采用物理发泡法以再生微粉和矿渣为主要原料，NaOH溶液为碱激发剂，制备了泡沫保温材料，通过测试泡沫的失活过程与浆体的流变特性，并结合硬化后试件的物理力学性能，探讨了碱激发剂掺量、CaCl2·6H2O掺量以及预制泡沫掺量对泡沫保温材料性能的影响，并借助图像分析法与X射线衍射分析了其微观结构及反应机理。结果表明：试样的抗压强度随碱激发剂掺量的增加先增大后减小，并在碱掺量为5%时达到最大值，但碱掺量对孔隙率与干密度的影响较小。CaCl2·6H2O的加入显著缩短了浆体的凝结时间，使得浆体与预制泡沫达到较好的匹配状态，可有效细化孔隙并提高试件的抗压强度与热惰性。改变泡沫掺量可有效调控材料的密度等级，随着泡沫掺量的增加，孔隙分布逐渐粗化，抗压强度及导热系数不断下降。矿渣与再生微粉的活性皆可被有效激发，两者可起到协调补充的作用，达到协同利用固废的效果。

研究了水泥-蔗渣灰(SCBA)-矿粉(BFS)三元胶凝材料组成对海砂砂浆中钢筋交流阻抗谱、开路电位和腐蚀电流密度的影响，同时测定了砂浆的氯离子含量、pH值和水化产物。结果表明：随着蔗渣灰掺量增加，钢筋的腐蚀速率和[Cl-]/[OH-]值增大。随着矿粉掺量的增加，钢筋的腐蚀速率明显减小，[Cl-]/[OH-]值在养护早期增大，28 d后略微减小。复掺15%蔗渣灰和15%矿粉时两者具有较好的协同作用，有效增大了保护层电阻和电荷转移电阻，提高了钝化膜的稳定性，使砂浆中的钢筋腐蚀速率相比参照组降低了31.86%，其钢筋的抗腐蚀能力最佳。

镁渣的资源化利用是一个迫切需要解决的问题。 以镁渣、 改性镁渣为主要胶凝材料, 通过复掺粉煤灰制备镁渣基胶结充填材料(UCGB)与改性镁渣基胶结充填材料(MCGB), 并对两种充填材料的流动特性、 力学性能、 微观结构和水化特性进行对比分析。 结果表明, 改性镁渣与粉煤灰的掺和比例为4/1时, 制备的MCGB试样具有优异的力学性能, 养护28 d龄期的单轴抗压强度高达4.213 MPa。 随养护龄期的增长, MCGB试样水化产生大量的C-S-H凝胶、 Ca(OH)2晶体、 丝状Ettringite等水化产物, 并与其他硅酸盐氧化物(［Fe, Mg, Al］2.5［Si, Al］2O5［OH］4)交织团聚在一起, 填充于试样内部的孔隙、 孔洞之中, 有助于提升MCGB试样的机械性能和耐久性。 相比于MCGB试样, UCGB试样的机械性能并不理想, 早期强度低, 水化仅产生极少量Ettringite和Ca(OH)2晶体, 形成疏松多孔的微观形貌结构。 此外, 通过红外光谱曲线分析可知, 改性镁渣原样位于997 cm-1附近出现了β-C2S的特征频率, 而镁渣原样位于820 cm-1附近出现了γ-C2S的特征辨识谱带, 结合X射线图谱分析得出, 镁渣改性后其矿物相主要转变为β-C2S, 而镁渣原样的矿物相主要为γ-C2S, 本身几乎没有水化活性, 不宜用作制备矿用胶凝材料。 因此, 该研究主旨在于制备以改性镁渣为主的新型矿用胶凝材料提供科学依据和指导。

氯气泄漏应立即对其进行应急处置, 同时日常也要加强对含氯尾气的及时回收和净化处理。 目前普遍采用具有发达多孔结构与丰富比表面积的活性炭吸附有害气体, 但是目前活性炭的生产普遍需要消耗木材、 竹子等自然资源, 导致成本高且不利于可持续发展。 因此采用生物质废弃材料制备活性炭, 同时利用冶金固体废弃物对活性炭进行改性处理, 以进一步降低生产、 环境成本与提高吸附性能, 已经成为活性炭生产领域研究的热点。 研究以特殊钢渣与废弃核桃壳为研究对象制备钢渣基生物质活性炭。 采用氯气专用P-C-T吸附装置测试吸收氯气的性能, 电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）、 X射线荧光光谱仪（XRF）、 激光粒度仪（LPSA）、 场发射扫描电子显微镜（SEM）分别测试其浸出重金属浓度、 化学成分、 粒径分布、 微观形貌, 从微观层面阐述特殊钢渣-废弃核桃壳制备钢渣基生物质活性炭机理。 结果表明特殊钢渣超微粉溶液中含有Cd、 Cu、 Pb、 Zn、 Ni、 Cr、 As等重金属, 其中Pb、 Ni、 Cr的浸出毒性含量高于《浸出毒性鉴别标准》（GB 5085.3—2007）中相关重金属的浸出毒性限值。 磷酸具有破坏结构特性、 无水乙醇具有促进分散特性, 有利于消除微粉颗粒间的引力, 提高废弃核桃壳超微粉与特殊钢渣超微粉的分散性。 特殊钢渣超微粉所含具有磁性的Fe2O3与具有催化性的CuO、 MnO形成协同作用, 有利于氯气在钢渣基生物质活性炭表面形成富集, 提高对氯气吸附能力。 钢渣基生物质活性炭对氯气的吸附能力随着吸附环境温度上升呈现先小幅降低后大幅降低的趋势, 过高的吸附环境温度会增强氯气分子的活跃性, 造成被钢渣基生物质活性炭吸附的氯气出现解析现象。 钢渣基生物质活性炭在活化处理与焙烧过程中废弃核桃壳超微粉形成的活性炭不仅包裹特殊钢渣超微粉, 而且将特殊钢渣超微粉所含重金属稳定固化于活性炭中。

