神东矿区煤矸石综合利用研究

针对煤矸石大量堆积占用大量土地且严重污染环境的问题,对神东矿区12个排矸场的煤矸石进行采样,在对煤矸石的化学成分、矿物组成、发热量等参数分析的基础上,对煤矸石进行分类综合利用。结果表明:神东矿区煤矸石化学成分以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主,其中SiO2含量大于50%的煤矸石适合开发硅系列化工产品;Al2O3与SiO2含量之和大于70%,且Al2O3含量达到20%的煤矸石,可生产高附加值化工产品;高岭石含量大于50%的煤矸石适合煅烧高岭土;发热量达到5 000 kJ/kg以上的煤矸石,可以掺加煤泥、分选中煤后用于煤矸石发电。     

程潮铁精矿降低Al2O3含量试验研究

由于程潮矿业公司成品球团Al2O3含量超标,影响了成品球团的销售。为了降低铁精矿Al2O3含量,在工艺矿物学分析的基础上进行了磨矿—弱磁选试验。结果表明,微细粒磁铁矿与含铝矿物连生体的存在是导致程潮铁精矿Al2O3含量超标的主要原因;适当提高磨矿细度和降低磁场强度均能降低铁精矿Al2O3含量,其中,磁场强度为105.89 kA/m,磨矿细度为-0.076 mm占80%时,精矿Al2O3含量为1.06%,铁回收率为97.27%;磁场强度为113.85 kA/m,磨矿细度为-0.076 mm占85%时,精矿Al2O3含量为1.02%,铁回收率为97.98%。     

煤矸石的活化及氧化铝提取

天然高岭石型煤矸石化学性质稳定,难以直接提取其中有用的Al2O3。实验对高温焙烧提高煤矸石反应活性及Al2O3的提取进行了研究。在680℃、焙烧45min后,Al2O3的提取率由7.24%提高到75.31%,煤矸石的反应活性显著提高。煤矸石焙烧活化后,在适当的酸浸条件下：HCl∶煤矸石5∶1（wt）、反应时间90min、酸浓度20 wt%,Al2O3的提取率为83.67%,达到较高的提取水平,表明煤矸石经过高温焙烧和适当的酸浸取处理,可以有效提取其中的Al2O3。     

酸浸法提取煤矸石中氧化铝的动力学分析

本文以煤矸石、某浓度硫酸为原料,对硫酸浸取煤矸石中的Al2O3反应动力学进行了研究。酸浸法提取煤矸石中的Al2O3是一个液—固非催化反应过程,对反应过程的动力学模型进行预测、验证,结果表明该反应过程符合未反应收缩芯模型。在该模型基础上通过控制化学反应的条件,建立反应动力学方程。     

煤粉炉渣在蒸压条件下反应活性研究

根据活性SiO2、Al2O3含量,玻璃相含量及红外光谱分析等测试结果综合研究煤粉炉渣在蒸压条件下的反应活性及其强度。结果表明,煤粉炉渣在蒸压条件下的反应活性与其活性SiO2、Al2O3含量,玻璃相含量及红外光谱1 100 cm-1附近强吸收区的Si—O伸缩振动频率存在明显的对应关系。即活性SiO2、Al2O3含量越高,玻璃相含量越多、红外光谱1 100 cm-1附近强吸收区的Si—O伸缩振动频率越低,蒸压反应活性越强,蒸压制品强度越高。     

分选硫铁矿用高密度重介悬浮液特性的分析研究

为了探究分选高硫煤矸石硫铁矿用高密度重介悬浮液的流变性与稳定性,寻找最佳工艺参数,对密度为1. 8～2. 3 g/cm3、非磁性物含量在10%～35%范围内的高密度重介悬浮液进行了系统研究。结果表明:高密度重介悬浮液的流变性和稳定性与选煤用低密度重介悬浮液相似,即悬浮液的密度和非磁性物含量越高,悬浮液的黏度越大,稳定性越好;分选高硫煤矸石硫铁矿时,采用磁铁矿粉和高硫煤矸石原生矿泥配制的高密度重介悬浮液,其密度宜控制在2. 2 g/cm3以内,非磁性物含量宜控制在25%以内。     

X射线荧光光谱法测定煤矸石中主次量元素

采用熔融制样,以粘土和炉渣等国家标准样品为校准标样测定了煤矸石中TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3和TiO2的含量,结果显示,由于该方法可以完全消除不同产地煤矸石的矿物效应和粒度效应,准确度很好,可完全替代化学湿法分析,作为煤矸石分析的常规方法.     

