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煤气化渣理化特性及其制备建筑材料研究进展
1
作者 顾晓薇 葛晓伟 +5 位作者 刘少迁 丁学成 王莉 黄冬蔚 王达伟 马以勒 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期29-45,共17页
随着现代煤化工产业的快速发展,煤气化技术在能源清洁高效利用中的地位日益突出,煤气化渣(Coal Gasification Slag,CGS)作为气化过程所产生的工业副产物排放量不断增加。然而,CGS的综合利用率仍处于较低水平,绝大多数以填埋或堆存的方... 随着现代煤化工产业的快速发展,煤气化技术在能源清洁高效利用中的地位日益突出,煤气化渣(Coal Gasification Slag,CGS)作为气化过程所产生的工业副产物排放量不断增加。然而,CGS的综合利用率仍处于较低水平,绝大多数以填埋或堆存的方式处理,既占用土地资源,又可能引发重金属浸出、碱性污染等一系列生态环境问题,严重制约了煤化工行业的绿色低碳转型和资源可持续发展。近年来,随着“双碳”目标的推进,CGS的资源属性逐渐被重视,其潜在的火山灰活性、丰富的残余碳含量、较高的比表面积以及部分玻璃相结构赋予了其巨大的应用潜力。国内外相关研究表明,通过合适的激发手段和配比优化,CGS可部分或全部替代水泥、作为混凝土掺合料、胶凝材料、制砖原料等,实现其在建筑建材领域的资源化利用。然而,现阶段CGS的利用仍存在路径分散、机理不清、理论体系不健全等问题,制约其进一步推广应用。系统梳理了CGS的产生机理与分类方式,可分为煤气化粗渣(CGCS)和煤气化细渣(CGFS)2类,并通过对CGCS与CGFS在化学组成、矿物相构成、微观形貌、颗粒粒径分布及比表面积等方面的对比分析,揭示了其在原始性能上的异同及资源化潜能差异,评估了对环境影响的风险。同时,总结了CGS在建材领域的典型应用模式,包括其在低碳胶凝材料、混凝土掺合料、建筑墙体材料、绿色再生骨料等方面的工程实践与试验研究成果,证实了其在绿色可持续建筑材料中的应用潜力,并分析了其在活性激发、残碳去除、界面相容性、长期耐久性等方面存在的技术瓶颈。明确了CGS在不同利用场景下的适用性,例如,CGCS较低的碳含量更适用于胶凝材料或砖体材料的制备。此外,结合当前的研究热点与政策导向,展望了CGS资源化利用的未来发展方向,重点提出通过多源协同激发、全固废耦合利用、功能材料制备、性能调控机制构建及生命周期评价等手段,推动其向高性能、低碳化、工程化方向发展。 展开更多
关键词 煤气化渣 工业副产物 理化特性 建筑材料 资源化利用
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脱硫灰-电石渣复掺对矿渣基胶凝材料水化作用的影响
2
作者 顾晓薇 李夏青 +3 位作者 赵昀奇 刘剑平 胡智航 胡子扬 《金属矿山》 北大核心 2025年第2期240-246,共7页
固废激发剂协同水化后可以为胶凝体系提供碱性环境,促进固体废物的资源化利用。利用脱硫灰与电石渣复掺激发矿渣的火山灰活性,制备了一种全固废胶凝材料,并通过XRD、TG、FTIR和SEM等手段研究了复掺激发剂的掺量和比例对矿渣基胶凝材料... 固废激发剂协同水化后可以为胶凝体系提供碱性环境,促进固体废物的资源化利用。利用脱硫灰与电石渣复掺激发矿渣的火山灰活性,制备了一种全固废胶凝材料,并通过XRD、TG、FTIR和SEM等手段研究了复掺激发剂的掺量和比例对矿渣基胶凝材料净浆试件抗压强度、水化作用和微观结构的影响。结果表明,在激发剂掺量20%、电石渣与脱硫灰质量比1∶4的条件下,净浆试件的28 d抗压强度可达45.8 MPa。微观分析表明,固废激发剂促进了矿渣中玻璃态的溶解,促进了硅、氧等网络结构的解聚,提高了矿渣的活性;净浆试件的主要水化产物为C-S-H和AFt;抗压强度最高的G8CD4的C-S-H最多,净浆试件的微观结构最致密;脱硫灰的掺量对净浆试件水化产物的类型存在较大影响,当脱硫灰掺量较小时,其所含的SO3与C-S-H反应生成的少量AFt填充了孔隙,使水化产物结构更为密实,而过量脱硫灰的掺入使得大量针状AFt在C-S-H凝胶周围形成密集裂隙,导致微观结构劣化。研究结果可为电石渣与脱硫灰复合固废激发剂体系的应用提供参考。 展开更多