以粒化高炉矿渣为主要材料, 在碱性电石渣激发作用下, 制备了一种矿渣-电石渣基地质聚合物。通过XRD、SEM、EDS、FTIR、TG-DSC等微观测试技术, 对矿渣-电石渣基地质聚合物的性能及作用机制进行了分析, 同时对地质聚合物进行了重金属浸出测试。结果表明: 当外掺电石渣质量分数为14%、水胶比为0.34时, 矿渣-电石渣基地质聚合物在4 d常温养护、32 h蒸汽养护环境下抗压强度达到31.8 MPa; 地质聚合物的水化产物主要为水化硅铝酸钙、水化碳铝酸钙和少量钙钒石晶体; 浸出液中重金属浓度均满足国家毒性控制标准, 说明了地质聚合物的安全性; 电石渣对矿渣碱激发作用效果良好。

中和渣(NS)是矿物开采和冶金处理过程中生成的以硫酸钙为主要成分的工业废渣, 中和渣大量堆积储存会给环境带来巨大威胁, 因此, 迫切需要探索一种回收利用中和渣的新技术。研究了不同粒化高炉矿渣掺量的中和渣基地质聚合物的力学性能, 并通过X射线衍射测试、反应热测试、压汞测试、傅里叶变换红外光谱测试和扫描电子显微镜测试等手段, 对中和渣基地质聚合物的物相组成、水化速率、孔结构及微观形貌进行了表征。结果表明: 在激发剂作用下, 中和渣与粒化高炉矿渣间地质聚合反应的主要产物为C(N)-A-S-H凝胶。粒化高炉矿渣的掺入可提高聚合反应速率, 生成更多的地质聚合物凝胶, 使得中和渣基地质聚合物微观结构更致密, 力学性能也更高。粒化高炉矿渣掺量为30%(质量分数)的中和渣基地质聚合物28 d抗压强度可达178 MPa。

基于生命周期评价方法研究了矿渣-硫铝酸盐水泥生产过程的环境影响, 采用敏感性分析方法探明了全球变暖潜值(global warming potential, GWP)及初级能源消耗(primary energy demand, PED)两种环境影响的主要来源, 并分析了矿渣-硫铝酸盐水泥相比硅酸盐水泥的碳减排效应。结果表明: 在矿渣-硫铝酸盐水泥的生产中, 熟料煅烧对GWP贡献最高, 原料开采对PED贡献最高; 敏感性分析显示石灰石用量与煅烧煤炭用量对GWP影响最大, 而煤炭与生产过程电力使用对PED影响最大; 与硅酸盐水泥相比, 矿渣-硫铝酸盐水泥的GWP显著降低, PED略微减少; 高矿渣掺量下矿渣-硫铝酸盐水泥力学性能的不足可能影响其应用前景。

本文针对煤气化渣(CGFS)资源化利用困难的问题, 以CGFS为原料, 采用碱熔活化-水浸-水热法合成4A分子筛。在水钠比(n(H2O)/n(Na2O), 摩尔比)为80、硅铝比(n(SiO2)/n(Al2O3), 摩尔比)为2的条件下, 探讨了反应时间、水热温度和前驱液老化对合成的4A分子筛物相结构和微观形貌的影响, 提出了活化CGFS-P1分子筛-4A分子筛快速高效的转晶合成机理, 并利用硫酸铜溶液模拟含重金属离子工业废水, 测试了制备的4A分子筛对Cu2+的吸附性。结果表明, 在100 ℃反应12 h条件下能够制备出尺寸均一且结晶良好的4A分子筛, 其对Cu2+的吸附主要发生在前10 min, 吸附率达69.7%, 90 min时的最大吸附率高达97.3%, 饱和吸附容量为196.4 mg/g, 制备的4A分子筛表现出良好的吸附性能, 为CGFS高值化利用提供了理论依据和试验基础。

通过改变矿粉、粉煤灰、偏高岭土的配合比, 用复配后的水玻璃进行碱激发, 制备三元地聚物, 测试了三元地聚物凝结时间以及抗折、抗压强度。利用XRD、SEM、EDS及DTG研究硬化浆体中水化产物的形貌和成分, 并对水化过程进行分析。结果表明, 该三元地聚物是由原材料在碱激发水化作用下生成的以水化硅酸钙(C-S-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)凝胶为主的复合胶凝材料。矿粉掺量越高, 新拌浆体凝结时间越短, 水化产物中钙系凝胶越多, 试件强度越高。矿粉含量为10%、30%、50%、70%、90%(质量分数)的5组试件3 d抗压强度分别为2.1、14.1、24.2、29.7、37.9 MPa。养护龄期越长, 反应越完全, 水化产物越多, 试件抗压强度越高。当矿粉含量为50%时, 三元地聚物1、3、7、28 d抗压强度分别为12.3、24.2、27.3、36.8 MPa。当矿粉含量为90%、养护龄期为28 d时, 试件抗折、抗压强度最高, 分别为12.0、52.0 MPa。该体系较短的凝结时间使其在道路修补材料及3D打印等领域有着较为广阔的应用前景。