地质聚合物多孔材料的制备及应用研究进展

地质聚合物多孔材料是一种具有三维结构的无定形多孔胶凝材料,因其优异的物理化学性能及绿色简便的制备方法被认为是未来最具发展潜力的胶凝材料之一。针对国内外地质聚合物多孔材料的最新研究,对地质聚合物多孔材料的制备方法,性能以及相关应用进行了总结,着重阐述了溶剂挥发法、直接发泡法、添加多孔填料法等传统制备方法及其特点,同时还归纳了颗粒堆积法、3D打印法、模板法等新兴的制备方法;在相关的性能和应用研究方面,主要对其抗折压的机械性能,隔热保温的热学性能、对有机无机物的吸附和催化性能、膜分离、电磁波吸收等性能做了总结,指出了其在建筑领域、环境治理领域、电磁屏蔽领域的主要应用场景。论文论述了地质聚合物多孔材料发展现状和瓶颈,指明了当前地聚物多孔材料制备研究中存在成孔方法单一,成孔机理有待深入研究;在性能和应用研究中存在实验室固废试验与实际工业试验偏差大,规模化推广应用难。本文旨在总结最新地质聚合物多孔材料相关制备方法和应用研究,进一步推动地质聚合物多孔材料发展。     

活性煤矸石粉在注浆材料中的应用

由于煤矸石活性差、单独与水反应慢,仅有较弱的胶凝作用,因此采用了多种活性激发复合措施充分激活煤矸石潜在的火山灰反应活性,并探讨了经活化处理过的煤矸石粉在注浆材料中的应用。研究表明,煤矸石经活化处理后,活性有显著的提高,以其作为主要原材料所研制的注浆材料早期强度高,性能优越,符合现行注浆材料检验标准,从而实现了工业废渣大掺量的“资源化”利用,具有良好的社会效益和环境效益。     

地质聚合物研究进展

地质聚合物是一种以活性硅铝质材料和液体激发剂为主要原料制作而成的新型无机胶凝材料,其原料来源广泛,性能优越,发展前景广阔。介绍了地质聚合物的结构和聚合机理,阐述了地质聚合物的合成原料、制备方法以及性能特点,归纳总结了影响地质聚合物性能的主要因素。此外,分析了地质聚合物存在的问题并对其今后的发展方向进行展望。     

煤矸石基地质聚合物的制备与性能优化研究

煤矸石的不合理处置会给生态系统带来巨大的压力和威胁,为了解决煤矸石再利用困难和利用率低的问题,提出利用煤矸石生产地质聚合物的高附加值策略。以未煅烧的煤矸石为原材料,采用单因素实验设计法,研究了高炉矿渣掺入量、水玻璃模数、碱激发剂添加量、液固比和初始24 h养护温度等因素对地质聚合物基体抗压强度的影响。结果表明,初始24 h养护温度、碱激发剂添加量和水玻璃模数对煤矸石-高炉矿渣基复合地质聚合物的性能有显著影响。通过X射线衍射分析和扫描电镜分析发现,在碱激发剂的作用下,未煅烧的煤矸石结构被破坏,与高炉矿渣协同生成水化铝硅酸钠(N-A-S-H)、水化铝硅酸钙(C-A-S-H)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,从而形成了致密的微观结构。这为煤矸石的大规模资源化利用提供了合理的依据。     

地质聚合物的研究进展

本文综述了地质聚合物的机理、性能和应用研究概况。与传统水泥相比,地质聚合物具有许多优异的性能,包括环境友好、早强快硬、耐高温、耐化学腐蚀、界面结合力强、耐久性好等。地质聚合物已经在许多方面显示出广阔的应用前景。     

煤矸石质固土材料的制备

利用大量排放的工矿业固体废弃物煤矸石,按一定比例掺加矿渣、水泥熟料、消石灰以及石膏,可制备出性能优良、成本低廉的煤矸石质固土材料.试验结果表明,煤矸石质固土材料的各组分含量对固化土的无侧限抗压强度都有较大影响,固化土的强度随着煤矸石与矿渣比的上升而下降;随着消石灰外掺量的增加而上升,并在消石灰掺量为20%时达到最大;石膏外掺量的增加也能有效提高固化土强度,测得其固化土7 d无侧限抗压强度为4.3 MPa,28 d和90 d分别可达5.3MPa和6.55 MPa.     

