防漏堵漏低密度水泥浆技术

跃进3-3XC井完钻井深达9432 m,水平钻进距离超过3400 m,刷新了亚洲最深和超深水平大位移井的纪录。该井地质结构复杂,施工难度大,对水泥浆性能要求高,除了高温、高压外,地层承压能力低,极易发生漏失。针对此类问题,通过研发新型功能性材料,构建了C-Lo PSD(1.30 g/cm^(3))、C-Lite STONE(1.60 g/cm^(3))与C-Hi PSD(1.40 g/cm^(3))三套低密度水泥浆体系,涵盖了中低温、高温等应用条件,并在跃进3-3XC井中成功应用,水泥浆性能满足固井需求。与之前用水泥浆体系相比,混浆效率、流变性、悬浮稳定性、水泥石抗压强度等明显提升。其中,C-Lite STONE(T_(BHC)=75℃/T_(TOC)=30℃)与C-Hi PSD(T_(BHC)=145℃/T_(TOC)=105℃)水泥浆体系在温差分别为45℃和40℃下,顶部48 h抗压强度达到8.1 MPa和14.3 MPa。跃进3-3XC井在施工期间多次遭遇漏失,通过使用自研的新型堵漏材料C-B62和C-B66,成功封堵裂缝,保证了固井施工的顺利进行。

电解锰渣-赤泥-粉煤灰路面砖的力学性能及浸出毒性研究

针对大宗工业固废回收利用难的问题,实现多种固废减量化、无害化、资源化的目标,通过利用取自中国西南地区企业的石膏类、碱性及硅铝质三类典型大宗固废中的电解锰渣、赤泥、粉煤灰协同处理的无害化渣制备环保型透水混凝土路面砖(permeable concrete paving bricks,PCB),研究了水洗、掺渣量对所制备PCB的力学性能与浸出毒性的影响,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对最佳性能PCB的物相组成与微观形貌结构进行分析.结果表明:①随着无害化渣与水洗无害化渣掺入量的提升,路面砖的劈裂抗拉强度、线性破坏荷载发生明显变化,总体呈下降趋势.当无害化渣掺入量为6%、水洗无害化渣掺入量为14%时,经28 d养护,所制备砖体的劈裂抗拉强度分别为4.09和3.46 MPa,达到了《透水路面砖和透水路面板》(GB/T 25993-2010)中规定的f_(ts)4.0与f_(ts)3.0等级.②路面砖的重金属与NH_(4)^(+)-N的浸出毒性均低于《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB 30760-2014)的要求.路面砖的主要物相中方解石、石英与钙矾石是主要支撑性物质.研究显示,电解锰渣、赤泥、粉煤灰协同处理的无害化渣可替代部分原材料制备透水混凝土路面砖,满足力学性能与浸出毒性相关标准,能有效促进固体废弃物的减量化与资源化,建议进一步开展砖体在实际应用场景中的环境风险试验,以期为电解锰渣、赤泥、粉煤灰的综合利用技术发展提供更明确的支撑.

Effect of Oil Shale on Na^+ Solidification of Red Mud-Fly Ash Cementitious Material

Red mud-fly ash based cementitious material mixed with different contents of oil shale calcined at 700 ℃ is investigated in this paper. The effect of active Si and A1 content on the solidification of Na＋ during the hydration process is determined by using X-ray diffraction （XRD）, 27A1 and 29Si magic-angle-spinning nuclear magnetic resonance （MAS-NMR）, infrared （IR）, scanning electronic microscopy （SEM） and X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）. It is shown that the content of oil shale has a remarkable effect on the solidified content of Na＋. The hydration process generates a highly reactive intermediate gel phase formed by co-polymerisation of individual alumina and silicate species. This kind of gel is primarily considered as 3D framework of Si04 and A104 tetrahedra interlinked by the shared oxygen atoms randomly. The negative charges and four-coordinated A1 inside the network are mainly charge-balanced by Na＋. The solidifying mechanism of Na＋ is greatly attributed to the forming of this kind of gel.

