多源固废基固碳矿用材料制备及多场景利用关键技术
刘浪1
夏磊1
王双明2
方治余1
朱梦博1
何伟1
高宇恒1
1.西安科技大学能源与矿业学院,陕西西安 7100542.西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院,陕西西安 710054;西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 710054
摘要：冶金工业生产与煤炭资源开发过程中产生了大量难以有效利用的固废,并伴随地表沉陷、固废堆存及高碳排放等一系列问题.为实现"煤矿减损化开采-固废功能化利用-CO2低碳化处置"目标,创新性地提出了CO2矿化多源固废制备固碳矿用材料及多场景利用关键技术.以改性镁-煤基固废(包括改性镁渣、粉煤灰、煤矸石)为例,采用直接矿化法在地面将其矿化制备固碳矿用材料,以适应矿山多场景的应用需求.系统分析了固废直接矿化的工艺及其关键影响因素,制备了改性镁-煤基固废固碳矿用材料,研究了不同液固比条件下改性镁-煤基固废固碳矿用材料的基础性能(流动性能、强度性能、固碳能力)及其固碳机制.结果表明:液固比大于0.23时材料满足充填流动性能要求,且28 d抗压强度最高可达6.18 MPa;直接矿化搅拌10 min的矿化效率达到50.7％.针对多源固废基固碳矿用材料的多场景利用问题,提出了包括"固碳矿用预制件、固碳膏体充填开采、固碳矿用材料用于采空区治理、固碳充填材料用于矿井降温"在内的多场景利用关键技术.基于固碳矿用预制件,提出了高强低渗储库墙构筑技术及巷道掘进底板铺设一体化技术装备;在矿井膏体充填开采的基础上,创新性地提出了房柱式采煤固碳充填煤柱回收技术及冶金-煤基固废固碳充填材料的高效制备与充填应用一体化装备.此外,在采空区治理的应用方面,还需研究CO2在固废材料中的吸附-扩散机理、注浆材料与环境的多场耦合机制及CO2高效吸收搅拌反应装置,建立"采空区危险源监测-固废矿化注浆材料治理-注浆效果评价"等应用体系.研究为大宗冶金-煤基固废的合理处置和CO2的高效封存提供了有益参考,对于推动"双碳"目标的实现及煤矿区由"零碳"向"负碳"的转型发展具有重要意义.
关键词：固废处置二氧化碳封存多场景利用矿用预制件固碳充填
分类号：TD801(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52222404)国家自然科学基金(52074212)陕西省重点研发计划-两链融合重点专项资助项目(2023-LL-QY-07)
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：20( 1203-1222 )
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