“工业固废资源化利用新理论与新技术”专题

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“工业固废资源化利用新理论与新技术”专题

来源：金属矿山

专题来自于《金属矿山》2022年第1期，共有研究成果14篇。

行业视野: 环境保护
类别; 155个
关键词; 140位
专家; 32篇
论文; 5314IP
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铁尾矿砂水泥砂浆抗压强度及微观结构分析

作者(Author)：王营, 顾晓薇, 张延年, 殷士奇, 胥孝川, 王青

摘要：为研究铁尾矿砂掺入量对水泥砂浆抗压强度及微观结构的影响，采用高硅型铁尾矿废石破碎而来的铁尾矿砂，以不同质量铁尾矿砂等比例代替天然河砂配制水泥砂浆进行抗压试验。对比铁尾矿砂与天然河砂在组成成分、粒形、粒径、级配分布上的差异，分析铁尾矿砂与天然河砂比例不同时水泥砂浆立方体试件的破坏形态以及抗压强度。并使用扫描电子显微镜（SEM）着重分析完全替代下铁尾矿水泥砂浆与天然河砂水泥砂浆的细骨料与水泥胶体的交界面形态及水化产物微观形貌。结果表明：所用铁尾矿砂SiO2含量较高，属于高硅型铁尾矿，由于机制原因造成其多棱角且表面粗糙。替代率对铁尾矿水泥砂浆立方体试件破坏形态没有显著影响，不同替代率下铁尾矿水泥砂浆力学性能均优于天然河砂水泥砂浆。铁尾矿砂的加入会导致水泥砂浆内部结构劣化，但由于铁尾矿砂多棱角、表面粗糙与水泥胶体的机械咬合力较大，而且高硅型铁尾矿砂自身强度较高，弥补了由于结构劣化造成的力学性能损失，使铁尾矿水泥砂浆的基本力学性能仍能满足要求。

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钢渣基多固废掺合料制备水泥砂浆及其力学性能研究

作者(Author)：王宏宇, 顾晓薇, 张延年, 胥孝川, 王青

摘要：为解决钢渣粉作为单一掺合料的活性指数低的问题，将钢渣与粉煤灰、锂渣、磷渣复掺制备钢渣基多固废水泥砂浆。通过力学性能测试，讨论掺合料配合比对二元、三元钢渣基多固废掺合料活性的影响。利用XRD、SEM手段对典型掺合料水化产物及微观形貌进行分析。结果表明：钢渣早期和后期均表现出较低的活性，锂渣具有良好的早期活性，而磷渣早期强度较差；二元掺合料中钢渣-锂渣活性最高且大于两者单掺，钢渣、锂渣在碱性环境下发生水化并提供不同的活性组分，有利于砂浆强度的提升；三元掺合料中钢渣-磷渣粉-锂渣复掺比例为5∶1∶4时，砂浆抗压强度最高，28 d砂浆抗压强度37.21 MPa。钢渣、锂渣发生水化反应的同时，磷渣中硅酸盐玻璃体在碱性环境激发下解离出活性SiO2，生成了更多的C—S—H等水化产物，三者具有一定耦合作用。

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钢渣—脱硫灰基全固废胶凝材料及其砂浆界面过渡区的研究

作者(Author)：孙睿, 王栋民, 房中华, 吴亚男, 张双成, 康立中, 吕南

摘要：为提高冶金行业伴生固废的资源化利用率，将钢渣粉与烧结烟气脱硫灰复配组成全固废胶凝材料，添加粉煤灰调整其硅铝矿相组成，取三异丙醇胺（Triisopropanolamine,TIPA）作为激发剂，首先对净浆的力学性能、水化产物组成、水化产物微形貌和孔结构以及水化放热表征分析，探究矿相调整与化学激发对钢渣—脱硫灰基全固废胶凝材料水化硬化过程的影响规律。然后采用铁尾矿砂与上述胶凝材料制备全固废砂浆，考察砂浆力学性能发展规律，并探究全固废胶凝材料与固废骨料之间界面过渡区的特征。结果表明：单掺20%的粉煤灰明显促进水化硅酸钙（C—S—H）生成，使净浆14 d抗压强度提升1.86倍，但粉煤灰掺量增大至50%则对3、7 d的强度不利；单独使用TIPA激发则可帮助净浆3 d抗压强度从0.52 MPa提升至11.44 MPa，借助TIPA对铁离子的络合作用，可促进高掺量（50%）粉煤灰的全固废胶凝材料的水化，3 d抗压强度可达3.69 MPa；钢渣—脱硫灰全固废砂浆界面过渡区内Ca(OH)2生长在C—S—H骨架中而不与骨料直接接触，矿相调整后界面过渡区出现了垂直生长在骨料表面的钙矾石。

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高硅型铁尾矿砂蒸压加气轻质混凝土的制备及其性能研究

作者(Author)：顾晓薇, 王屾宇, 刘剑平, 宁宝宽, 刘朋, 张延年

摘要：为寻找高成本硅质骨料的替代品并提高高硅型铁尾矿砂利用率，以高硅型铁尾矿砂与粉煤灰复掺替代硅砂制备蒸压加气轻质混凝土（ALC）试件，分析了铁尾矿砂/粉煤灰混合比例及水胶比对蒸压加气轻质混凝土性能的影响规律，并采用XRD及SEM等手段对水化产物和微观结构进行分析。结果表明：随着铁尾矿砂占比的增大，试件的干体积密度逐渐增大，抗压强度先增大后降低；随着水胶比的增大，试件的干体积密度和抗压强度逐渐降低。当铁尾矿砂、粉煤灰、水泥、石灰及脱硫石膏质量比为62.8∶9.0∶16.9∶8.9∶2.4时，控制水胶比为1.40，所制备的试件抗压强度为4.15 MPa、干体积密度为576 kg/m3，满足《蒸压加气混凝土砌块》（GB/T 11968—2020）规定的强度等级A3.5、干体积密度等级B06的要求。XRD结果显示主要水化产物为石英、托贝莫来石、硅钙水合物及沸石，SEM分析进一步说明水化形成大量板状的托贝莫来石及少量C—S—H凝胶，良好的网状结构使得承压时不易引起应力集中。