赤泥、粉煤灰、磷石膏协同高温烧结回收铁铝试验研究

赤泥(RM)、粉煤灰(FA)、磷石膏(PG)这3种固废具有产生量大、利用率低的特点,长期堆存会对水资源、土壤、空气等产生严重影响。本文提出用磷石膏代替碱石灰CaO,采用高温烧结-碱浸提铝-磁选提铁工艺协同处理3种固废回收铝、铁,并考察烧结工序工艺条件对铝、铁回收率的影响,得到以下主要结论。在烧结温度1100℃、保温时间30 min、钙比2.0条件下,铁回收率达到79.2%、铁品位达到74.5%、铝溶出率达到75.9%;升高烧结温度有利于铁、铝回收,但温度高于1100℃时熟料会出现粘黏阻碍铝的溶出;保温时间对铝铁回收影响较小;CaO与Na_(2)CO_(3)有助于激活粉煤灰中莫来石的活性,提高铝回收率;磷石膏添加过量时高温下会生成Fe_(3)Ti_(3)O_(10)、Ca_(3)Fe_(15)O_(25),导致铁品位和铁回收率降低。采用本试验工艺,每消纳10 g赤泥、6.5 g粉煤灰、15 g磷石膏,可回收75.9%的铝和3 g铁精矿,而且生产中可实现碱循环,同时生成的副产品2CaO·SiO_(2)可用来制备硫铝酸盐水泥,整个工艺流程实现了3种固废绿色协同消纳,有效实现了资源的综合利用。

利用生物浸出技术从固废中回收稀有金属的研究进展

稀有金属支撑着各国经济的发展和高精尖技术的进步,我国稀有金属储量大、原矿品位高,但分布稀散、人均可利用量少且提取率较低。富矿资源的消耗并不能完全满足工业生产需求,因此从低品位矿石中提取或从废矿、废弃物中回收稀有金属已成为目前研究的热点。固废的堆积严重影响地下水和表层土壤的酸碱平衡、造成严重的重金属污染、破坏生态系统原有的稳态结构。研究表明固废中富集了大量稀有金属元素,利用生物浸出技术从固废中浸提稀有金属可以极大提高固废附加值。本文介绍了多种常见固废的产量和理化性质、生物浸出机理、分类和工艺,并总结了常见固废生物浸出技术的研究进展。结果发现,目前的固废生物浸出技术仍存在智能化水平低、短期收益低、周期长、工艺链路复杂等诸多问题,有新型浸矿菌种的选育、微生物对固废的适应性、针对单一元素特异性浸提的难点和突破点,并提出了向新质生产力靠拢、发展智能化生物浸出技术、优化工艺结构的一系列建议。固废的综合利用仍处于不断发展的阶段,研究开发资源节约型、环境友好型的生物浸出技术对稀有金属资源的高效利用有重要意义。

碱性工业固废堆存对周边环境的危害分析及应对措施

碱性大宗工业固废产量巨大且利用率低,导致堆存量大,高达数十亿吨。本文综述了钢铁渣、电石渣、粉煤灰、赤泥几种大宗碱性工业固废的产生以及堆存后对周边生态环境污染和危害,并对碱性大宗工业固废堆存场地的环境风险管控和未来处置利用方向提出了建议,提出碱性工业固废资源化利用及其矿化固碳技术将是未来的产业化发展方向,以期为碱性工业固废处置及综合利用提供参考,减少不规范堆存对周边生态环境的污染。

桥梁桩基废弃泥浆制作地聚物胶凝材料试验研究

为处理桥梁桩基废弃泥浆,采用工业固废协同泥浆制作地质聚合物胶凝材料,改良其工程性能。基于正交试验设计原理,参考水泥胶砂试验方法研究了泥浆掺量、水固比、养护龄期对地聚物胶凝材料强度的影响。试验结果表明:掺加泥浆的地聚物胶凝材料28 d抗压强度可达21.65 MPa,抗折强度可达4.11 MPa。在泥浆掺量为30%~50%、水固比为0.35~0.55及养护龄期28 d范围内,地聚物胶凝材料的抗压、抗折强度与泥浆掺量、水固比呈负相关,与养护龄期呈正相关。