热处理煤矸石活性评价方法的研究

用X射线光电子能谱（XPS对热处理煤矸石中Si 2p,Al 2p和O 1s的结合能进行试验研究,发现煤矸石质硅铝基胶凝材料的强度和煤矸石中硅、铝的结合能具有线性关系,煤矸石的硅、铝结合能可以用来表征煤矸石的胶凝特性和活性.热活化煤矸石Si 2p,Al 2p和O 1s的结合能之间具有很好的相关性.基于此提出硅铝质物料活性评价的新方法--用Si,Al表面结合能评价硅铝质物料活性.     

煤矿矸石处理与利用的合理途径探讨

提出了煤矸石处理与利用应遵循减量化排放、再利用、再循环,适宜性、经济高效和环境效益最佳的原则;煤矸石的分类以及物理化学与矿物组分分析是矸石得到合理利用的基础工作,矸石的岩石类型、有机碳含量、全硫含量、Al2O3/SiO2比值、Fe2O3含量及CaO和MgO含量等指标是矸石分类的基础,煤矸石的不同用途对矸石的成分有一定的要求,煤矸石的不同处理与利用方式消耗的资源量（或环境容量）不同,利用处理单位数量的矸石占用的生态足迹及处理利用矸石产生的万元经济效益占用的生态足迹两个指标综合确定徐州矿区煤矸石的合理利用途径,得出徐州矿区发热量达到2100-4200 kJ/kg的矸石发电优于制砖.     

煅烧煤矸石中铝铁和硅组分的硫酸浸出行为差异研究

以硫酸为浸出剂对古交东曲矿煤矸石中铝、铁、硅组分的浸出行为差异进行了研究。结果表明,煤矸石中铝、铁和硅组分的硫酸浸出行为差异很大。在硫酸浓度7.5mol/L、液固比4:1、120℃浸出150min,TFe、Al_2O_3、SiO_2的浸出率分别为98.31%、97.19%和15.88%,TFe、Al_2O_3和SiO_2的浸出率差异分别达到82.43%、81.31%。显然,硫酸浸出可实现煤矸石中TFe、Al_2O_3和SiO_2的清洁分离,使TFe、Al_2O_3组分富集到浸出液中,SiO_2组分富集到浸出渣中。最终获得了pH3、Al、Fe元素含量分别为10.2g/L和3.4g/L的浸出液和SiO_2含量高达90.22%的浸出渣。     

Fe2O3在煤矸石碳热还原氮化合成SiAlON时的作用

将煤矸石、碳黑和2%～8?2O3的混合均匀的试样,在1350～1550℃氮化处理6h,然后测定试样的氮化增重率和物相组成,用SEM和EDS观察部分试样显微结构并进行微区成分分析.结果表明,Fe2O3的加入有利于煤矸石还原氮化转变成β-SiAlON,并促使其晶体发育完善.Fe2O3的最佳加入量为4%,当超过此值时,大部分的Fe2O3以FeO、金属Fe或含铁的铝硅酸盐球状颗粒存在.     

