煤炭科学技术

作者：尹希文, 于秋鸽, 孙晓冬, 甘志超, 崔勇, 岳海荣, 王志会,

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,

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。

来源：2025年第6期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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