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。

为实现工业废料的二次利用，将电石渣部分替代粉煤灰掺入碱激发粉煤灰-矿渣(AAFS)中，制备碱激发粉煤灰-矿渣-电石渣复合凝胶材料(AAFSC)。本文考察了不同电石渣掺量下AAFSC的抗碳化性能，并通过压汞测试、热重分析、X射线衍射仪和扫描电子显微镜等分析材料的微观结构。结果表明：经快速碳化作用，AAFSC的孔隙结构会向有害孔发展，抗压强度明显衰减；AAFSC在碳化前中期的抗碳化性能优于AAFS，但随碳化龄期延长，这种优势逐渐减小甚至消失；试验推荐的电石渣掺量质量分数为6%，此时AAFSC在碳化前中期具备最佳抗碳化性能，且在碳化后期仍具有最大抗压强度39.92 MPa；随电石渣掺量增加，AAFSC中Ca(OH)2含量增加，这些Ca(OH)2在碳化过程中被消耗，生成了方解石、霰石等碳酸盐。

电石渣作为一种Ca(OH)2含量较高的工业副产品，可协同Na2CO3加速碱激发复合胶凝材料的水化过程。本文采用粉煤灰和矿粉作为复合胶凝材料的前驱体，探究不同电石渣(CCR)和Na2CO3质量比对复合胶凝材料的孔溶液pH值和力学性能影响。此外，通过水化热、X射线衍射、热重分析和扫描电子显微镜，探讨了CCR和Na2CO3协同激发作用对复合胶凝材料的水化过程和微观结构的影响。研究结果表明，随着CCR掺量的增加，复合胶凝材料的孔溶液pH值和力学性能均呈先增加后递减的趋势。当CCR和Na2CO3的掺量分别为6%和9%(质量分数)时，碱激发复合胶凝材料的3 d孔溶液pH值和28 d抗压强度分别达到最大值12.95和26.8 MPa。微观结构分析表明，在CCR和Na2CO3的协同激发作用下，碱激发复合材料能够生成更多的水化硅（铝）酸钙(C-(A)-S-H)凝胶，使得结构更加密实。

软土承载力低，工程特性较差，无法直接作为地基进行工程建设，此外我国工业废渣产量巨大，且利用率较低，为推动高质量发展要求，本文采用粉煤灰作为前驱体，电石渣、硫酸钠作为激发剂，研究软土的固化机理与微观结构发展。结果表明，最优配合比为粉煤灰掺量17.3%(质量分数，下同)、电石渣掺量7.3%、硫酸钠掺量5.0%。最优配合比下固化土7和28 d无侧限抗压强度分别为2 474.0和3 134.0 kPa，与预测强度相比误差较小，响应面法优化配比具备有效性和科学性。固化土7和28 d水稳系数分别为0.73和0.85，固化土具有较好的抗水侵蚀能力。28 d固化土水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)和钙矾石(AFt)，二者填充、包裹固化土内部孔隙，固化土微观结构逐渐密实，力学性能得到提高。

为了高附加值利用电石渣以及封存CO2，以电石渣为原料，使用多种添加剂，常压制备了球状球霰石。利用粉末X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪等考察了添加剂种类、反应温度、电石渣中杂质、反应体系对合成CaCO3中球霰石的影响。结果表明，甘氨酸和丝氨酸对诱导生成球霰石的效果显著，反应温度的增加不利于球霰石的生成，电石渣中的杂质Al2O3和SiO2可以诱导Ca(OH)2矿化CO2体系形成方解石。不同反应体系会影响所制备球霰石的晶体大小，电石渣-CO2体系制备的晶体尺寸最小。在15 ℃的电石渣-CO2反应体系中，通过添加甘氨酸可以制备单分散的表面有粗糙突起的球霰石型CaCO3。以上研究结果为利用电石渣等碱性工业废渣制备高附加值球霰石，同时安全有效封存大量CO2温室气体提供了一种简便方法。

