基于响应表面方法和多目标决策的基础上,混合比例和基于煤炭的固体废物回填物质的微观表征

科学领域:

• 材料科学与工程 材料科学与工程
• 地质技术工程 地质技术工程
• 废物管理和回收利用

背景情况:

• 地下填充利用基于煤炭的固体废物 (CSW),但其混合比例显著影响运输,支持性能和成本.
• 优化CSW的组成,包括脱硫石膏 (DG),炉底渣 (FBS) 和气化细渣 (GFS),对于有效的回填至关重要.
• 了解CSW回填物的物理和化学特性对于其成功的工程应用至关重要.

研究的目的:

• 通过响应表面方法-盒子Behnken设计 (RSM-BBD) 来确定多源CSW (DG,FBS,GFS) 的最佳混合比例,用于地下回填.
• 根据流动性,出血率,强度 (3天和7天),以及使用多目标决策 (MDM) 的准备成本来评估填充材料的性能.
• 为了研究优化填充材料的微观结构.

主要方法:

• 使用响应表面方法-盒子Behnken设计 (RSM-BBD) 来优化脱硫石膏 (DG),炉底渣 (FBS) 和气化细渣 (GFS) 的混合比例.
• 采用多目标决策 (MDM) 来根据流动性,出血率,强度和成本选择最佳的混合比例.
• 微结构分析使用热重力测量分析 (TGA),入孔径测量 (MIP),扫描电子显微镜与能量分散式X射线光谱学 (SEM-EDS) 和X射线衍射 (XRD) 进行.

主要成果:

• 煤炭水泥回填的最佳混合比例确定为煤炭 (CG):煤炭飞灰 (CFA):DG:FBS:GFS = 1:1.5:0.2:0.1:0.1,质量度为78%,普通波特兰水泥 (OPC) /煤炭水泥回填比率为7.5%.
• 热重力测量分析显示,由于水蒸发,体重持续下降. 微观结构分析显示,密集的,狭的毛孔连接性差.
• 填充材料的强度主要依赖于水泥水化,在CSW颗粒之间没有观察到显著的水化反应. 乙化石的形成涉及Al2O3被SiO2和CaSO4被CaCO3.3所取代.

结论:

• 多种来源的CSW的优化混合比例显著提高了填充材料的性能,并为地下应用提供了成本有效的解决方案.
• 微观结构分析为材料在热条件下的稳定性和行为提供了洞察力,突出了水化水泥在强度发展中的作用.
• 这项研究提供了有价值的数据和实用参考,用于工程应用地下填充利用各种煤炭固体废物.