矿渣—粉煤灰地聚物注浆材料的制备及性能优化研究

为了降低注浆材料中水泥的使用和开发新型的注浆材料,以粉煤灰和矿渣为前驱体,采用碱激发的方式制备了地质聚合物注浆材料。采用聚丙烯纤维对注浆材料性能进行优化,研究了纤维对地质聚合物注浆材料工作性、力学性能和微观结构的影响。研究结果表明:添加纤维可以提高地质聚合物注浆材料的凝结时间和降低材料的流动性;纤维的掺入显著提高了地质聚合物注浆材料的抗压强度、抗折强度和抗冻性能,同时纤维还能降低材料的干燥收缩率;综合试验结果得出纤维的最优掺量为3%。微观结构测试结果表明添加纤维后,地质聚合物注浆材料的微观结构更加均匀和致密。纤维可以作为地质聚合物注浆材料中的微集料以优化材料的性能。     

尾矿矿渣制备地质聚合物材料工艺条件的研究

以矿渣和尾矿为主要原料,氢氧化钠为激发剂,工业液体硅酸钠作结构模板剂,制备了无机矿物聚合物材料,分别对不同制备条件的地质聚合物的7 d抗压强度进行测试。结果表明,尾矿质量为矿渣质量的80%时所得到的产品的抗压强度最大,为45.10 MPa。Na2SiO3与NaOH的质量比为50%∶50%时所得到的产品的抗压强度最大,为63.79 MPa。固液比为0.35时所得到的产品的抗压强度最大,达38.35 MPa。养护期为14 d时所得到的产品的抗压强度最大,达71.25 MPa。加入钢渣量为固体总量20%时抗压强度最大,为61.86 MPa。     

工业固体废弃物制备地质聚合物技术的原理与发展

地质聚合物是近年来新发展起来的一种新型无机非金属胶凝材料,综合性能优于普通硅酸盐水泥。制备地质聚合物的原材料主要为铝硅酸盐和碱激发剂,许多工业固体废弃物中含有大量铝硅酸盐。本文主要论述了以工业固体废弃物为原材料制备地质聚合物的原理,提出了原材料的硅氧四面体结构在很大程度上影响着地质聚合物性能的观点。     

煤矸石制备气凝胶研究进展

煤矸石是煤炭开采加工过程产生的废弃物,其体量大、污染高和处理难,煤矸石含有大量的硅铝成分,是一种很宝贵的硅铝资源。气凝胶是一种结构可控的多孔轻质材料,它是目前已知体积密度最小的固体物质,可应用于保温隔热、催化和航天等多种领域。如何利用廉价的原材料制备高性能气凝胶从而降低生产成本,实现高值化利用是发展气凝胶材料的关键技术之一。阐述了煤矸石在煅烧活化和碱熔活化两种活化方式下硅铝的溶出效果,以及水洗和溶剂置换、离子液体萃取、阳离子交换树脂等对活化浸出溶液的几种除杂手段,并对比了一步溶出法和两步溶出法制备SiO2气凝胶和SiO2-Al2O3气凝胶的工艺方案以及最终产品性能,旨在为煤矸石的高值化利用及气凝胶的低成本制备提供参考。     

煤矸石陶粒滤料的制备及性能研究

以煤矸石为原料,分别采用破碎法和成球法制成滤料生料,经快升温或慢升温焙烧获得陶粒滤料.对所制备陶粒滤料的气孔率、气孔孔径和酸碱可溶率等指标进行了分析比较.结果表明:各种陶粒滤料制品均性能优良;制品的气孔率都随着焙烧温度的升高由小变大,又逐渐降低,成球法制品的气孔率普遍要高于破碎法;快烧制品的气孔孔径分布范围较窄,慢烧制品的气孔孔径分布范围则很宽,2种焙烧方式所得制品中孔径大于100μm的气孔都随着焙烧温度的升高而增加;制品的酸碱可溶率均随焙烧温度的升高而降低.实际生产时,可根据煤矸石特性、产品的性能要求、生产成本等确定煤矸石陶粒滤料的制备工艺.     

煤矸石膏体充填材料的试验研究

为了提高村庄下的压煤采出率和保护环境,采用煤矸石膏体充填采矿法解放村庄下煤炭．通过正交试验和线性回归,得出影响煤矸石膏体充填体强度和坍落度的因素及回归函数．结果表明：组成膏体充填材料的煤矸石,胶结料,粉煤灰及膏体质量浓度对强度均有不同程度影响,煤矸石对充填体的后期强度影响显著,胶结料对充填早期强度影响较显著,粉煤灰对充填强度影响不显著．煤矸石在加工成直径小于25mm后,还需进一步分级．提高细颗粒矸石加量和降低质量浓度可提高膏体的坍落度和可泵性,胶结料和粉煤灰对膏体的可泵性影响不如煤矸石和质量浓度影响显著．     

