石膏为骨料,添加电石渣、矿渣制备充填材料。采用单因素试验和正交试验法研究了电石渣质量分数、矿渣质量分数、物料质量分数,以及烘干温度对充填材料抗压强度的影响规律,并利用SEM分析了样品的微观形貌特征。试验结果表明:当磷石膏、电石渣、矿渣质量分数分别为65%、5%、30%时,物料质量分数为65%充填材料的强度及初始流动度满足充填要求。在130℃烘干8 h条件下,充填材料峰值强度最高。电石渣激发了矿渣活性,磷石膏与矿渣形成了针状钙矾石及水化铝酸钙和水化硅酸钙凝胶,增强了充填材料强度。

Fe-Cu-C三元微电解材料的制备及去除苯甲羟肟酸

以铜渣为原料,采用碳热还原法制备了一种Fe-Cu-C三元微电解材料,用于去除选矿废水中的苯甲羟肟酸(BHA)。制备条件试验结果表明,在焙烧温度为1100℃、焙烧时间40 min、无烟煤用量为35%条件下制备的Fe-Cu-C对BHA的去除效果最好。采用XRD、SEM和EDS对Fe-Cu-C进行表征,结果表明该材料呈多孔结构,是一种以Fe-Cu-C合金、Cu-Fe-C合金、游离碳为主要有效成分和以石英为载体的负载型三元微电解材料。反应条件试验结果表明,在溶液温度为28℃条件下,2.50 g/L的Fe-Cu-C对pH为4.0~9.0的50 mg/L的BHA的去除率达86%以上。Pb(NO_(3))_(2)、Na_(2)CO_(3)对Fe-Cu-C去除BHA影响不大,而Na2SiO3对其有一定的抑制作用。

煤气化渣制备功能微纳材料研究进展

富煤、贫油、少气的能源结构决定了我国煤炭消费量巨大的现状.煤气化技术作为煤炭清洁高效利用的关键技术得到快速发展,煤气化渣固废的排放问题也随之日益严重.目前煤气化渣处置方式以堆放和填埋为主,造成了土地资源的浪费和环境污染.为了实现煤化工的绿色可持续发展,亟需解决煤气化渣高效处置的问题.煤气化渣中含有丰富的铝、硅、残碳资源,为制备高附加值材料提供了巨大的潜力,引起了研究者们的广泛关注.基于煤气化渣的产生过程,详细介绍了其成分与微观形貌,并系统阐述了煤气化渣合成介孔二氧化硅、多孔碳、碳–硅介孔复合材料、沸石以及沸石–碳复合材料的制备方法.进一步深入探讨了煤气化渣基功能微纳材料在吸附剂、催化剂、填充材料、超级电容器、微波吸收材料等方面的广泛应用.最后,对煤气化渣资源利用中存在的问题进行了探讨,并展望了其未来的发展趋势,旨在为煤气化渣的综合利用提供一些参考.

再生铜和再生黄铜原料的金属回收率研究

金属回收率是评价再生金属资源品质的重要参数。然而再生铜原料及再生黄铜原料的国家标准GB/T 38471—2019和GB/T 38470—2019中并未对金属回收率实验的技术内容作出明确规定,致使各实验室对金属回收率实验的结果不一。通过考察不同种类的再生铜原料及再生黄铜原料的回收率影响因素,重点探索样品成分、检验设备的差异及对应的不同熔炼功率、不同种类除渣剂的影响等因素所导致样品的回收率偏移,并以镀白紫铜为案例使用扫描电子显微镜观察与分析了金属回收率副产物的形貌及组成。结果表明:再生铜原料及再生黄铜原料中的合金成分是影响金属回收率数据的主要因素,再生纯铜原料中铜含量较高且结构简单,因此在实验中干扰因素较少,纯铜回收率比合金、镀金类铜更稳定更高,且波动较少;含低熔点合金元素的铜合金中低熔点金属易发生烧损,金属回收率易偏低、含高熔点合金元素的铜合金由于高熔点合金元素不能完全熔化,金属回收率易偏高;多种除渣剂中,除渣效果较好的有硼酸、生石灰及炼钢用打渣剂火山灰,其中后两者效果表现优良。熔炼所得的粉尘和氧化物结块成分以金属氧化物为主,不宜作为可利用的金属加入到金属回收率的计算。

