六盘水矿区煤矸石理化特性及热活化研究

本研究采用XRF、XRD、IR、SEM及EDS等方法,对六盘水地区煤矸石原粉进行了理化特性分析.采用热活化工艺对煤矸石原粉进行活化,分析热活化煤矸石矿物组成的变化.实验结果表明,六盘水矿区的煤矸石具有高硅、高铁的特点.煤矸石经800℃,保温4h活化后,其矿物组成高岭石晶体结构被破坏,生成变高岭石和无定形SiO2和Al2O3.     

不同激发剂对煤矸石基免烧砖性能的影响

以六盘水矿区煤矸石为主要原料制备煤矸石基免烧砖.为进一步提高免烧砖的强度,研究了不同激发剂( CaO 、CaO-Na SO4、CaO-CaCl2)对免烧砖性能的影响.研究结果表明,煤矸石基免烧砖强度在激发剂CaO-Na2 SO4的激发作用下有显著提高,最佳掺量为8％ CaO、2％ NaSO4.免烧砖各项性能满足JC/T422-91 (96)《非烧结普通粘土砖》MU15标准要求.这为六盘水煤矸石的开发利用提供了一种技术途径.     

煤矸石胶凝材料的试验研究

采用煤矸石活化料、矿渣和熟料作为主要原料,外掺复合激发剂来制备煤矸石胶凝材料。研究了煤矸石活化料掺量、石膏掺量以及激发剂对煤矸石胶凝材料性能的影响;并借助XRD和SEM分析了其水化机理。试验结果表明:煤矸石活化料掺量为60%时,煤矸石充填胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到了15.2 MPa、22.8 MPa和35.5 MPa;石膏掺量为4%时,煤矸石充填胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到了15.7 MPa、24.4 MPa和37.8 MPa;复合激发剂最佳掺量为5%,煤矸石充填胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到了27.5 MPa、35.4 MPa和55.4 MPa。     

优化煅烧煤矸石胶凝性能的研究

本研究探讨了煤矸石胶凝性能的影响因素，比较了本研究制备得到的煤矸石与矿渣的胶凝性能，并以两种不同的工艺开展了煤矸石制备性能调节型辅助胶凝组分的半工业性试验。研究结果表明，掺有活性组分的煅烧煤矸石的胶凝性能有显著提高；实验室制备的煤矸石与硅酸盐水泥复合后的早期强度要高于矿渣与硅酸盐水泥复合样品的，但是28天强度却低于后者；运用水泥工业中试用回转窑制备的煤矸石与硅酸盐水泥复合后。获得了较好的胶凝性能。     

活化煤矸石在水泥基材料中的早期水化动力学研究

采用活化煤矸石(CCG)部分取代波特兰水泥的方式,对比研究了CCG对CCG-水泥复合胶凝材料的凝结时间、力学性能和水化热反应等的影响.利用水化热法研究了CCG-水泥复合胶凝体系的水化特性;并基于Krstulovic-Dabic模型,分析了CCG-水泥复合胶凝体系的水化反应机理.试验结果表明,活化煤矸石取代硅酸盐水泥熟料的最佳掺量为30％,此掺量下,能保证良好的力学性能与工作性能;CCG对CCG-水泥复合胶凝材料的早期水化无明显影响,后期活化煤矸石中的铝相、硅相会与氢氧化钙反应发生火山灰效应;活化煤矸石能增大水泥水化结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(Ⅰ)过程的反应程度并降低扩散(D)阶段的反应程度;同时能降低NG、I过程的反应速率,并在不高于30％的掺量下,对D过程的反应速率有一定的增强作用.     

