超声处理辅助粉煤灰浸出钙离子矿化CO2及其产物防灭火特性
史全林
秦波涛
孙永江
中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤矿灾害防控全国重点实验室,江苏徐州 221116
摘要：利用粉煤灰浆液矿化捕集CO2,并利用矿化浆液防控采空区煤自燃,能够实现减污降碳与灾害治理的双重效果.针对当前粉煤灰矿化CO2过程钙离子浸出速率慢、矿化量小等问题,提出利用超声波加速粉煤灰浸出钙离子、强化粉煤灰矿化CO2效能的思路,利用离子色谱仪研究低钙粉煤灰和高钙粉煤灰浆液中钙离子的浸出规律,采用低温N2吸附法和SEM-EDS技术分析超声波对粉煤灰颗粒结构的改变作用,借助CO2吸附与矿化反应实验系统测定超声波对粉煤灰矿化CO2的强化效果,探究超声波强化粉煤灰钙离子浸出的原理.试验结果表明:粉煤灰直接浸出Ca2+速率十分缓慢,直至30d达到浸出平衡;经过超声波强化处理后,30 min时Ca2+浓度即可达到静置状态30d时的浸出水平,表明超声波显著提高了粉煤灰Ca2+的浸出速率.此外,经过超声波强化处理后,低钙和高钙粉煤灰的比表面积分别增加了23.71％和184.71％,表明超声波的空化效应能够破坏粉煤灰颗粒之间的聚集和粘附,使得颗粒被细化、孔隙结构发育,促进了粉煤灰与水之间的Ca2+浸出等传质过程;矿化试验结果表明:低钙和高钙粉煤灰经超声波处理改性后,与未处理的原始粉煤灰相比矿化量分别增长了410％和22％,达到7.66 g/kg和82.02g/kg,表明超声波增强了粉煤灰对CO2的矿化效果.在此基础上,利用粉煤灰浆液矿化CO2产物防控采空区煤自燃,与原始粉煤灰处理煤样的放热量相比,矿化产物处理煤样的放热量分别降低3.32％和14.24％,表明矿化产物具有更优异的煤自燃抑制特性.
关键词：煤自燃粉煤灰矿化超声波强化
分类号：TD752.2(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52374247)江苏省科协青年科技人才托举工程资助项目(JSTJ-2023-XH002)
论文发表日期：2025-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 1034-1046 )
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