微动探测方法在煤矿废渣调查中的应用研究

在废弃煤矿环境问题日益凸显的形势下,堆弃矿渣及煤矸石引起的各种环境问题急需解决。针对煤矸石堆积体调查中遇到的基岩埋深问题,首次提出利用微动探测方法进行探查,并在中国东南部某矿区进行了场地实验,实验中将微动探测方法与钻探相结合,采用标定-推断-验证的工作流程,进行煤矸石-基岩分界面探查工作。研究发现微动探测方法能够较为精确地探测煤矸石堆积体与基岩分界面位置,相较于钻探方法,微动探测方法具有灵活、经济、高效等优点。

“高碳高湿”煤气化细渣特性分析及干燥动力学研究

“高碳高湿”煤气化细渣固定碳含量高、干基高位发热量高,但由于其水分高达70%左右,导致收到基低位发热量低,严重影响其进一步综合利用。宁夏水煤浆炉气化细渣样品灰分为50.04%,干基高位发热量达到3809 cal/g,具有较高利用价值,但该煤气化细渣滤饼水分高达69.2%,收到基低位发热量仅为790 cal/g,进一步降低滤饼水分,是有效提高其综合利用效率的关键。该细渣含有SiO_(2)、Fe_(2)O_(3)、CaSi_(2)等矿物,微观形貌主要由絮状结构、独立球状颗粒、絮状球状混杂结构组成,且絮状结构表面的元素主要为C和O,球状颗粒表面的元素主要为O、C和Fe,同时,形貌观察可知该煤气化细渣孔隙发达,脱水困难。对细渣滤饼样品进行干燥脱水实验,在不同的干燥温度下,干燥速率呈现先增大后逐渐减小的变化规律。干燥动力学模型中,半经验模型相较于半理论模型更能准确描述该煤气化细渣的干燥脱水特性,其中,Page模型拟合效果最为突出,且形式最为简单,拟合得到干燥脱水的动力学方程。

集料几何形态对微表处罩面抗滑性能的影响

本文研究了集料几何形态对微表处抗滑性能的影响。首先选取了三种不同来源的集料,采用数字图像技术对集料的几何形态进行表征,然后采用激光纹理仪、摆式摩擦仪和湿轮磨耗仪对其抗滑性能进行测试。结果表明,集料几何形态越复杂,微表处罩面的抗滑性能越好,钢渣微表处抗滑罩面的抗滑性能明显优于其他类型微表处罩面,但是在使用前应对其进行处理消除游离氧化钙,以避免其体积膨胀造成结构稳定性降低。

基于微观形貌的钢渣集料耐磨性能衰减规律研究

为了研究钢渣集料耐磨性能衰减规律及其机理,使用加速磨光机对2种钢渣集料进行了磨光试验,通过摆式仪测量了不同磨光时间下2种集料的磨光值,分析了其耐磨性能衰减规律;采用激光共聚焦显微镜测量了不同磨光时间下2种钢渣集料表面微观形貌,研究了其微观形貌随磨光时间的变化;利用灰色关联度分析方法,分析了不同磨光时间下钢渣集料微观形貌评价指标与磨光值间的关联度。研究结果表明:随着磨光时间的增加,钢渣集料的磨光值均逐渐下降;钢渣集料的耐磨性与抗滑性取决于其成料方式和加工特性;钢渣集料的磨光值与波峰密度、尖度关联度达到0.75以上,可作为评价钢渣集料耐磨性能的可靠指标,而算数平均高度、最大高度、波峰平均曲率和偏斜度等指标可作为辅助性指标。

固废微表处混合料性能研究

为探究高碳铬铁渣固废在微表处混合料中的适用性,将高碳铬铁渣分别以0%和30%的掺量替换常规微表处集料,通过湿轮磨耗试验、改进高温车辙试验和改进低温小梁弯曲试验对比分析高碳铬铁渣掺入后对微表处混合料的耐磨耗性能、水稳定性、高温稳定性和低温抗裂性影响。试验结果表明:与高碳铬铁渣掺量为0%相比,高碳铬铁渣掺入30%后微表处混合料的耐磨耗性能和水稳定性降低,高温稳定性和低温抗裂性增强,说明高碳铬铁渣在微表处应用方面具有一定的适用性。