复合胶凝体系对砂浆性能的影响

选用3种低钙类辅助胶凝材料粉煤灰、活化煤矸石和烧粘土分别与高钙类辅助胶凝材料矿渣复合掺入到水泥砂浆中,形成水泥-低钙类-矿渣复合胶凝体系。研究结果表明:利用复合胶凝材料优化配伍可以改善砂浆的工作性能,但大部分砂浆试样的保水率仍达不到国家标准要求。就砂浆力学强度而言,在水泥-粉煤灰-矿渣胶凝体系中,粉煤灰占辅助胶凝材料总量40%~60%较为适宜;辅助胶凝材料以粉煤灰为主时,辅助胶凝材料替代水泥量宜控制在40%以下;在水泥-活化煤矸石-矿渣胶凝体系中,活化煤矸石占辅助胶凝材料总量20%~40%较为适宜;辅助胶凝材料以活化煤矸石为主时,辅助胶凝材料替代水泥量宜控制在40%以下;在水泥-烧粘土-矿渣胶凝体系中,辅助胶凝材料以烧粘土为主时,辅助胶凝材料替代水泥量宜控制在20%以下。     

劣质煤矸石制备免烧砖

以六盘水矿区劣质的高铁高砂煤矸石为主要原料,掺入适量矿渣等固体废弃物和激发剂,经过加压成型后,在120℃下,采用蒸汽养护方式制成煤矸石免烧砖.研究了矿渣细度、物料含水量以及激发剂掺量对免烧砖抗压强度的影响.结果表明:固体废弃物利用率达到80％以上,制品各项性能指标符合JC/T422-91 (96)《非烧结普通粘土砖》MU15标准的规定.     

用质量系数评定煤矸石的辅助胶凝性能的研究

对原状煤矸石进行了XRD定性分析,结果表明煤矸石的矿物组成以高岭土类粘土矿物和石英为主,含有少量的长石、方解石、菱铁矿、白云石等矿物.引入质量系数法评定原状煤矸石经热活化后辅助胶凝性能的大小.原状煤矸石的质量系数与该煤矸石经热活化后辅助胶凝性能有一定的相关性,质量系数越大.表明该煤矸石经热活化后辅助胶凝性能就越好.原状煤矸石与热活化煤矸石细粉的SEM照片表明原状煤矸石结构比较致密,热活化后煤矸石结构呈疏松状态,结构中已出现部分熔融状态,一些熔融物填充了煅烧过程中成分挥发后留下的空隙.     

热活化煤矸石粉对基体-骨料界面过渡区性能的影响

煤矸石是煤炭工业产生的固体废弃物，持续产生及长期堆存会对环境产生一定影响，亟需开展资源化利用研究。以贵州黔西市煤矸石为研究对象，以粗粒级煤矸石为骨料，热活化后细粒级煤矸石为矿物掺合料，采用微机控制抗压抗折试验机、显微硬度仪、扫描电子显微镜研究热活化煤矸石粉对基体-骨料界面过渡区性能的影响。结果表明：随着热活化煤矸石粉掺量的增加，胶砂试块的抗折强度和抗压强度均先升高后降低，质量分数为2.5%的热活化煤矸石粉对胶砂试块力学性能具有提升作用，能够减小界面过渡区宽度，提高界面过渡区显微硬度，同时密实界面结构；随着热活化煤矸石粉掺量进一步增加，界面过渡区宽度反而增大，微孔数量和尺寸也增加，部分胶凝物质呈团状附着在煤矸石骨料表面，进而对胶砂力学性能产生不利影响。     

煤矸石制备水泥辅助胶凝材料的应用研究

煤矸石制备水泥辅助胶凝材料的应用研究对水泥行业的节能减排与大宗固废的高值利用均具有重要意义。本文以河北某地不同矿区的6种煤矸石为原料,采用XRD,热重等方法分析判断其化学成分和矿物组成,通过静态煅烧实验研究了其煅烧活化条件,并通过胶砂实验测定其胶凝活性。结果表明,煅烧温度和时间会影响产品的胶凝活性,不同矿物组成的样品需要的煅烧条件不同,所测样品其3 d早期强度相较于基准水泥有所下降,但28 d活性指数增长明显,除#4矿区外均达到了制备辅助胶凝材料的要求。     

