增钙煤矸石的结构特征及其活化机理研究

对原样煤矸石进行了系统分析.通过X射线衍射(XRD)和核磁共振(NMR)等测试方法对其活化过程的微观结构进行了分析.结果表明:在煤矸石的增钙煅烧过程中掺入适量的石膏和萤石等组分作为矿化剂时,有水硬性矿物生成.此状态的煤矸石中29Si峰产生了裂解和宽化,铝氧多面体结构由原样中的六配位为主转变为以四配位为主,这样的结构有利于改善煤矸石的活性.对煤矸石活化过程进行了力学性能试验.试验结果同样表明:各种增钙煅烧煤矸石的力学性能和微观结构的分析结果是相一致的.     

煤矸石增钙煅烧的机理

研究了徐州未燃煤矸石以石膏和萤石作矿化剂煅烧前后结构变化及其活化机理.采用X射线衍射和核磁共振测试手段对煤矸石活化过程的物质组成和微观结构进行分析.结果表明:随着Ca与Si的摩尔比和煅烧温度的提高,煤矸石样品的活性也增加.煅烧过程中,硅氧四面体结构从高聚态向低聚态转变,生成多种胶凝性硅酸盐矿物.同时,煅烧前后铝氧结构也发生变化,铝的配位数由6变成4.因此,煅烧激活了煤矸石的硅氧结构,稳定了铝氧结构,有利于煤矸石胶凝活性的改善.     

煤矸石煅烧活性的研究

采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)等分析方法研究了不同温度煅烧后煤矸石的活化情况;结果表明:经过一定温度的煅烧后,煤矸石的矿物组成和微观结构都发生了较大的变化,从而活性也得到明显改善。     

分解炉内煤矸石悬浮煅烧的数值模拟

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，煤矸石经过适当的热处理后，可用作辅助胶凝材料替代部分水泥熟料，在实现煤矸石资源化利用的同时，也为水泥工业碳减排提供了新路径。但煤矸石成分复杂，活化煅烧需要注意煅烧制度。采用CPFD（Computational Particle Fluid Dynamics）数值模拟方法模拟了分解炉内煤矸石传热、传质及化学反应，分析了不同工况下分解炉内气固两相流场。结果表明：入炉空气的温度较低时无法点燃煤矸石中的可燃组分，通过高温烟气点火和分级司料可有效解决这一问题。     

温度对煤矸石中提取有效硅的影响研究

以陕西省韩城矿个温度段进行了煅烧实验,考察了煅烧温度对提取有效硅的影响,并采用X射线衍射(XRD)和差热(DTA)等分析方法深入地了解了煤矸石热活化过程的变化.结果表明,煤矸石热活化的最佳温度为700 C,此时煤矸石中99%为非晶相,形成了一个较为理想的活化区域.     

增钙煅烧煤矸石的活性评价及其作用机理

采用增钙煅烧方式活化煤矸石,添加石膏和萤石作矿化剂。对各试样进行游离氧化钙、X射线衍射和核磁共振分析,进一步探讨煅烧过程中矿物组分与微观结构的变化。结果表明：掺加的氧化钙被大量吸收。在一定温度范围内,煅烧煤矸石的硅氧四面体聚合状态发生明显变化,同时生成多种硅酸钙盐矿物。随温度升高,硅氧四面体结构从高聚态向低聚态转变,并伴随生成大量玻璃态和无定型物质,这些物质均有利于改善煤矸石的胶凝活性。     

山西煤矸石的热活化影响因素分析

对煤矸石热活化及在不同条件下影响其活性的因素进行了系统的实验研究,考察了煅烧温度、停留时间、冷却方式等因素对煤矸石活化的影响,并采用X射线衍射(XRD)、红外(FTIR)、活性硅铝溶出量等分析方法深入地了解煤矸石的活化情况,得出了山西太原静态煅烧煤矸石的最佳活化工艺参数。     

煅烧煤矸石活性的电化学评价

提出了通过测定煅烧煤矸石在饱和Ca（OH）2溶液中溶解、反应平衡后滤液的电阻,以此评价煅烧煤矸石的火山灰活性的新方法,并测定了4个不同产地煅烧煤矸石的火山灰活性指数Ke,分析了煅烧煤矸石的矿物组成、化学成分对滤液导电性能的影响。结果表明：该方法测得的火山灰活性指数Ke与国标GB/T2487-96提出的标准胶砂强度比具有一定的可比性,能够反映出同一种煤矸石在不同煅烧温度条件下相对活性的高低。该方法快速简便,但材料的化学成分变化对该方法测试结果影响较大。     

准格尔煤田高铝煤矸石矿物特征及热活性研究

对准格尔煤田煤矸石试样进行化学成分、矿物组成及微观形貌的研究表明,该煤矸石试样结构比较致密,主要成分为高岭石,Al2O3含量为48.41%,属于高铝煤矸石;进一步采用高温煅烧活化工艺对煤矸石试样进行了热活性研究,以试样活性铝溶出测定结果为参考,确定激发煤矸石试样最佳热活性条件为煅烧温度750℃,保温时间1 h。     

煤矸石制备辅助胶凝组分增钙煅烧的实验研究

采用增钙煅烧技术提高煤矸石的辅助胶凝性能,效果显著。增钙煅烧活化的煤矸石与单纯热活化的煤矸石相比,矿物组分中新增加的矿物有CaSO_4、少量的CaO·Al_2O_3及未煅烧完全的CaCO_3。增钙煅烧活化后的煤矸石结构都呈疏松状态,且结构中已出现部分熔融状态,这些熔融物填充了煅烧过程中成分挥发后留下的空隙。     

