粉煤灰直接湿法矿化封存CO2机制及关键影响因素优化研究
王胜涛1
唐佳旭2
杨宁1
王青祥3
王石林2
曹旭强1
张新泉1
宋小林2
马驰骋2
1.宁夏王洼煤业有限公司,宁夏 固原 7193002.中国矿业大学,江苏 徐州 2211163.中国矿业大学,江苏 徐州 221116;煤矿灾害防控全国重点实验室,江苏 徐州 221116;煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏 徐州 221116
摘要：为了提升粉煤灰的CO2 封存效率,促进粉煤灰在CO2 矿化封存与防灭火工程的资源化利用,对粉煤灰矿化反应条件及添加剂配比进行了优化研究.采用直接湿法矿化技术,构建了气-液-固三相反应体系,通过正交试验设计系统考察水灰比、反应时间、气体流量对矿化效率的影响,并通过极差分析与方差分析确定主次因素及最优参数组合,进而评估不同条件对矿化性能的影响程度及主次顺序;引入Na2CO3、NaCl、NaOH、NaHCO3 等添加剂(浓度 0.5 mol/L),通过单因素试验筛选最优配方;矿化产物的物相组成与微观形貌通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征,结合热重分析(TGA)定量评估CO2 封存量;灭火性能试验通过模拟煤堆自燃场景,监测温度及CO体积分数变化,验证材料的实际灭火效果.结果表明:矿化条件优化方面,水灰比 4∶1、反应时间 45 min、气体流量 150 mL/min时,CO2 封存量达 57.75 kg/t,显著优于其他组合;添加剂优选试验中,0.5 mol/L Na2CO3 效果最佳,其通过提高液相CO32-浓度并维持碱性环境,促进CaCO3 生成;而NaCl因增加CaCO3 溶解度抑制沉淀,NaOH因强碱性环境导致方解石晶粒尺寸减小,均降低矿化效率;XRD与SEM表征证实,矿化后粉煤灰中波特兰石(Ca(OH)2)与生石灰(CaO)衍射峰消失,方解石(CaCO3)峰显著增强;微观形貌显示,原样多孔结构表面附着致密球状CaCO3 颗粒,验证了CO2 矿化路径的可行性;粉煤灰基材料在灭火试验中通过覆盖层阻隔氧气、水分蒸发吸热及渗透降温协同作用,使得煤堆上、中、下部温度在 600 s内降至 120℃以下,CO体积分数在 180 s后稳定在 30×10-6 以下.
关键词：碳封存碳排放粉煤灰矿化封存正交试验添加剂优化防灭火
分类号：TD75+2.2(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52274244)中国科协青年托举人才工程资助项目(2023QNRC001)中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2024ZDPYYQ1006)
论文发表日期：2025-07-20
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：10( 47-56 )
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