超微纳米气泡特性及其对粉煤灰矿化反应强化机制
尹希文1
于秋鸽1
孙晓冬1
甘志超1
崔勇1
岳海荣2
王志会1
1.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 1000132.四川大学化学工程学院,四川 成都 610065
摘要：利用粉煤灰与烟气CO2 发生矿化反应制备矿井注浆充填材料不仅可解决煤基固废利用问题,还可降低燃煤电厂碳排放,是实现煤电企业绿色低碳发展的有效技术途径.针对粉煤灰矿化反应过程中反应效率低、CO2 转化利用率低的问题,利用榆林府谷电厂粉煤灰开展毫米曝气矿化反应试验,结合反应动力学分析对矿化反应过程进行阶段划分,识别了各阶段影响粉煤灰矿化反应效率的主要因素,提出超微纳米曝气提高粉煤灰矿化反应效率新思路.同时,采用纳米粒径追踪仪、Zeta电位仪定量表征了超微纳米气泡物化特性,开展了超微纳米曝气矿化反应试验,揭示了超微纳米气泡对粉煤灰矿化反应的强化机制.研究结果表明:①粉煤灰与CO2 发生矿化反应过程按降pH速率不同分为慢速(I)、快速(II)、慢速(III)三个阶段,第I阶段起主导作用的是CO2 气体在浆液中的扩散、溶解速率,第II、III阶段主要影响因素为粉煤灰中Ca2+、Mg2+浸出速率;②超微纳米气泡平均粒径D90=207.55 nm、D50=122.15 nm、D10=81.9 nm,在水中停留时间超 660 min,具有粒径小、浓度大、在水中停留时间长、比表面积大特点,可强化传质效率;③超微纳米气泡Zeta电位为-14.63～-18.05 mV,粉煤灰浆液Zeta电位为+3.34～+3.56 mV,2者相互吸附,可进一步强化传质效率;④相比毫米曝气,超微纳米曝气条件下粉煤灰矿化反应效率提高 38.78%,CO2 转化利用率提高67.60%.研究成果可指导矿化反应器研制与工艺流程设计,促进粉煤灰无害化、规模化、资源化利用,助力实现"双碳"战略目标.
关键词：粉煤灰超微纳米气泡矿化反应CO2转化利用率强化机制
分类号：TD823.7(矿山开采)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFB4102100)陕西省厅市联动重点资助项目(2022GD-TSLD-40)天地科技股份有限公司科技创新创业资金重点资助项目(2023-2-TD-ZD017)
论文发表日期：2025-06-30
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：12( 141-152 )
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