CO2矿化煤基固废制备保水开采负碳充填材料试验研究

摘要：

煤炭资源开发利用过程中会产生大量的CO2以及粉煤灰等煤基固废,在"双碳"目标下,如能采用CO2矿化煤基固废制备充填材料,并将其充填在采空区里控制岩层移动,将会"变废为宝",推动保水开采等绿色低碳技术发展.针对矿井充填现场难以满足CO2矿化所需高温高压高钙("三高")条件的问题,探索在常温常压条件下,采用常规低钙粉煤灰("三常")研制CO2矿化煤基固废负碳充填材料(Negative Carbon Filling Material,NCFM).在NCFM反应过程中,原材料首先发生水化反应生成C—S—H凝胶、Ca(OH)2和CaCO3,再与CO2反应后生成SiO2硅胶.在此过程中,碱性激发剂加速C—S—H凝胶和硅胶的生成,使NCFM具有快速早强特征.随着NCFM进一步水化反应,碱性激发剂会促进火山灰反应的发生,进而促使更多水化产物的生成,有利NCFM长期强度的提高.在采用坍落度测试、凝结时间测试、单轴抗压强度(UCS)测试、X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)-X射线能谱仪(EDS)分析,以及热重分析(TGA)测试的基础上,研究了 NCFM的力学性能和微观组织,阐明了 NCFM的早期与长期强化机制.80％粉煤灰掺量的NCFM试样的UCS最大,3 d达2.70 MPa,28 d达5.12 MPa.1 g NCFM的最大CO2吸收量为1.39 mg.NCFM的研制提供了保水开采负碳充填材料,可推进形成CO2资源化利用、固废规模化处置、采空区再利用,以及保水开采等煤炭资源绿色化开采的协同技术途径,促进实现"碳炭置换",助力加快能源资源领域"双碳"战略目标实现.

关键词：CO2矿化、煤基固废、常温常压、负碳充填材料、保水开采

所属期刊栏目：47

分类号：TD823.7(矿山开采)

资助基金：高等学校学科创新引智计划资助项目;国家自然科学基金;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目

在线出版日期：2023-03-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：4228-4236