固废基ZSM-5合成及其改性研究进展

工业生产过程中产生大量粉煤灰、赤泥和煤气化渣,其堆积不仅侵占土地,还会严重破坏生态环境,危及人类健康。这3种固废均含有硅铝元素,且含量较高,硅铝比(氧化硅和氧化铝物质的量比)波动幅度较大。ZSM-5(Zeolite Socony Mobil 5)是一类硅铝比范围较宽的沸石分子筛,具有独特的孔道结构和良好的稳定性,在吸附和催化方面应用广泛。利用富含硅铝的固废制备ZSM-5是其高值化和资源化利用的重要途径之一。系统总结了富含硅铝的固废的活化除杂预处理通用方法,并且基于粉煤灰、赤泥和煤气化渣的理化性质特点,综述了固废基ZSM-5的合成及金属改性、磷改性、水热改性和酸碱改性4种方法的研究进展。分析固废作为硅铝源对ZSM-5合成、结构和性能的影响,指出固废在活化除杂过程中硅铝比的调控、杂质元素的去除转化、及主要元素的迁移转化规律是研究重点;讨论不同改性方法对ZSM-5结构和性能的影响机制,提出固废基ZSM-5中硅铝在骨架和非骨架中的分布、铁钙等杂元素的含量和存在形态、孔结构对改性效果起到非常重要的作用。通过对典型富含硅铝元素的固废基ZSM-5合成及其改性过程中存在问题和研究现状的分析和讨论,提出了粉煤灰、赤泥和煤气化渣多源固废复配,在无机模板剂或无模板剂条件下水热晶化制备ZSM-5,对固废基ZSM-5高效精准改性是未来发展方向。

碱激发赤泥-粉煤灰-电石渣复合材料性能研究

采用(NaOH+Na_(2)SiO_(3))溶液、电石渣和粉煤灰来稳定赤泥,制备了碱激发赤泥-粉煤灰-电石渣复合材料.通过力学和微观性能测试,分析了复合材料的强度形成和发展机理,并通过重金属浸出试验评价了复合材料的安全性.结果表明:复合材料的强度随着赤泥掺量的降低和养护龄期的延长而提高,掺40%赤泥的复合材料在28 d龄期时的抗压强度最高可达20.1 MPa,致密的水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H)的形成及赤泥颗粒的物理结合是复合材料强度增长的主要原因;赤泥中的重金属在养护28 d后形成了化合物而被固化在复合材料中,在浸泡28 d后的浸出液中未检测到重金属,证明使用强碱激发剂、电石渣和粉煤灰稳定赤泥是安全可行的.

赤泥-粉煤灰稳定煤矸石基层强度特性及机理

以赤泥、粉煤灰、脱硫石膏及一种碱性固体废弃物外加剂为胶凝材料,煤矸石为骨料,制备得到环境友好型全工业固废路面基层混合料(RFDC).研究了4个龄期(7、28、56、90 d)下,不同粉煤灰掺量RFDC无侧限抗压强度(fUCS)和劈裂抗拉强度(fSTS)的发展规律,分析了抗压试件和劈裂抗拉试件的破坏形态,探讨了固废胶凝材料中3种氧化物摩尔比与RFDC 7 d fUCS的相关性,揭示了RFDC的强度形成机理.结果表明:当粉煤灰掺量为15%时,RFDC的力学性能最佳,抗压试件为典型的中心抗压破坏,劈裂抗拉试件为煤矸石粗集料破坏;固废胶凝材料的n(CaO)/[n(SiO_(2))+n(Al_(2)O_(3))]值与RFDC 7 d fUCS的相关性最高;钙矾石(AFt)、水化硅(铝)酸钙(C-(A)-S-H)凝胶及沸石类物质等水化产物是RFDC强度的主要来源.