温度对煤矸石动态淋溶特性的影响

煤矸石长期堆存将对周边环境造成酸性污染和重金属含量超标。为研究煤矸石山发生氧化自热对酸性污染物降雨淋溶释放特性的影响机理,以山西省阳煤集团煤矸石为研究对象,建立了自动温控喷淋系统,通过对不同温度煤矸石进行动态淋溶实验,研究了淋溶液中pH值、电导率(EC)值、氧化还原电位(ORP)和硫酸盐(SO_4~(2-))含量的淋溶规律,并对淋溶前后煤矸石矿物组成进行半定量分析。结果表明:风化煤矸石中含有大量硫酸盐等可溶性组分,且酸性组分含量大于碱性组分和黏土矿物组分中和量总和,初期润湿液SO_4~(2-)含量超过地下Ⅲ类水指标,可看作高度矿化水,呈弱酸性和氧化状态,但氧化性未超过一般界定氧化性土壤的值(400 mV);随着累计淋溶时间延长,淋溶液pH值先增大后减小并最终趋于稳定,在t=3 h达到最大值为7. 34～8. 03,SO_4~(2-)含量和EC值先急剧减小后趋于稳定,稳态值分别约为2 500 mg/L和2 mS/cm,ORP在325. 9～435. 2 mV波动;随着温度升高(50～200℃),淋溶液稳态pH值(pH_s)和煤矸石剩余黄铁矿含量先减小后增大,150～200的pH_s值小于5.79,SO_4~(2-)含量和石膏相对质量分数先增大后减小,ORP波动性增强,相对标准偏差RSD由9. 54%增大到10.06%,EC值受温度影响不显著;淋溶液各项指标均在150℃条件下取得极值,pH_(s,min)为4. 98,呈较强酸性;ORP_(max)为435. 2 mV,呈强氧化态。由此可得:煤矸石中产酸物质氧化作用可分为风化氧化和自热氧化,主要受环境温度、含水量和与空气接触程度的综合影响;煤矸石自热氧化造成的酸性污染演变过程是由碱性组分、含氮物质和氧化产生的酸性组分共同决定的,且3种组分淋溶释放速率经长期堆存后逐渐趋于稳定。本研究解释了煤矸石中黄铁矿氧化产酸受环境温度的影响机制,为自热煤矸石山降雨淋溶造成酸性污染动力学演变预测提供依据。     

平顶山矿区一矿煤矸石特征及其利用途径分析

采集平顶山矿区一矿煤矸石山混合矸,经过粉碎、研磨、缩分后,采用常规化学分析、XRF、XRD、SEM、EDS、FTIR和DSC-TG研究煤矸石的化学组成和矿物组成,用高纯锗γ能谱法检测煤矸石的放射性,根据GB/T212-2008、GB/T213-2008对煤矸石进行工业分析和发热量测定.结果表明:煤矸石的主要化学成分为SiO2、Al2O3,以及Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、MnO等;矿物组分为高岭石、石英、白云母、白云石、方解石、伊利石和微量黄铁矿,并含有较多的有机碳.煤矸石放射性符合国标A类装修材料的要求,碳含量和发热量达到三类煤矸石要求,可以用来制备烧结砖、水泥和轻集料等建材制品.     

利用煤矸石制备超细Al(OH)_3

采用矿物组成改性技术活化煤矸石中Al2O3,消除阻止C2S晶相转变的干扰因素,实现了煤矸石活化烧结料100%的自粉化,自粉化料平均粒径小于1μm;用8%碳酸钠溶液可从自粉化料中以NaAlO2形式提取铝组分,用高效分散—碳化法制备超细Al(OH)3,其平均粒度小于200nm,为煤矸石的高价值利用开辟了一条新的途径。     

焦作矿区煤矸石资源化利用途径分析

以焦作矿区煤矸石为研究对象,采用X R F、X R D研究了煤矸石的化学组成和矿物组成,用H R-ICP-M S、AF S分析了微量元素的含量。结果表明,煤矸石主要化学成分为SiO2和Al2O3,以及F e2O3、CaO、M gO、N a2O、K2O、Ti2O等,矿物组成为石英、高岭石、白云母、方解石及埃洛石。最后,对焦作矿区煤矸石在制备建筑材料、微量元素利用及农业生产等方面的应用进行了评价。     

