煤矸石热活化性能研究

系统地研究了徐州夹河煤矸石在不同煅烧温度下的物理、化学变化及活性成分的溶出规律.采用扫描电子显微镜(SEM)、差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)等测试方法研究了热活化前后煤矸石的矿物组成、SiO2及Al2O3溶出率和微观结构,并采用水泥强度的测试方法对热活化煤矸石的活性进行宏观表征.结果表明,煅烧能有效去除有机挥发物和碳.破坏煤矸石中的硅氧键、铝氧键,形成无定形物质和玻璃相,从而提高煤矸石的活性.徐州夹河煤矸石的最佳热活化工艺条件是煅烧650℃、保温2 h.经此条件热活化后,SiO2和Al2O3的最高溶出率分别是76.32%、91.48%,添加50%(质量分数)的热活化煤矸石到水泥中,其强度比同掺量原样煤矸石的水泥强度提高了230%.     

煤矸石动态煅烧活化的影响因素

煤矸石能够通过热活化激发胶凝活性,用做水泥混合材,实现综合利用。本研究以太原西铭煤矿洗选矸石为研究对象,采用单因素实验法考察了煅烧方式、温度、时间和粒度对活化效果的影响,利用TG-DTA、XRD以及IR等分析手段探讨了不同因素对煤矸石煅烧活化的影响机制。研究结果表明,煤矸石活性主要受高岭石晶相转变和残余碳的影响。与静态煅烧相比,动态煅烧传热和氧传递效率更高,煤矸石活化效果较好。温度升高,物料活性提高,但是超过800℃后,活化效果变差。随着活化时间增加,煤矸石活性提高,超过60 min后,活性保持稳定。粒度减小,可以提高传热和氧传递效率,改善活化效果,当粒度达到10~100μm后,继续减小粒度并不能提高活化效果,因此,煤矸石动态煅烧活化粒度以保持在10~100μm为宜。     

微波活化煤矸石反应活性及胶凝性能

研究了微波辐照对煤矸石反应活性及胶凝性能影响,通过XRD、IR等表征手段,分析了微波辐照煤矸石和煤矸石水泥的微观结构,结果表明,煤矸石经微波辐照可脱去煤矸石中的自由水和其矿物的结构水,并破坏了煤矸石矿物中牢固的Si—O和Al—O键结构,提高了SiO2、Al2O3的可溶性,提高煤矸石的反应活性和胶凝性能.煤矸石微波辐照的时间在8 min较为适宜,以30％煤矸石替代水泥时,经8 min微波辐照煤矸石的水泥净浆体28 d抗压强度为47.6 MPa,比原煤矸石的水泥净浆体高23.2 MPa.     

用稻壳硅源水热合成P型分子筛的研究

利用稻壳中丰富的氧化硅为硅源,以Al(OH)3为外加铝源,采用水热法合成P型分子筛.通过实验得到制备P型分子筛的最佳条件:硅铝摩尔比(SiO2/A12O3)为5.6,钠硅摩尔比(Na2O/SiO2)为1.43,水钠摩尔比(H2O/Na2O)为18.3,反应温度为85℃,反应时间为24 h.X射线衍射(XRD)与扫描电镜...     

氧化铝对煤矸石提铝废渣制备水玻璃的影响

以纯石英砂或煤矸石酸浸提铝废渣为原料,采用低温(850℃)纯碱烧结法制备水玻璃,考察了杂质Al2O3含量对原料中SiO2溶出率以及产品水玻璃模数的影响,通过电感耦合等离子发射光谱(ICP)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)和热重分析(TGA)手段对原料和产物进行了分析和表征.结果表明,与纯石英砂为原料制备水玻璃相比,杂质Al2O3的存在降低了SiO2-Na2O体系的反应温度,但由于Al2O3会与反应体系中的SiO2和Na2O反应生成水不溶性的铝硅酸钠盐,导致实际可溶性SiO2的含量减少,降低了SiO2的溶出率和硅酸钠的模数.通过添加石英砂可控制提铝废渣中的A12O3含量低于5％,使提铝废渣中SiO2的溶出率达到90％以上,制得水玻璃模数达2.15.     