复合活化煤矸石强化铝的浸出

以丹东爱阳镇凤煤煤矿未经焙烧的煤矸石为研究对象,考察了不同焙烧温度活化、焙烧-机械力化学复合活化对煤矸石铝浸出率的影响,并采用Ar-TPR-MS、SEM、XRD和粒度分析对活化前后的样品进行检测.结果表明:热焙烧、复合活化均可以促进铝的浸出,由于焙烧温度不同煤矸石质点热运动程度不同,发生的反应不同,使得铝的化学环境产生差异,即铝的活化程度不同,铝的浸出率亦有所不同.热焙烧通过改变铝的化学环境进行铝的活化.400℃低温焙烧后的煤矸石机械活化30 min即可实现98％的铝的浸出率,原因是机械活化使煤矸石粒子进一步细化,有利于铝的浸出.     

活化煤矸石地质聚合物的制备与性能研究

对原状煤矸石进行了定性和定量双重分析,优化了煤矸石活化的煅烧温度,探究了钠铝比(n(Na)/n(Al)=0.52、0.57、0.62)和激发剂模数(M=0.66、0.69、1.32、1.65)对活化煤矸石地质聚合物抗压强度和微观结构的影响。利用XRD、FT-IR和SEM对活化煤矸石地质聚合物的微观结构进行了分析表征。结果表明,高温活化煤矸石有助于激发煤矸石中的活性组分,在煅烧温度为600 ℃时,高岭岩相完全消失,“鼓包峰”面积相对较大,可用于制备活化煤矸石地质聚合物。n(Na)/n(Al)的提高促进了地质聚合反应的进行,抗压强度也随之提高,同时随着激发剂模数的增加,抗压强度也随之增加。当n(Na)/n(Al)为0.62,激发剂模数为1.65时,试样7 d的抗压强度可达到52 MPa。活化煤矸石地质聚合物的聚合产物主要为水化硅铝酸钠(N-A-S-H)凝胶,水化产物致密,性能优良。     

Research on cementitious behavior and mechanism of pozzolanic cement with coal gangue

In this paper, the mechanical property of coal gangue in the activatory process is studied by using the method of orthogonal experiment, and then the micromechanism of various coal gangues is determined by modern test methods such as scanning electron microscope (SEM) and nuclear magnetic resonance (NMR). The experiment can approve those results: when proper amount of gypsum and fluorite were taken as for mineralizer in the course of calcinations of added-calcium coal gangue, much micropore can appear in microstructure and it can be in more molten state; spectrum peak of ²⁹Si in this kind of coal gangue is not only in splitting decomposition, but also in broadening; the mechanical property of coal gangue calcined with calcium is in accordance with microstructure.     

房山砂质煤矸石热活化的影响因素分析

为提高房山砂质煤矸石的胶凝活性,用于制备胶凝材料,采用XRD分析、DSC-TG分析、胶砂试块强度测试和SEM分析等多种方法,分析了房山煤矸石的热活化机理,研究了煅烧温度、冷却方式以及蚀变剂等因素对煤矸石活性的影响。结果表明：使房山砂质煤矸石有效活化的煅烧温度在800℃左右,蚀变物料出炉后于自然风中冷却;在煅烧过程中添加适量的蚀变剂可以侵蚀石英、长石类晶体表面,使其化学键发生断裂,结构发生解体,产生活性的SiO2,从而提高房山煤矸石的活性。     

煤矸石骨料及其改性技术研究进展

煤矸石作为煤炭开采和洗煤过程中产生的废弃物,大量堆放会给生态环境带来巨大的压力,以煤矸石为骨料生产混凝土符合绿色可持续发展理念。煤矸石骨料具有孔隙率大、针片状颗粒含量高的特性,会对混凝土性能产生较大负面影响。本文简述了煤矸石骨料的基本物化特性,综述了煤矸石骨料对混凝土工作性能、力学性能、耐久性以及界面过渡区的影响;在此基础上,针对煤矸石骨料存在的缺陷,重点综述了煤矸石骨料改性技术(表面包覆、水玻璃改性、热活化和微生物矿化等技术)的研究现状,指出了每种改性技术目前存在的问题及解决方法,并对其在混凝土中的研究方向进行了展望,以期推动煤矸石骨料在混凝土的应用与发展。     

A novel high polymer nanocomposite inhibitor for coal gangue spontaneous combustion prevention: A case study of Yangquan coal gangue in China

Coal gangue spontaneous combustion produces toxic and harmful gases. This research aims to study a new type of polymer nanocomposite inhibitor to prevent and control coal gangue spontaneous combustion. Nanomodification of montmorillonite (MMT) was carried out on high polymer emulsion inhibitor polyacrylamide (PAM) to improve its thermal stability and overcome the short inhibition duration problem. First, through scanning electron microscope (SEM), energy-dispersive spectrometer (EDS), and proximate analysis experiments, it was found that the coal gangue in the Yangquan mining area was prone to spontaneous combustion. Then, PAM/MMT was produced by an intercalation method. The results of X-ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC) showed that the interval spacing of MMT increased, which was sufficient for the insertion of acrylamide monomer. The vitrification temperatures of PAM and PAM/MMT prove that PAM/MMT exhibited higher thermal stability. The results of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) experiments indicated that the PAM/MMT composite inhibitor agent effectively inhibited the oxidative activity of reactive groups on the coal gangue surface. As a result, PAM/MMT could suppress coal gangue oxidative spontaneous combustion, so as to reduce environmental problems caused by coal gangue spontaneous combustion. Furthermore, a spraying process is designed for the application of the inhibitor.     

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。