M2Al2SiO7∶Eu2+(M=Ca,Sr)荧光粉的合成和发光性质的研究

采用传统的高温固相法合成了一系列M2 Al2SiO7∶Eu2+(M=Ca,Sr)荧光粉,并系统地研究了其结构、漫反射光谱、激发光谱、发射光谱及浓度猝灭和温度猝灭特性.研究结果表明,M2Al2SiO7∶Eu2+(M=Ca,Sr)的激发光谱均在250～300 nm和350～450 nm范围内具有两个宽的吸收带,与近紫外LED芯片发出的紫外光相匹配.Ca2Al2SiO7∶Eu2+和Sr2Al2SiO7∶Eu2+荧光粉的发射峰分别为位于约536 nm黄绿光和487nm处的蓝绿光,它们的发射峰归属于Eu2+的5d-4f跃迁发射.Eu2+在M2Al2SiO7(M=Ca,Sr)中的最佳掺杂浓度均为x=0.005.Ca2Al2SiO7∶Eu2+和Sr2Al2SiO7∶Eu2+荧光粉在375 K时的发光强度分别为室温时的69,和68,.     

挤压态Mg-9Li-xAl-0.6Y合金组织及力学性能研究

本研究在Al元素含量分别为0、3%、6%和9%条件下对Mg-9Li-xAl-0.6Y合金进行挤压试验。借助光学显微镜、拉伸试验机和扫描电镜来分析Al元素含量的变化对合金的显微组织、力学性能和断口形貌的影响。结果表明：在Al含量增加的条件下,合金中的α-Mg相数量增多的趋势是先上升后下降,β-Li相数量的变化却与之相反;合金的抗拉强度逐渐提高,当Al元素含量增大至9%时,抗拉强度达到最大值261 MPa。与未添加Al的合金相比,抗拉强度提高了43.4%。当Al含量从0增加到9%时,合金延伸率先下降后上升再下降。     

煤矸石浆液脱除燃煤烟气中SO2的研究

运用煤矸石中含有丰富的碱性物质和化学吸收技术，对煤矸石浆液脱除燃煤烟气中SO2的影响因素进行了研究.得出煤矸石可有效脱除低浓度烟道气中的SO2，脱硫的适宜条件：浆液浓度20%、颗粒直径在208 μm 左右、初始pH=5.5、反应温度80 ℃、有效反应时间可持续1 h，最高脱硫率达75%左右.     

加气煤矸石混凝土抗压和导热性能试验研究

针对加气煤矸石混凝土抗压强度和导热系数问题,制作加气煤矸石混凝土薄板试件,研究了水灰比、铝粉含量对加气煤矸石混凝土抗压强度和导热性能影响。结果表明：抗压强度随水灰比增加而逐渐降低,呈负相关,负相关显著性强弱表现为铝粉含量2 kg>铝粉含量3 kg>铝粉含量4 kg;导热系数随水灰比增加而逐渐降低,呈负相关;水灰比一定条件下,导热系数随抗压强度增长而增大,呈正相关,正相关显著性强弱表现为水灰比0.54>水灰比0.46>水灰比0.38。加气煤矸石混凝土抗压强度和导热系数能满足一般建筑物要求,这为加气煤矸石混凝土应用提供了试验依据。     

Bi含量对原位自生Mg2Si/AZ91D复合材料组织与性能的影响

本文制备了原位自生Mg2Si/AZ91D复合材料,并研究Bi变质剂含量对复合材料组织与力学性能的影响。结果表明：加入Bi变质剂后,原位自生Mg2Si/AZ91D复合材料中初生Mg2Si由粗大的树枝状变成了细小的多边形状、颗粒状,共晶Mg2Si由汉字状变成了短棒状、蠕虫状,Mg17Al12呈由连续的网状分布变成弥散的板条状分布。Bi含量为0.8%时,初生Mg2Si最细小,平均晶粒尺寸为13μm,比未变质时减小了81%。Bi含量为0.8%时Mg2Si/AZ91D复合材料的力学性能最佳,抗拉强度和延伸率分别为290MPa、4.2%,比未变质时分别提高了34.9%和99%。