电镀污泥基胶凝材料的制备及性质分析

将电镀污泥作为混合材料掺到水泥中,取代部分水泥熟料制备电镀污泥基胶凝材料。测定了胶凝材料试样的标准稠度用水量、凝结时间、胶砂流动度、强度等物理性能指标,同时分析胶凝材料试样的微观水化性能与累积孔体积,测定了胶凝材料的重金属浸出浓度。结果表明,在电镀污泥掺量为0.5%(质量分数,下同)时,制备的胶凝材料试样强度达到《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)规定的52.5R级水泥强度标准;在掺量为1.5%、2.5%时,制备的胶凝材料试样强度达到GB 175—2007规定的42.5R级水泥强度标准,且重金属浸出浓度满足《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3—2007)要求。微观测试表明,电镀污泥的掺入使得水化放热总量降低。     

流化床锅炉飞灰活性激发与建材利用的试验研究

流化床锅炉飞灰活性较差,常规的粉煤灰活性激发方法对该飞灰效果不佳.本研究采用了加入适当激发剂的方法激发其活性,结果表明,加入激发剂后水泥胶砂的早期抗折、抗压强度均有100%的增长,后期抗折强度提高约100%、抗压强度提高60%以上,凝结时间和安定性均符合要求.水泥中飞灰掺量达40%时,其胶砂各龄期强度均达到甚至超过了42.5R水泥的强度;飞灰掺量65%～75%时,胶砂强度显示仍可生产一些低强度要求的建材产品,如砌筑水泥、建筑砂浆等.采用XRD、SEM等微观测试手段对飞灰活性激发机理进行了探讨.     

低温碱溶脱除液晶显示器(LCD)玻璃基板粉末中的硅和铝

为了提高氯化法回收LCD中铟的效果,降低Si O_2和Al_2O_3对氯化过程的干扰,采用Na OH对液晶显示器玻璃基板粉末中的硅和铝进行了预先溶出规律研究。首先分析了LCD粉末中Si O_2和Al_2O_3的含量、形貌以及铟的浸出变化,然后计算了Si O_2和Al_2O_3的脱除效率。在条件实验基础上通过正交实验设计得出优化实验条件。研究表明,在液固比为90∶2、温度95℃、溶出时间2 h、碱度0.56 g/L的最佳工艺条件下,Si O_2的脱除率为80.88%、Al_2O_3的脱除率为83.30%、二者总的脱除率为81.30%,洗涤液中没有发现铟的溶出,碱溶后的物料表面产生大量均匀的孔状结构。这将对液晶显示器玻璃基板粉末的资源化与铟的富集有重要意义。     

催化剂Cu/HZSM-5的硅铝比对催化分解N2O的影响

为系统研究Cu/HZSM-5硅铝比对其各类性能的影响,采用等体积浸渍法与离子交换法,以硅铝比为27、50、117的HZSM-5为载体,制备负载型N_2O催化分解催化剂Cu/HZSM-5和Cu/ZSM-5,催化剂的活性组分为CuO。通过催化剂反应活性评价、X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析结果,对2种方法制备催化剂活性的差异进行了分析。利用比表面积孔径分析仪(BET)、X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、X射线荧光光谱分析(XRF)、氢气程序升温还原分析(H_2-TPR)、氨气程序升温脱附分析(NH_3-TPD)等表征手段对催化剂物化性质等进行分析,得到载体HZSM-5的硅铝比差异对催化剂特征结构、比表面积、特征形貌、酸性位数量、可还原性能的影响规律。等体积浸渍法制备的催化剂活性评价结果表明,硅铝比为27的Cu_8/HZSM-5催化剂活性最好,完全催化分解N_2O的温度在400℃左右。水热稳定性实验结果以及寿命实验结果表明,硅铝比为27的Cu_8/HZSM-5具有良好的水热稳性,3种硅铝比的Cu_8/HZSM-5催化剂均具备良好的热稳定性。Cu/HZSM-5的活性评价以及各种表征结果显示,在一定范围内,硅铝比越低,催化剂活性越好。     

微硅粉碱溶脱硅及其反应动力学

研究了微硅粉在氢氧化钠溶液中的碱溶行为和反应动力学。采用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等对微硅粉进行了表征分析。通过正交实验和单因素实验相结合分析了反应温度、反应时间、初始氢氧化钠浓度和灰碱比对微硅粉中二氧化硅溶出率的影响;采用"等高切面法"分析计算了微硅粉的碱溶反应动力学参数。结果表明:反应温度和碱浓度对碱溶反应的影响最为显著;微硅粉碱溶脱硅的最优工艺条件为反应温度120℃、反应时间60 min、初始氢氧化钠浓度10%、灰碱比为0.89,在此条件下,二氧化硅的溶出率为91.5%,微硅粉碱溶脱硅反应的表观活化能为16.21 k J·mol~(-1),反应级数为1。     