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物,高碱含量限制了其利用。利用电石渣替代天然钙基材料进行赤泥脱碱,分析脱碱温度、电石渣掺量、液固比、反应时间四个因素对脱碱效果的影响,探究电石渣进行赤泥脱碱的反应机理。结果表明,随着温度升高、电石渣掺量增加、反应时间增加,赤泥脱碱效率升高;在温度为90 ℃、液固比为4∶1、反应时间为360 min、赤泥与电石渣的质量比为1∶1的反应条件下,脱碱效率达到81%,脱碱后赤泥中的Na2O含量不大于1%(质量分数),满足水泥原料的要求。电石渣进行赤泥脱碱反应符合内扩散未反应收缩核模型,提高反应温度与反应物的质量均可提高脱碱率。

以粉煤灰、矿渣、电石渣为前驱体, 采用氢氧化钠-水玻璃混合激发剂, 将两者混合制备地聚物。考察前驱体配比和激发剂参数对粉煤灰-矿渣-电石渣基地聚物抗压强度的影响, 通过压汞测试(MIP)和扫描电子显微镜(SEM)等对材料微观结构进行研究。结果表明: 地聚物抗压强度随电石渣取代粉煤灰量、液固比和激发剂模数的增加先增大后减小, 当电石渣取代矿渣量减少或激发剂浓度增加时, 抗压强度不断上升; 地聚物的总孔隙率和大孔占比总体与抗压强度呈负相关, 强度越高的地聚物微观结构越致密。试验得出的地聚物最优配比为粉煤灰、矿渣、电石渣质量比为32∶15∶3, 液固比为0.55, 激发剂浓度为30%(质量分数), 激发剂模数为1.2, 对应的28 d抗压强度为77.83 MPa。

为探究矿渣、粉煤灰及电石渣的资源化利用, 以电石渣作为碱激发剂, 研究了矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的水化产物组成及强度特征。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重-差示扫描热(TG-DSC)、扫描电子显微镜及能谱(SEM-EDS)等微观测试技术, 分析了复合胶凝材料的晶体结构、热化学性质以及微观形貌等特性, 研究了电石渣激发矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的作用机制。结果表明: 电石渣作为碱激发剂时能为矿渣-粉煤灰复合胶凝材料提供初始水化所需要的强碱环境, 驱动矿渣和粉煤灰发生水化反应。随着矿渣掺量的增加, 复合胶凝材料的强度发展呈先增加后减小的变化趋势, 在粉煤灰与矿渣掺量质量配比为4∶6、外掺电石渣质量分数为4%时, 复合材料浆体经4 d常温养护+32 h高温蒸汽养护后抗压强度达到25.9 MPa; 矿渣-粉煤灰复合胶凝体系中水化产物分布不均, 主要组成为水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙等凝胶。电石渣作为矿渣-粉煤灰体系的碱激发剂使用时效果良好。

碳酸钙有不同的晶体特征, 使其在各个领域发挥不同的作用, 对碳酸钙晶型、形貌和尺寸的控制是无机材料制备的研究热点。以电石渣为原料制备纳米碳酸钙能够实现变废为宝, 是含钙固废综合利用的研究方向之一。因此在电石渣制备纳米碳酸钙过程中同步实现晶型、形貌的调控, 能够将低附加值的电石渣固废转化为高附加值的纳米碳酸钙产品, 具有良好的环境效应和经济效益。本文总结了电石渣制备纳米碳酸钙的方法, 重点讨论了制备过程中晶型和形貌控制方面的研究进展。结果表明, 在碳酸钙晶体成核和生长的过程中, 控制工艺条件可以通过影响过饱和度进一步实现对晶型和形貌的调控, 且不同种类的添加剂作用机理也不尽相同。热力学、动力学作为控制结晶各过程平衡的基础, 可以用来解释各影响因素的作用机理。

钢渣和矿渣是常见的两种工业废渣，大量堆放且资源化利用困难。以钢渣粉和矿渣粉为基础材料，电石渣粉作为激发剂，可对淤泥质土进行固化处理。通过开展无侧限抗压强度试验，分析固化淤泥质土的强度特性和应力-应变关系，利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等微观测试，探索电石渣激发钢渣-矿渣固化淤泥质土的作用机理。结果表明，电石渣粉质量掺量为6%时，电石渣-钢渣-矿渣固化淤泥质土无侧限抗压强度最大，28 d固化淤泥质土强度与同龄期水泥土相当，且具有较好的延性。电石渣可以提供碱性环境和大量钙离子，有效激发钢渣和矿渣的水化活性，促进C-S-H凝胶的大量生成，同时促进离子交换和团粒化作用，使固化淤泥质土强度显著提高。