水力旋流器在中关铁矿尾砂充填中的应用

中关铁矿为地下矿山,采矿方法为阶段空场嗣后充填采矿法。原充填工艺采用全尾砂充填,由于尾砂中细粒级物料占比较大,影响充填体强度,为了提高充填体强度只能增加充填材料使用量,造成了充填作业的成本增加。为提高充填体强度,保证“二步采”采矿安全性,降低充填成本,中关铁矿充填车间在原工艺流程的基础上,通过在立式砂仓的进砂口处增加FX250-GX-B×6旋流器组对尾砂进行分级,提高进入充填砂仓物料的粒度,优化了充填工艺。调试结果表明,在旋流器给料压力为0.09 MPa时可以得到产率较高、粒度较粗的底流尾砂,在给料压力为0.09 MPa的情况下,通过改变充填料浆浓度(最佳为58%)、灰砂比(最佳为1∶4)、充填材料配比(最佳为矿渣微粉:激发粉=55∶45)3个工艺指标,可以提高充填体强度。该设备的成功应用提供了一种通过对尾砂分级、提高底流粒度来提高充填体强度、降低充填材料消耗的可行性办法,在矿山生产中具有推广意义。

水玻璃模数对碱矿渣砂浆抗压强度及微观影响

为探讨水玻璃模数对碱-矿渣砂浆凝结时间、抗压强度和水化产物的影响,借助X射线衍射仪和扫描电镜对碱-矿渣砂浆物相组成与微观结构形貌进行表征。结果表明:模数在1.0~2.0时,随模数的增加,碱-矿渣砂浆的凝结时间呈先减后增的趋势,抗压强度呈先增后减趋势。其中水玻璃模数为1.4时,碱-矿渣砂浆的初终凝凝结时间最小,分别为28、38 min, 28 d抗压强度最大为85.6 MPa。由微观分析可知,碱-矿渣砂浆的水化产物为C-(A)-S-H凝胶,且模数为1.4时,碱-矿渣砂浆生成的水化产物较多,微观结构形貌结构致密。

复掺矿物掺合料对磷酸镁水泥性能的影响

采用重烧氧化镁、磷酸二氢钾制备磷酸镁水泥,在其中复掺适量的粉煤灰和微碳铬铁粉渣,研究了两种矿物掺合料对磷酸镁水泥工作性能、抗压强度、粘结强度、耐水性能的影响,探究其微观的组分与结构。研究结果表明:掺入矿物掺合料可以有效改善其工作性能,加快磷酸镁水泥早期抗压强度的发展且有利于提高后期强度,增强磷酸镁水泥的粘结强度,同时对MPC材料耐水性的提高起到较大作用。

钛铁渣加入量对钛基铝酸盐水泥性能的影响

为了研究冶金固废钛铁渣制备钛基铝酸盐水泥的可行性,试验以钛铁渣和氧化钙为原料,以0.7、0.8和0.9这3个铝酸盐碱度系数确定3组不同水泥生料的配比,通过电炉1350℃保温30 min烧成制备了相应的钛基铝酸盐水泥试样,并对试样的微观结构、物相组成、凝结时间和结合强度进行了检测分析。结果表明,随着钛铁渣加入比例的降低,配料中Al_(2)O_(3)含量逐渐减少,CaO含量逐渐增加,合成的钛基铝酸盐水泥的CA相逐渐增加,CA_(2)相逐渐减少,相应地凝结时间逐渐缩短,1天与3天的抗折强度及耐压强度逐渐提高。

风化岩层岩渣配制的盾构同步注浆浆液性能及微观形貌分析

为探索泥水盾构穿越风化岩层时产生的大量岩渣的再利用问题,依托南京和燕路过江通道工程,采用岩渣代替部分商品砂配制同步注浆浆液,并测试了浆液流动度、稠度、凝结时间、泌水率及强度等指标,分析了岩渣配制同步注浆浆液的性能及微观结构。结果表明:随着岩渣替换商品砂比例的增大,浆液流动度、稠度和泌水率逐渐降低,而凝结时间呈缩短趋势,1 d抗压强度也逐渐增大;替换比例在50%~85%时,浆液各项性能均满足工程施工要求,当替换比例为85%时,浆液流动度、稠度与现场浆液接近,凝结时间从10.6 h缩短至7.3 h,1 d抗压强度增强了近1倍;岩渣中含有的高岭石相矿物在水中会电解出Al^(3+),促进了浆液中C-S-H凝胶的形成,是促使浆液凝结时间缩短和抗压强度增大的根本原因。