煤矸石中的铝、铁在高浓度盐酸中的浸出行为

考察了煤矸石中Al2O3和Fe2O3在不同浓度盐酸中的浸出行为,着重探讨了Al2O3和Fe2O3在高浓度盐酸中的溶出规律。通过与文献中AlCl3和FeCl3在不同浓度盐酸中的溶解度数据对照,发现煤矸石中Al2O3的溶出率受AlCl3溶解度的影响显著,而Fe2O3的溶出则基本不受FeCl3溶解度影响。进一步的研究结果表明,在高浓度盐酸中,煤矸石中Al2O3的溶出率显著降低,高浓度的盐酸不影响Fe2O3的溶出。当煤矸石的煅烧温度为700℃、酸浸温度为33℃时,酸浸固液比为1∶1(g/mL),利用37%的高浓度盐酸酸浸,Fe2O3和Al2O3的溶出率分别为48.7%和7.3%,可实现煤矸石中铁铝的有效分离。     

污泥焚烧灰固化处理技术研究

研究了硅酸盐水泥、高铝水泥、高岭土和β-萘系减水剂在污泥焚烧灰固化技术中的应用效果。考察了污泥焚烧灰固化块(以下简称固化块)的抗压强度,测定了固化块的重金属浸出毒性,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析固化块组成和微观结构。结果表明,4种物质对提高固化块的抗压强度均具有较好的效果,硅酸盐水泥、高铝水泥、高岭土和β-萘系减水剂的适宜掺量分别为10、30、20、1.0g(以100g污泥焚烧灰中掺加的质量计)。XRD和SEM分析结果显示,经固化处理后制得的固化块结构密实,存在石英(SiO2)、水化硅铝酸钙(CaAl2Si2O8)和水化硅酸铝钙(Ca2Al2SiO7)等物质,其中水化硅铝酸钙等凝胶物质有利于提高固化块的抗压强度。     

碱熔法生产二氧化锆污染的综合治理

采用新型反应器及胶凝除硅、直接酸溶重结晶、直接煅烧等技术对二氧化锆的生产工艺进行了改革 ,降低了原材料消耗及能耗 ,减少了废液排放量 ,并将回收的废物加工成副产品白炭黑 ,在生产过程中防治污染。     

提高硅钙渣胶凝活性的热活化实验

硅钙渣作为高铝粉煤灰碱-石灰烧结法提取氧化铝后产生的二次固废,为了使其能够大量地应用于建材领域,研究了热活化温度对硅钙渣水化胶凝性活性的影响,并采用TG-DSC和XRD对机理进行了分析。结果表明,硅钙渣中方解石的分解是硅钙渣活性得以提高的主要因素,在煅烧温度在600~700℃时,其胶凝活性最佳。     

利用烧结脱硫灰制备胶凝材料的研究

研究了烧结烟气半干法脱硫灰复掺矿渣、钢渣,辅之外加剂,制备胶凝材料的可行性。结果表明,采用改性脱硫灰（GXTLH）、钢渣、矿渣及水泥熟料再混磨制备的复合胶凝材料,具有良好的安定性等水化性能和力学性能;当GXTLH 掺入量为20%、CFII 1.5%、减水剂0.5%及水泥熟料23%时,矿渣掺量在12%～44%、钢渣掺量11%～44%之间制备的胶凝材料初凝时间、终凝时间、力学性能满足GB13592-92《钢渣矿渣水泥标准》;矿渣与钢渣比、水泥熟料及外加剂等掺量一定,GXTLH掺量超过30%时,GXTLH胶凝材料的抗压抗折强度均有所下降。     

联合NaOH和Ca(OH)_2强化剩余污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸

以剩余污泥为研究对象,在序批式厌氧反应器中探究了Na OH和Ca(OH)_2联合作用对污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA)的影响。结果表明,相较于Na OH单独发酵,Na OH和Ca(OH)_2的联合作用能够进一步促进VFA的积累,且Na OH和Ca(OH)_2的质量比例为50∶50时,VFA的最大积累量为286 mg COD·g-1VSS。机理研究表明,Na OH和Ca(OH)_2联合作用能够促进污泥溶解过程,并且溶解性COD(SCOD)的最大含量为3 650 mg·L~(-1),同时Na OH和Ca(OH)_2联合作用能够促进胞外聚合物内部有机物向外部的转移。Na OH和Ca(OH)_2联合作用能够进一步遏制产甲烷古菌的活性,甲烷的最大积累量为165 m L,远小于Na OH单独影响下甲烷的积累量。研究结果对指导污泥厌氧发酵回收能源物质具有一定的指导意义。     