关键词 全固废胶凝材料 脱硫灰 电石渣 抗压强度 微观结构
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石灰-硫酸钠复合激发矿渣-粉煤灰胶凝体系水化特征
3
作者 王营 顾晓薇 +1 位作者 胥孝川 王青 《东北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期87-96,共10页
为解决碱激发矿渣-粉煤灰胶凝体系中使用氢氧化钠等强碱激发剂导致的凝结时间快、安全性差等问题,将石灰与硫酸钠以物质的量之比1∶1组成复合激发剂对矿渣-粉煤灰胶凝体系进行激发,分析激发剂掺量、粉煤灰掺量对该体系性能的影响,并采用... 为解决碱激发矿渣-粉煤灰胶凝体系中使用氢氧化钠等强碱激发剂导致的凝结时间快、安全性差等问题,将石灰与硫酸钠以物质的量之比1∶1组成复合激发剂对矿渣-粉煤灰胶凝体系进行激发,分析激发剂掺量、粉煤灰掺量对该体系性能的影响,并采用XRD等检测手段探究胶凝体系的水化产物以及水化过程.研究结果表明:石灰-硫酸钠组成的复合激发剂可替代氢氧化钠对矿渣-粉煤灰胶凝体系进行激发,该体系的流动性能和凝结时间可控,胶凝体系中复合激发剂最佳掺量为10%,当粉煤灰掺量在50%以内时,胶凝体系28d抗压强度均在36MPa以上;石灰-硫酸钠复合激发剂能有效破坏粉煤灰外壳,促使粉煤灰参与水化反应,提高胶凝体系的后期抗压强度;C-(A)-S-H凝胶、钙矾石胶结不同反应程度和粒径的矿渣、粉煤灰形成致密的基体结构,为胶凝体系提供主要抗压强度.本研究可为新型低碳胶凝材料的制备提供参考. 展开更多
关键词 石灰-硫酸钠 矿渣-粉煤灰胶凝体系 抗压强度 水化特征
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基于实测光谱和国产高分五号高光谱卫星的铁尾矿表层含水率遥感反演方法研究 被引量：4
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作者 曹粤 包妮沙 +3 位作者 周斌 顾晓薇 刘善军 虞茉莉 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1225-1233,共9页
尾矿库作为高势能的人造泥石流危险源,在尾砂含水量过高时有溃坝风险,低含水量状态下产生扬尘则会危害周围环境。尾砂含水量实时、动态监测对于尾矿库安全状况及矿区环境保护具有重要意义。相比传统采样化验手段,高光谱遥感拥有观测面... 尾矿库作为高势能的人造泥石流危险源,在尾砂含水量过高时有溃坝风险,低含水量状态下产生扬尘则会危害周围环境。尾砂含水量实时、动态监测对于尾矿库安全状况及矿区环境保护具有重要意义。相比传统采样化验手段,高光谱遥感拥有观测面积大、数据实时易获取、光谱信息丰富的特点,为快速、高精度尾矿水分监测提供了手段。以鞍山-本溪铁矿群中的高硅型铁尾矿为研究区,实地采集尾砂样品77个,利用可见光-近红外(350~2500 nm)光谱仪获取其光谱数据,分析不同含水率尾砂光谱特征及机理;引入竞争性自适应加权重采样法(CARS)筛选水分敏感波段,并基于敏感波段建立三维波段光谱指数(TBI),结合随机森林(RF)、粒子群优化的极限学习机(PSO-ELM)及卷积神经网络(CNN)算法建立尾砂水分反演模型,以国产高分五号高光谱卫星为数据源进行模型应用,获取尾矿库表层含水时空分布特征。结果表明:(1)尾砂光谱反射率随含水率升高明显下降,在1455和1930 nm处出现O—H吸收特征,吸收深度随含水率减小而逐渐减小;(2)基于CARS方法能够对高光谱数据(305波段)有效降维,筛选出18个水分敏感波段,进一步利用敏感波段构建不同形式的尾砂含水率TBI指数集,其中三维差值指数TBI5=(R1097.47-R1990.67)-(R1990.67-R437.39),与水分含量相关性最高,达到0.84;(3)对比RF,PSO-ELM及CNN方法以及不同形式的输入数据,基于尾砂含水率TBI指数联合反射率数据集作为输入数据进行CNN建模,室内光谱模型达到验证精度R2=0.92,相对分析误差RPD=3.43,基于该模型利用高分五号卫星数据反演可获取研究区尾砂含水率空间分布结果,实地验证R2达到0.79,相对分析误差RPD=2.20,获得较好的预测效果。可为基于高光谱技术的铁尾矿水分含量大面积实时快速监测提供参考。 展开更多
