高校化学工程学报

2025, v.39(01) 157-166

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高炉粒化矿渣协同矿化封存CO2对充填体强度影响机制分析
Mechanism of CO2 sequestration effects on filler strength in synergistic mineralization of blast furnace slag

丁凡煜,孙伟,张盛友,张攀科,文瑶,蔡发雄,朱艾伦

摘要(Abstract):

钢铁生产过程中会产生大量的CO_2及高炉矿渣等固体废弃物,针对固废堆存及温室气体排放问题,利用矿渣矿化封存CO_2并充填至采空区,可有效控制岩层移动,减少地表塌陷。为了保证封存方法的可行性,文中在常温常压条件下,利用X射线衍射、电子显微镜?X射线光电子能谱和热重分析等方法,研究了矿渣基固废固碳充填材料(SCFM)的力学性能及微观结构和物相组成,并分析了SCFM的CO_2固化和强度强化机理。在制备SCFM过程中,硅酸盐水泥、熟石灰和矿渣粉先发生水化反应,水化产物(水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙)再与CO_2进行碳化反应生成硅胶(gel)和碳酸钙。结果表明,SCFM强度随硅酸盐水泥和熟石灰掺量的增加而提高,水泥和熟石灰掺量分别为20%和7%时的SCFM试样强度最大,3 d和28 d强度分别达到4.41 MPa和16.47 MPa。1 g SCFM的CO_2最大封存量为1.83 mg,与水泥和熟石灰掺量成正比,熟石灰为最大影响因素。SCFM提高了固废利用率和CO_2利用封存率,为实现“双碳”战略目标提供了一定的理论支持。

关键词(KeyWords): 碳中和;CO_2矿化;高炉粒化矿渣;固碳充填材料;微观形貌

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金(52474131,42467022)

作者(Author): 丁凡煜,孙伟,张盛友,张攀科,文瑶,蔡发雄,朱艾伦

参考文献(References):

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