减水剂对赤泥-粉煤灰基地质聚合物性能的影响

针对地质聚合物需水量大、黏度高的问题,研究了木质素磺酸钠(SL)、聚羧酸减水剂(PC)、萘系减水剂(N)、三聚氰胺系减水剂(M)对赤泥-粉煤灰基地质聚合物性能的影响。通过FTIR、XRD、SEM-EDS分析了减水剂在碱溶液中的稳定性及其对赤泥-粉煤灰基地质聚合物物相、形貌和结构等的影响。结果表明,在相同液固比情况下,四种减水剂均可提高浆体流动度,流动度提高幅度从大到小依次是N、M、SL、PC。掺量不高于原料质量的0.50%时,SL与N对抗压强度有改善作用,对抗压强度的影响由优到劣依次是N、SL、M、PC。减水剂的掺入不会改变地质聚合物的物相组成,SL与N在碱溶液中相对稳定,但是PC与M在碱溶液中的稳定性较差。SL、PC、N、M的最佳掺量分别为0.50%、0.75%、0.50%、0.50%(质量分数)。

赤泥基发泡轻质保温材料的制备与性能研究

以赤泥为主要原料,辅以粉煤灰、粘结剂等经发泡、高温煅烧等工艺制备赤泥基发泡轻质保温材料,研究原材料配比、发泡剂掺量、烧结温度及保温时间等因素对其性能的影响规律,并分析其形成机理。结果表明,m(赤泥)∶m(粉煤灰)=10∶8,烧结温度为1150℃,保温时间为120 min,时,制备的赤泥发泡轻质保温材料的密度为479 kg/m^(3),抗折强度为0.41 MPa,抗压强度为1.15 MPa,导热系数为0.09 W/(m·K)。

赤泥-粉煤灰免烧陶粒的制备及应用

以赤泥和粉煤灰为主要原料,通过添加硅酸钠和碳酸氢钠不需要高温煅烧便可制备出具有吸附性能的陶粒。以陶粒的解体率为评定指标,通过响应曲面研究了赤泥、粉煤灰、硅酸钠和碳酸氢钠的配比对陶粒解体率的影响,研究结果表明:赤泥、粉煤灰、碳酸氢钠和硅酸钠的最佳配比分别为72%、10%、3%和15%,可得到陶粒的最佳解体率为4%。采用X射线荧光光谱(XRF)仪、X射线衍射(XRD)仪和全自动比表面积及孔隙分析仪等对陶粒的组分、表面形貌特征、孔径分布进行研究,免烧工艺制备的陶粒生成了新的铝-硅化合物,陶粒表面具备多孔的特点。将陶粒应用于吸附磷石膏渗滤液中的磷和氟离子,总磷和F-的去除率最高分别可达79.80%和97.28%。

赤泥水合粉煤灰脱硫性能

利用RM(赤泥)水合FA(粉煤灰)制备FARM(粉煤灰-赤泥吸附剂),并用于烟气中SO_(2)的脱除,研究了脱除温度、O_(2)体积分数和NO对FARM脱除SO_(2)性能的影响,并揭示了FARM脱硫的作用机理。结果表明:RM水合FA可提升其脱硫能力;脱硫过程主要是化学反应与化学吸附共同作用的结果,FARM中的(CaO)_(12)·(Al_(2)O_(3))_(7)和2MgO·SiO_(2)是脱除SO_(2)的活性物质,脱硫产物以SO_(4)^(2-)的形式存在;合适的脱除温度和O_(2)体积分数有利于脱硫性能的提升,NO的存在可在一定时限内改善脱硫效果,在500℃、5%O_(2)、500 mg/m^(3)SO_(2)和N 2(平衡气)条件下FARM脱硫效率大于90%的穿透时间和硫容分别可达66 min和106.92 mg/g。

