孙 浩,马志斌,路广军,刘晋艳,廖洪强

(1.山西大学 资源与环境工程研究所,山西 太原 030006;2.山西大学 国家环境保护煤炭废弃物资源化高效利用技术重点实验室,山西 太原 030006;3.山西大学 电力与建筑学院,山西 太原 030006)

0 引 言

随着工业不断发展,硅酸盐水泥作为黏结剂在建筑行业应用广泛,世界各国对硅酸盐水泥的需求量越来越大。据统计,2020年我国硅酸盐水泥产量达23.95亿t[1]。每生产1 t水泥排放CO2约810 kg[2],水泥生产过程排放的CO2占全球CO2排放量的5%～8%,被评为世界第三大CO2排放源[3-4]。因此,开发替代硅酸盐水泥的新型胶凝材料对建材行业的绿色低碳发展意义重大。

地质聚合物(简称地聚物)被认为是最具潜力替代水泥基建材的新型材料之一,具有生产能耗和CO2排放量低、耐高温、耐腐蚀及力学强度高等优点[5-8]。地聚物最早是由法国材料学家DAVIDOVITS提出[9],是由硅铝质无机原料通过矿物聚缩而生成的一种由[AlO4]和[SiO4]四面体结构单元组成的三维网状结构的无机聚合物[10],化学式为Mn{(SiO2)zAlO2}n·wH2O。聚合过程主要通过硅铝质原料与碱发生化学反应生成具有胶结作用的无定形凝胶,凝胶脱水硬化后形成具有网络结构的地聚物,因此含硅铝原料和激发剂成为地质聚合过程的两大必要条件。地聚物原料来源广泛,包括偏高岭土、粉煤灰、硅灰、矿渣、稻壳灰和赤泥等。碱激发是利用粉煤灰合成地质聚合物常用方法,常用的碱激发剂有氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾及其混合溶液等[11]。

目前,燃煤火力发电仍是我国主要电力生产方式,煤炭燃烧过程中会排放大量粉煤灰,2024年我国粉煤灰年排放量预计达到9.25亿t[12],无法全部利用消纳,每年仍有大量粉煤灰堆存,严重威胁当地生态环境和人体健康。……