煤矸石和粉煤灰制多孔材料的试验研究

重点研究煤矸石和粉煤灰制多孔材料的配方 ,同时对煤粉和氧化剂的用量进行了试验。并得出煤矸石和粉煤灰在制多孔材料中的用量可达 60 %以上 ,为煤矸石和粉煤灰的综合利用开辟了新途径。     

用活化煤矸石制备新型胶凝材料

采用脱硫石膏和分析纯CaO作为活性激发剂,通过3种方式活化北京房山煤矸石,并检测、分析用不同方式活化的煤矸石制成的胶凝材料的强度,进而研究了活性激发剂和混磨方式对试验材料热蚀变活化的影响。运用X射线衍射分析表征了煤矸石活化前后的微观特性;运用胶砂试块强度分析和扫描电镜（SEM）分析表征了煤矸石质胶凝材料的胶凝活性。结果表明：该煤矸石的主要活性来源是粘土类矿物,700 ℃煅烧时煤矸石中的高岭石和绿泥石脱水、分解,生成无定形SiO₂和Al₂O₃,与CaO发生固相反应,湿混工艺下固相反应完全,生成C₁₂A₇和C₂S两种水硬性活性物质,活化物料具有较高的胶凝活性。     

煤矸石综合利用研究进展

煤矸石是我国目前排放量最大的矿山固体废弃物之一,其排放和堆存造成了资源浪费、环境污染等问题。从煤矸石的资源特性出发,系统论述了煤矸石资源化利用的途径和研究现状,主要有：提取和回收煤矸石中煤炭、硅、铝、钛等有用组分;制备用于废水处理的光催化剂、吸附剂和沸石分子筛;代替黏土矿物生产混凝土、水泥、砖等建筑材料;改良土壤、制备育苗基质、肥料等;作为充填材料进行采空区回填、路基充填、煤矿塌陷区复垦等;发电以及制备纸张等。我国煤矸石的资源化利用刚刚起步,整体利用率未达到理想水平,因此煤矸石资源化利用的研究应该注意地域差异、分批资源化及二次污染问题。通过对当前煤矸石综合利用最新研究现状的归纳整理,有利于系统性了解煤矸石资源化利用的优势与不足,以期为煤矸石的综合利用提供参考和借鉴。     

煤矸石制备4A分子筛工艺研究

将煤矸石进行粉碎、酸洗、煅烧等预处理后,与氢氧化钠、氧化铝按比例混合,采用超声波辅助胶化、晶化等工艺措施,合成出了4A分子筛.利用XRD、SEM等手段对4A分子筛样品进行测试和表征,结果表明:利用超声波辅助胶化,4A分子筛的最佳晶化温度为90℃,晶化时间为3h.     

煤矸石灌浆材料的水化反应机理

对煤矸石灌浆材料的水化机理进行了分析,发现浆材的水化物主要为CSH凝胶、CH晶体、水化铝酸钙以及水化硫铝酸钙(AFt)等,同时还有未水化的活性矿物晶相,可以保证结石体强度有继续增大的趋势。结果表明,煤矸石采用低温煅烧、机械活化、化学活化、晶种活化等活性激发措施后,再加入ZGW复合激发剂,适合作为灌浆材料。     

干粉激发煤矸石基地质聚合物的性能研究

将氢氧化钠与碳酸钙混合制备碱性干粉激发剂,并与煤矸石、粉煤灰混合制备地质聚合物胶凝材料,对碱性干粉激发剂特性,聚合物材料的凝结时间、吸水率、抗压强度等基本特性进行研究,并与采用氢氧化钠溶液激发剂的聚合物特性进行对比。结果表明：生成得到的聚合物的浓度与干粉激发剂中碳酸钙的量成反比;与采用氢氧化钠溶液激活的聚合物相比,采用干粉激发剂激发的聚合物凝结时间短、吸水率低、抗压强度高,说明干粉激发剂有独有优势。干粉激发聚合物的吸水率随水灰比的增加而增加,需注意控制水灰比;干粉激发聚合物抗压强度与干粉激发剂中的氢氧化钠浓度有关,氢氧化钠的浓度过高或过低都会导致抗压强度下降。     

煤矸石制备P型分子筛的研究

以煤矸石为主要原料,通过煅烧、酸浸、碱熔等工艺,以水热法制备出P型分子筛。以分子筛静态水吸附率为指标得出P型分子筛制备的适宜条件,采用XRF、XRD和SEM等手段,对原料和所得产物的组成、晶体结构和形貌进行了表征。