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钢渣骨料水工生态框混凝土制备方法及性能研究

作者(Author)：樊俊江, 於林锋, 王林

摘要：未经精细化破碎、筛分处理的钢渣中存在粗、细2种颗粒，单独取代砂或石会造成骨料级配不佳，拌合物和易性下降。为寻找一种适合不同来源钢渣制备水工生态框混凝土的方法，以宝钢钢渣为研究对象，将钢渣骨料分为粗颗粒和细颗粒，分别进行级配分析，据此设计适宜的配合比；对适宜配合比下制备的混凝土试块进行拌合物性能、力学性能、耐久性及安定性测试，分析并确定钢渣骨料在水工生态框混凝土中的最大掺量。结果表明：宝钢钢渣骨料中粗颗粒级配介于5~16 mm连续级配和5~20 mm连续级配之间，与5~25 mm连续级配碎石复配后，可基本满足5~25 mm或5~20 mm连续级配碎石的要求；细颗粒级配不满足Ⅰ区、Ⅱ区或Ⅲ区要求，需要与中砂进行搭配使用，细颗粒取代Ⅱ区天然河砂的比例不宜超过25%，最高取代比例不应超过45%。钢渣与砂石骨料的表观密度差异较大，钢渣骨料取代砂石用于制备水工生态框混凝土时，细颗粒和粗颗粒应按体积百分比分别取代砂和石。以上述方法制备的钢渣骨料水工生态框混凝土试块，混凝土拌合物均具有良好的和易性，混凝土试块28 d抗压强度提升10%~20%，56 d电通量降至700 C以下。但钢渣骨料体积取代比例超过30%时，混凝土试块安定性变差，建议水工生态框混凝土中的钢渣骨料对砂石的最大体积取代比例控制在30%以内。

205
大掺量掘进煤矸石道路基层和混凝土的制备及力学性能研究

作者(Author)：祝小靓, 张明, 王栋民, 房奎圳

摘要：掘进煤矸石是煤矿能源行业排放的一种工业固废，具有质地坚硬、性质稳定等特点，对掘进煤矸石道路基层及混凝土的制备及研究符合国家对推动建材行业碳达峰和加强大宗固废综合利用的愿景。将加工破碎后的掘进煤矸石替代道路基层和混凝土材料中的机制砂石，探讨了不同水泥掺量下的基层混合料、不同标号的掘进煤矸石砂混凝土材料、不同骨料类别及处理方式的C30混凝土材料力学性能的影响规律，论证了掘进煤矸石替代机制砂石骨料的技术可行性。研究结果表明：掘进煤矸石道路基层材料7 d无侧限抗压强度达3.4~6.5 MPa，满足中高等级公路基本要求；掘进煤矸石混凝土在中低标号下抗压强度基本满足要求，经水洗工艺的掘进煤矸石石料和改善级配的掘进煤矸石砂制备的C30混凝土强度有所提高。

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改性磷石膏抹灰砂浆性能研究

作者(Author)：高育欣, 麻鹏飞, 康升荣, 程宝军, 杨文, 顾晓薇

摘要：为了解决磷石膏抹灰砂浆耐水性差的问题，促进磷石膏抹灰砂浆在建筑行业的应用，采用预处理的改性磷石膏，研究了水胶比和减水剂掺量对改性磷石基抹灰砂浆物理性能、力学性能和耐水性能的影响，并通过在体系中引入有机硅防水剂来进一步改善磷石膏抹灰砂浆耐水性能。研究结果表明：减水剂掺量和水胶比是影响磷石膏抹灰砂浆性能的主要因素，低水胶比和低减水剂掺量有利于其力学性能和耐水性能的提升，且减水剂掺量不宜高于0.9%；有机硅防水剂虽然能有效改善磷石膏抹灰砂浆耐水性能，但会对其强度造成不利影响，实际应用时其掺量不宜高于0.6%；水化产物中的凝胶和钙矾石可以填充二水硫酸钙晶体间空隙，有利于试件密实度、强度和软化系数的提高，且有机硅防水剂会在水化产物表面和间隙中形成防水膜，可以进一步改善试件耐水性能。

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大宗工业固废高值建材化利用研究现状与展望

作者(Author)：顾晓薇, 张延年, 张伟峰, 赵昀奇, 李晓慧, 王宏宇

摘要：当前我国已经迈入了工业大国的行列,带动了我国社会经济的快速发展。新时期,在制定工业发展计划的同时,更需要将生态环境保护放在首要位置。在工业化发展的历史进程中,遗留了很多生态污染问题,其中工业固体废弃物的长期堆积对生态环境造成了严重地破坏。主要论述了典型大宗工业固废(铁尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣及脱硫石膏)高值建材化用的研究现状,对6种典型工业固废未来发展趋势进行了分析,并提出了高值建材化利用的可行性措施。大宗工业固废的高值建材化利用是确保我国工业可持续发展的一项长远战略方针,要想提高大宗工业固废综合利用水平,人们需要因地制宜地选择适当的工业固废处置和利用方式。在现有的政策基础上,科研单位和相关企业要进一步加强技术创新和模式创新,探索工业固废跨行业的协同处置和利用方法,为进一步提高我国大宗工业固废综合利用水平提供合理参考。

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