高钙粉煤灰浆PH值较高，直接用于煤矿井下防灭火易污染地下水。为研究CO2矿化利用粉煤灰制井下防灭火材料固碳降碱反应特性，本文选取陕北某煤电一体化企业粉煤灰为样品，通过XRF、XRD分析了粉煤灰组分及物相结构，利用N2和CO2的混合气模拟电厂烟气，开展了CO2矿化利用粉煤灰实验室小试及扩试试验，研究了粉煤灰固碳降碱反应过程中浆液pH值变化规律及模拟烟气CO2浓度、烟气流量、固液比、温度、搅拌方式等关键参数对矿化反应过程的影响，并从粉煤灰固碳降碱浆液特性、矿化反应装置研制等方面提出了井下规模化应用有待攻克的关键技术，研究结果表明：①粉煤灰中原样中富含Ca2+、Mg2+、K+、Al3+等碱金属元素，其中CaO含量高达17.8%；②CO2与粉煤灰中含Ca2+、Mg2+等碱性矿物产生矿化反应，反应后CO2以方解石型碳酸钙附着在粉煤灰球形颗粒表面，表明了高钙粉煤灰固碳降碱具有可行性；③矿化反应过程中，浆液pH值下降呈“慢-快-慢”三个阶段，当粉煤灰浆液pH值降至7～7.5后，浆液返碱pH值不会超过9，满足煤矿井下粉煤灰防灭火材料要求；④确定了最优矿化反应参数为CO2浓度10%～15%、固液比300 g/L、烟气流量每升浆液1.0 L/min、温度不高于55 °C；⑤综合考虑固碳量、降碱返碱速度以及反应规模等因素，提出了涡流式反应器与旋桨式反应器串并联两级耦合反应系统。研究成果有望达到粉煤灰固碳降碱、粉煤灰防灭火以及矿井水循环利用等多重目的，经济、环保、安全效益显著，应用前景广阔。

1. 粉煤灰组分分析
2.粉煤灰固碳降碱鼓泡塔实验
2.1 实验装置及过程
2.2 反应前后粉煤灰物相分析
2.3 反应前后粉煤灰浆液形貌分析
2.4 反应过程中浆液pH值变化分析
2.5 粉煤灰固碳降碱主要影响因素分析
2浓度对粉煤灰固碳降碱反应特性的影响'>2.5.1 CO2浓度对粉煤灰固碳降碱反应特性的影响
2.5.2 浆液浓度对粉煤灰浆液固碳降碱反应特性的影响
2.5.3气体流量对粉煤灰浆液固碳降碱反应特性的影响
2.5.4 温度对粉煤灰浆液固碳降碱反应特性的影响
3.粉煤灰固碳降碱扩试实验
3.1 实验装置及过程
3.2 不同搅拌方式对粉煤灰固碳降碱反应特性的影响
4 固碳降碱工艺流程及规模化应用关键技术
4.1 粉煤灰固碳降碱两级耦合工艺流程
4.2 有待进一步研究的关键技术
5. 结 论

尹希文,于秋鸽,甘志超,浮耀坤,樊振丽,纪龙.高钙粉煤灰固碳降碱反应特性及煤矿井下规模化利用新途径[J/OL].煤炭学报:1-11[2023-06-16].DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2023.0445.