煅烧温度和添加剂对提高煤矸石中氧化铝溶出率的实验研究

煤矸石是煤炭在开采、洗选过程中产生的固体废弃物,其中二氧化硅、氧化铝和碳占到矸石总量的90%以上,又是一种可以利用的资源。实验以山西潞安煤矿的洗矸为原料,采用SEM、IR和XRD等分析测试手段对不同煅烧温度下的煤矸石进行微观形貌、化学键变化和矿物组成的分析研究,确定氧化铝的活化温度区间;并根据煤矸石的活化机理,选择提高氧化铝溶出率的添加剂。实验结果为：煤矸石中氧化铝的活化温度区间为600～850℃;酸浸过程中添加氟化钠可以打开煤矸石中的SiO₂—Al₂O₃,使氧化铝溶出率达到90%以上,和通常条件下氧化铝的溶出率相比提高20%左右。本研究为煤矸石高值利用提取氧化铝提供了技术基础,也为粉煤灰等低铝含量矿物的开发利用提供借鉴。     

用高效分散剂碳化法从煤矸石中制备超细氢氧化铝粉体

利用煤矸石为原料制备超细氢氧化铝粉体。采用高温煅烧活化煤矸石，利用C2S晶相转变制备煤矸石自粉化料，用8％Na2CO3溶液从煤矸石自粉化料中以NaAlO2形式提取铝组分，用高效分散剂碳化法制备超细氢氧化铝粉体。研究了高效分散剂碳化法制备高纯超细氢氧化铝粉体的影响因素，找出了高效分散剂碳化法制备超细氢氧化铝粉体的最佳条件，制备出了平均粒度〈100nm、纯度〉99．9％的氢氧化铝，为煤矸石的高价值利用开辟了一条新的途径。     

煤矸石中氧化铝溶出的实验研究

煤矸石是主要的煤系固废,其中氧化铝的含量占到25%左右,又是一种可以利用的资源.本实验以山西潞安煤矿的煤矸石为原料,采用正交试验的方法,研究了盐酸作为酸浸介质浸取煤矸石中氧化铝.主要影响因素为煅烧温度、酸量、固液比及酸浸时间,最佳工艺条件为:煅烧温度为650℃,酸量为225mL(按照煤矸石中氧化铝和盐酸反应的摩尔比为1:6计)、固液比为1:3、酸浸时间为3 h,单因素重复试验结果和正交实验的结果相符,在最佳条件下,氧化铝的溶出实验验证结果表明,三氧化二铝溶出率为71.49%.本研究对实现煤矸石的资源化综合利用具有重要的意义.     

灭菌处理对不同氧化还原环境下含硫煤矸石中污染物释放的影响

为评价微生物在不同氧化还原环境下对含硫煤矸石中污染物释放的作用,通过设置氧化处理、氧化灭菌处理、还原处理和还原灭菌处理4组处理方式对煤矸石进行连续浸提实验,并测定0、1、3、6、9d后各处理煤矸石浸出液的pH、电导率(EC)、氧化还原电位(Eh)、总溶解性固体(TDS)、金属离子(Fe3+、Mn2+、Cu2+、Zn2+)和阴离子(SO2-4、F-)等特征污染指标。结果表明:氧化环境下,灭菌处理能抑制煤矸石氧化酸化,提高煤矸石浸出液的pH,降低浸出液EC、TDS,并明显降低煤矸石浸出液中Fe3+的溶出浓度,对Mn2+、Cu2+、F-和SO2-4等特征污染离子的溶出也有一定的抑制效果,且随着浸提时间的延长,这种抑制效应日趋加强;而还原环境下,灭菌处理却在一定程度上减弱了还原环境对煤矸石中污染物释放的抑制作用。综上表明,灭菌与否对不同氧化还原环境下含硫煤矸石污染物的释放有重要影响。因此,可以通过工程手段调控矿山环境中微生物活性或类群,对含硫煤矸石污染进行有效的原位控制或治理。