关键词 可见光-近红外光谱 三维光谱指数 国产高分五号卫星 铁尾矿 尾砂含水率
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石灰基矿渣-钢渣复合胶凝材料性能及水化机理 被引量：1
5
作者 王营 顾晓薇 +1 位作者 王青 胥孝川 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1459-1468,共10页
为分析石灰基矿渣-钢渣复合胶凝材料的性能及水化机理,对不同质量分数的钢渣、石灰复合胶凝材料的力学性能和工作性能进行讨论,并通过XRD等检测手段探究复合胶凝材料的水化产物、化学结构以及微观形貌.研究结果表明:石灰基矿渣-钢渣复... 为分析石灰基矿渣-钢渣复合胶凝材料的性能及水化机理,对不同质量分数的钢渣、石灰复合胶凝材料的力学性能和工作性能进行讨论,并通过XRD等检测手段探究复合胶凝材料的水化产物、化学结构以及微观形貌.研究结果表明:石灰基矿渣-钢渣复合胶凝材料中钢渣最佳质量分数为30%,养护28 d抗压强度达到32.3 MPa;复合胶凝材料水化产物主要为C-(A)-S-H凝胶、水化碳铝酸钙、Ca(OH)2、方解石,其中C-(A)-S-H凝胶相互交错搭接为复合胶凝材料提供主要抗压强度;石灰基矿渣-钢渣复合胶凝材料中钢渣质量分数在20%~30%时不会对胶凝材料中C-(A)-S-H凝胶生成量产生较大影响且可以促进矿渣水化;适量钢渣具有充填效应使复合胶凝材料中微裂缝减少,基体更加致密,提高复合胶凝材料的力学性能. 展开更多
关键词 石灰 矿渣-钢渣复合胶凝材料 力学性能 工作性能 水化机理
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复合激发剂作用下矿渣-钢渣胶凝体系的宏微观特性
6
作者 顾晓薇 王营 +3 位作者 孙殿兴 孙瑞珩 刘剑平 王青 《煤炭科学技术》 2025年第8期375-386,共12页
普通硅酸盐水泥是尾砂胶结充填中使用最为广泛的胶凝材料,然而普通硅酸盐水泥生产会造成严重的环境污染。碱激发矿渣-钢渣胶凝体系具有良好的力学性能和工作性能,是普通硅酸盐水泥的潜在替代品之一。为明确矿渣-钢渣胶凝体系在复合激发... 普通硅酸盐水泥是尾砂胶结充填中使用最为广泛的胶凝材料,然而普通硅酸盐水泥生产会造成严重的环境污染。碱激发矿渣-钢渣胶凝体系具有良好的力学性能和工作性能,是普通硅酸盐水泥的潜在替代品之一。为明确矿渣-钢渣胶凝体系在复合激发剂作用下的宏微观特性,采用石灰-碳酸钠作为复合激发剂对矿渣-钢渣胶凝体系进行活化,制备低碳环保的矿渣-钢渣碱激发胶凝材料,讨论复合激发剂掺量、钢渣掺量对胶凝体系凝结时间和抗压强度的影响。并通过XRD、FTIR、SEM等检测手段表征石灰-碳酸钠复合激发剂作用下矿渣-钢渣胶凝体系的水化特征与微观结构。结果表明:石灰-碳酸钠复合激发矿渣-钢渣胶凝体系凝结时间在255min以内,并未受到钢渣掺量的显著影响,胶凝体系3、28d抗压强度分别达到23.0、30.4MPa。钢渣掺量未影响胶凝体系水化产物种类,胶凝体系水化产物主要为C-(A)-S-H凝胶、水滑石和方解石。钢渣掺量增加会减缓胶凝体系的水化放热速率,降低胶凝体系的水化放热并促进胶凝体系的后期水化,提升基体中无害孔比例,掺量在20%时胶凝体系中C-(A)-S-H凝胶生成量最高。然而,钢渣掺量超过40%时,胶凝体系中C-(A)-S-H凝胶随钢渣掺量增加持续减少,胶凝体系基体出现微裂缝,抗压强度降低。研究可为新型低碳胶凝材料的制备以及钢渣的资源化利用提供参考。 展开更多
关键词 矿渣-钢渣胶凝体系 复合激发剂 工作性能 力学性能 水化特征 微观结构
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