硅铝添加剂对机械化学法稳定飞灰中重金属的影响机制研究

在机械力作用下,添加膨润土、高岭土、硅灰、赤泥以提供硅/铝元素稳定生活垃圾焚烧飞灰中的重金属。实验结果表明,固化产物的成分与添加剂的硅铝比相关。添加膨润土的固化产物主要为纤水硅钙石、方解石和氧化钙;添加高岭土、赤泥的固化产物主要为方解石、水铝钙石;添加硅灰的固化产物含有方解石和少量的硅酸钙盐。固化产物均发生不同程度团聚,且孔隙直径变大。研究表明,机械化学法均能显著降低飞灰中铅、锌的浸出浓度。且铅、锌向更稳定的可氧化态和残渣态转变。综合对比发现,4种添加剂的固化效果由高到低依次为赤泥、高岭土和硅灰、膨润土。颗粒的团聚包裹作用、新生成的水铝钙石和硅酸钙盐以及可溶盐的溶解洗脱是机械化学法外加添加剂稳定飞灰中重金属的主要原因。

酒糟-粉煤灰协同赤泥的改良试验研究

将酸性酒糟废渣和粉煤灰作为脱碱和改良材料对赤泥进行协同改良,通过比较赤泥基质的物理性状、营养物质质量比及重金属存在形态,并结合盆栽试验为赤泥堆场的生态修复提供依据。结果显示:酒糟能够降低赤泥碱度,促进赤泥基质团聚体的形成,改善基质的物理结构,提高基质营养物质质量比,有效固定基质重金属并降低重金属在植物体内的积累;粉煤灰可有效增加赤泥基质孔隙度,促进基质团聚体形成;两者联合添加时赤泥土壤化效果更为显著,基质各项理化指标较单独施用改善更为明显,添加质量分数为20%粉煤灰和质量分数为20%酒糟的基质碱蓬草发芽率达93.33%。通过测定基质浸出液代表性重金属的质量比,采用内梅罗综合污染指数法评估利用酒糟与粉煤灰改良赤泥的方案污染程度为清洁级水平。

从废弃物中回收稀土金属钪的研究进展

钪作为一种稀土金属,在许多行业得到了广泛的应用。从含钪废弃物中回收钪,不仅可以解决废弃物污染环境的问题,还可以缓解我国钪供应量严重不足的现状。本文综述了从各种含钪废弃物(赤泥、钛白废酸、钨渣、粉煤灰)中回收钪的研究进展,并对我国钪回收工艺技术的发展进行展望,指出钪回收工业将向高效化、低成本化和绿色化的方向发展。

微波活化赤泥固化稳定垃圾焚烧飞灰中Pb的实验研究

以拜耳法赤泥为原料,在微波焙烧作用下热碱活化,再与垃圾焚烧飞灰混合后加水促使发生地聚反应,固化稳定垃圾焚烧飞灰中的重金属Pb,重点考察了微波功率、微波焙烧温度、焙烧保温时间、赤泥掺量、氢氧化钠用量对焚烧飞灰中重金属Pb固化稳定效果的影响。结果表明:在微波功率1000 W、微波焙烧温度800℃、焙烧保温时间30 min、赤泥掺量50%、氢氧化钠用量10%的条件下,所得固化物中Pb浸出浓度为0.17 mg/L,低于国家标准规定的限值。

利用工业废渣研制环保陶瓷滤球

利用某大型工矿企业的废渣赤泥、粉煤灰、煤矸石、劣质粘土为主要原料 ,通过加入成孔剂和适量成型助剂及烧成助剂分别调节气孔率、可塑性和强度 ,制备了高性能的可用于污水处理的多孔陶瓷滤球。讨论了 4种成孔剂的成孔效果和影响气孔率、强度的因素。理化性能和显微结构测试表明 ,滤球气孔率高于 5 5 % ,压碎力为 0 .779k N,气孔呈三维连通状。

赤泥对粉煤灰激发作用的试验研究

试验研究了赤泥对粉煤灰一水泥胶砂力学性能的影响。结果表明赤泥能有效激发粉煤灰的活性 ,使掺粉煤灰水泥砂浆的强度大幅度提高。赤泥最佳掺量为 3%～ 5 % ,与不掺赤泥的粉煤灰一水泥胶砂空白对比组相比 ,各龄期抗压、抗折强度增加了 2 0 %～ 40 % ,且后期强度增长更为明显 ,掺 40 %粉煤灰水泥胶砂强度在 2