萍乡废弃煤矸石理化特性及热活化性能研究

为研究不同种类煤矸石的理化特性及煅烧温度对其活化程度的影响,以萍乡废弃煤矸石不同矿区样A、样B、样C为研究对象,开展了XRD测试、物理性能试验、高温试验及力学性能试验,从理化特征、力学特征、表观特征等方面对煤矸石进行了基本性能及热活化性能分析。结果表明:不同种类煤矸石的理化特性不同,活性物质含量高的煤矸石活性较高;与样A相比,样B、样C更适合做填料,且样C具有更高的孔隙率、吸水性和抵抗风化破裂的能力。不同种类煤矸石的最佳煅烧温度略有差距,但都在800 ℃左右,未煅烧或未达到最佳煅烧温度的煤矸石活性较低,所制试件胶结较差,强度不高;最佳温度煅烧的煤矸石活性最高,所制试件胶结最好,强度最高。     

贵州六盘水煤矸石的矿物特性

对贵州六盘水地区煤矸石的矿物特性进行了研究. 结果表明,以煤巷矸和岩巷矸混合矸为主的煤矸石固定碳含量和热值均较低,不适宜直接用于动力燃料发电,而富铝、高铁、高钙是其重要特征,SiO2, Al2O3和Fe2O3含量之和达70%~80%,所含V, Co, Ni, Cr, Ge的富集度高,均具有回收利用价值. 矿物组成以石英和高岭石为主,其次为菱铁矿、黄铁矿、蒙脱石、斜长石、伊利石、白云石、方解石、锐钛矿等;粉末状煤矸石由大小不一的不规则颗粒组成,粒径多为1~3 mm,部分粒径为0.2~1 mm;石英、菱铁矿、黄铁矿等晶体矿物多呈致密块状,结晶完整;高岭石、蒙脱石、伊利石等多呈片状、疏松团块状,结晶较石英差;而含碳有机质多呈片状,呈无定型.     

红砖法综合利用铬渣除毒效果研究

以页岩、煤矸石为主材料的红砖法治理铬渣技术，是一条投资小、消渣量大的综合利用铬渣途径，其除毒效果主要受窑温、体系酸碱性、含煤量及助剂的影响。研究指出，在铬渣掺量达２０％，煤矸石掺量１０％时，铬渣砖整砖检测解毒彻底，除毒效果相当稳定；表面（１ｍｍ）层检测表明：水溶性Ｃｒ６＋浸出浓度为１．１６ｍｇ．Ｌ－１，经长达５年大气、日晒条件下的跟踪检测，仍能达到ＧＢ５０８６－８５标准。     

冻融作用下活化煤矸石粉混凝土损伤劣化规律

为促进寒冷地区煤矸石在混凝土中的应用,通过机械-微波方式对煤矸石进行复合活化,从表观形貌、质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度和劈裂抗拉强度等方面对煤矸石粉混凝土的损伤劣化规律进行了研究,并使用扫描电子显微镜、核磁共振波谱仪和X射线衍射仪等研究了活化煤矸石粉对混凝土抗冻性能的改性机理。结果表明:20%(质量分数)掺量下活化煤矸石粉对混凝土抗冻性能改善效果最好,且经300次冻融循环后,质量损失率和相对动弹性模量分别为2.32%和91.32%,抗压强度和劈裂抗拉强度分别下降了16.40%和26.12%;活化煤矸石粉能填充、细化孔隙,且其二次水化能消耗水泥水化产物Ca(OH)₂,产生C-S-H和C-A-S-H,提升水泥石密实程度,改善孔结构,使大孔占比减少。     

