煤炭科学技术

作者：李建民, 张嘉勇, 郭立稳,

关键词：胶凝材料, 微观孔隙结构, 低温氮气吸附试验, FHH分形模型, 吸附−固化,

煤炭长期占据我国能源消费结构的主体地位，因煤炭洗选加工及巷道开拓活动，矿井水中重金属污染问题日益严峻。胶凝材料在治理重金属矿井水方面具有显著优势，其孔隙结构特征及分形特性对吸附性能起着关键作用。为了研究胶凝材料孔隙结构及孔隙分形特征对重金属离子的吸附影响，以矿渣和电石渣制备固废胶凝材料（GCCM），通过XRD、SEM、低温N2吸附/脱附、Cr6+吸附等试验方法和FHH分形模型，开展GCCM水化产物演变、孔隙分形特征及Cr6+吸附性能研究。结果表明：GCCM水化产物以C−(A)−S−H凝胶为主，当n(CaO)/n(SiO2+Al2O3)为0.635时，凝胶网络致密。低温氮气吸附/脱附曲线属IV型并呈现H2型滞后环，以介孔（2～50 nm）为主；GCCM孔隙结构特征存在明显的分形行为，孔隙内部分形维数D2大于孔隙表面分形维数D1，反映C−(A)−S−H凝胶水化产物主导的多级孔隙结构及材料非均质性导致内部空间复杂性更高。分形维数D与抗压强度、比表面积和孔体积正相关，与平均孔径和n(CaO)/n(SiO2+Al2O3)负相关；GCCM对Cr6+的吸附过程符合Langmuir单分子层吸附，D与Cr6+最大吸附量（Qmax）正相关，D1对Qmax的影响更显著（R2=0.964），GCCM表面孔隙为重金属的吸附提供了直接接触位点。GCCM的重金属离子浸出浓度满足GB 8978—1996《污水综合排放标准》中Ⅲ类水和GB 20426—2006《煤炭工业污染物排放标准》等多项限值要求。研究为固废基胶凝材料在矿井水重金属治理中的应用提供了分形理论支撑与配比优化依据。

来源：2025年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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