煤矸石中氟的赋存特性及生态风险评价

为确定陕西韩城矿区和黄陵矿区煤矸石中氟的赋存特征及潜在生态风险,以韩城石炭-二叠纪煤矸石和黄陵侏罗纪煤矸石为研究对象,对两地煤矸石中6种形态的氟化物进行连续分级提取,使用分光光度计测定含量。结果表明:韩城矿区和黄陵矿区煤矸石中氟赋存形态以次生相(水溶态、离子交换态、无定形铁铝结合态、结晶铁铝结合态和有机结合态)为主,质量分数分别为92.19%(韩城)和87.76%(黄陵),各次生相形态氟中又以水溶态氟质量分数最高(分别为31.56%(韩城)和33.30%(黄陵));对煤矸石中各形态氟与煤矸石理化性质分别进行的相关性分析表明,pH值、交换性Ca和交换性Mg与水溶态氟在0.01水平下呈极显著正相关(r=0.837**,r=0.802**,r=0.727**),是影响煤矸石氟含量的主要因素;对韩城矿区和黄陵矿区煤矸石中氟污染进行潜在生态风险评价,考虑到不同赋存形态氟的生物有效性不同,对不同赋存形态氟含量实测值赋予不同的权重,计算出的生态风险指数表明,韩城矿区生态风险指数(ERb)呈东部高西部低,且S4(下峪口煤矿)点为高风险地区(ERb=2.4),黄陵矿区生态风险指数北部高南部低,Z1(黄陵二号矿,ERb=2.1)和Z6(集贤煤矿,ERb=2.26)为高风险区,整体风险等级低于韩城矿区。     

贵州典型煤矿区煤矸石灰化释汞研究

为弄清贵州煤矸石资源化利用(烧砖、发电)过程中汞的释放特征,对贵州水城、兴义、麦坪等地典型矿区煤矸石进行了灰化实验,测定了煤矸石在不同灰化温度下的烧失量以及汞含量,研究了煤矸石在灰化过程中汞的含量变化。结果表明:所有煤矸石烧失量在300℃～500℃时随温度的增加与温度呈正相关性,500℃以后烧失量的增长趋势平缓;水城、麦坪、兴义等地煤矸石可燃有机成分高达20%～40%,可作为能源适用于发电、烧砖等;煤矸石中的汞很容易灰化释放,400℃时煤矸石中的汞大部分都可以释放出来,500℃时的灰化产物中汞含量基本趋向零,汞挥发率达到95%左右。     

利用活化粉煤灰制备高掺量粉煤灰烧结砖

研究了分别经机械和化学活化后的粉煤灰对高掺量粉煤灰烧结砖性能和显微结构的影响。结果表明:用磨细粉煤灰代替原灰配料,可以改善烧结砖的力学性能,尤其是砖的抗压强度能显著提高。当用掺量质量分数为60%的磨细灰制砖时,烧结砖的抗压强度提高至原灰烧结砖的2倍,并且有更为致密的微结构。在粉煤灰砖中加入质量分数为2%的外加剂D进行化学活化后,可明显改善干坯强度,并提高烧结砖的抗压强度。     

高火山灰活性煅烧煤矸石添加量对水泥抗压强度的影响

为研究高火山灰活性下煤矸石添加量对水泥抗压强度影响,以龙岩翠屏山煤矿煤矸石为研究对象,分析了温度对煤矸石活性的影响以及煤矸石添加量对水泥强度的影响。结果表明:随着煅烧温度的增大,煤矸石烧失量在逐渐增大,烧失量与煅烧温度呈幂函数关系;随着煅烧温度的增大,煤矸石活性呈现先增大后减小的规律,煅烧煤矸石吸钙量与温度成二次多项式关系,推断实验煤矸石的煅烧最佳温度为750 ℃;随着煤矸石添加量的增加,水泥单轴抗压强度呈下降趋势,试件的抗压强度与煤矸石添加量成指数关系;随着龄期的增大,添加煤矸石的试件强度具有增长的趋势。研究结果对确定煤矸石添加量提供了理论依据,对指导煤矸石在凝胶材料中应用具有重要意义。     

煤系高岭岩制备偏高岭土实验研究

目前煤矸石已经成为中国乃至世界性的环保问题。通过对内蒙古包头市石拐矿区煤矸石进行调研、取样和试验研究,证明该煤矸石属于煤系高岭岩。利用石拐矿区煤矸石（煤系高岭岩）,经过磨细和800 ℃煅烧2 h,可以制备高活性的偏高岭土;将偏高岭土掺加到水泥胶砂中,可以提高胶砂的强度。煤矸石制备偏高岭土机理：石拐矿区煤矸石高硅富铝,而煅烧产生的游离二氧化硅和三氧化二铝成为其活性所在,采用先磨细后煅烧再粉磨的机械与热处理复合活化工艺,可以充分激发煤矸石煅烧制备偏高岭土的活性。